《盾構(gòu)機(jī)刀盤刀具認(rèn)識》

《地下鐵道施工》主講人：路顏盾構(gòu)機(jī)刀盤刀具認(rèn)識地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology目錄DIRECTORY刀盤的功能及構(gòu)成01刀具的分類0203刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology1.刀盤的結(jié)構(gòu)及功能刀盤的功能及構(gòu)成

結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)動的盤狀掘削器，由掘削地層的刀具，穩(wěn)定掘削面的面板，出土槽口構(gòu)成。功能：開挖功能、支撐功能、攪拌功能。地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology2.刀盤的開口率刀盤的功能及構(gòu)成刀盤的開口率：

刀盤面板開口部分的面積與刀盤面積的比值。輻條式（開口率65%左右）、輻條面板式（開口率35%左右）、面板式（開口率20%左右）。

地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology3.刀具的分類刀具的分類

球齒滾刀滾壓破巖楔齒滾刀盤形滾刀

切刀

盾構(gòu)刀具切削破巖先行刀

周邊刮刀

輔助刀具

仿形刀地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology3.刀具的分類刀具的分類

盾構(gòu)機(jī)刀具可根據(jù)運(yùn)動方式、布置位置和方式及形狀等進(jìn)行分類。按切削原理劃分，盾構(gòu)機(jī)的刀具一般分為切削刀和滾刀兩種，其余形式的刀具為輔助刀具。切削刀又分為齒刀、刮刀和先行刀等。按運(yùn)動方式分類按安裝方式分類刀具固定式（刀具）旋轉(zhuǎn)式（滾動式）地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology3.刀具的分類刀具的分類按安裝位置分類地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology3.刀具的分類刀具的分類種類名稱用途設(shè)置部位固定刀具掘削掘削面面板正面旋轉(zhuǎn)刀具掘削掘削面面板正面超前刀具超前掘削面板正面導(dǎo)向鉆頭破碎地層面板正面外沿保護(hù)刀具保護(hù)刀盤外沿面板正面外沿修邊刀具減小推進(jìn)阻力面板外沿背面保護(hù)刀具保護(hù)背面面板面板背面加泥嘴保護(hù)刀具保護(hù)加泥嘴加泥嘴部位掘削障礙物刀具掘削障礙物面板正面外圍刀具按掘削目的、設(shè)置位置和用途的分類地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology4.刀具的結(jié)構(gòu)刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理(b)盤形滾刀圈

(c)盤形滾刀(a)盤形滾刀示意圖9地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology4.刀具的結(jié)構(gòu)刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理(a)周邊刮刀

(b)周邊刮刀(背面)(c)周邊刀安裝位置(e)方柄齒刀

(f)齒刀(g)中心齒刀(d)齒刀地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology4.刀具的結(jié)構(gòu)刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理

(h)先行刀(i)先行刀

(j)先行刀(k)牛角刀

(l)羊角刀

(m）三棱刮刀地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology4.刀具的結(jié)構(gòu)刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理

海瑞克齒刀由刀體、端部硬質(zhì)合金刀片和背部球齒構(gòu)成。地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology4.刀具的結(jié)構(gòu)刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理

海瑞克刮刀是用硬質(zhì)合金鋼做為刀頭，高耐磨合金鋼作為刀體。地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology5.刀具適應(yīng)地層的選擇刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理

對于不同地層的開挖，盾構(gòu)的刀具通常采用不同型式：開挖地層為硬巖時，采用盤形滾刀；地層為較軟巖石時，采用齒刀；地層為軟土或破碎軟巖時，可采用切刀(或刮刀)。卵石層(N>40)砂礫卵石(10<N<40)洪積土(砂質(zhì)土)(10<N<25)沖擊粘土(0<N<10)N為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology6.刀具的工作原理刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理

切削刀是盾構(gòu)機(jī)切削開挖面土體的主刀具，盾構(gòu)向前推進(jìn)的同時，刀刃和到頭部分插入到地層內(nèi)部，隨刀盤旋轉(zhuǎn)對開挖面土體進(jìn)行切削。適用于軟土及泥巖地層。一般情況下，β(前角)與α(后角)值隨切削地層特性不同變化，取值范圍在5～20度之間，粘土地層稍大，砂卵石地層稍小。切削刀一般形狀示意圖三棱刮刀

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切削刀為盾構(gòu)機(jī)開挖非巖質(zhì)地層的基本刀具，其形狀、布局將對開挖效果有重要影響。切削刀切削土體的示意見下圖。對于軟土地層或經(jīng)滾刀破碎后的碴土將通過切刀和刮刀進(jìn)行開挖。碴土隨切刀、刮刀正面進(jìn)入碴槽，因此切刀、刮刀既具有切削的功能又具有裝載的功能。切削刀切削土體示意圖

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先行刀即為先行切削土體的刀具。超前刀在設(shè)計中主要考慮與切削刀組合協(xié)同工作。刀具切削土體時，超前刀在切削刀切削土體之前先行切削土體，將土體切割分塊，為切削刀創(chuàng)造良好的切削條件。據(jù)其作用與目的，先行刀斷面一般比切削刀斷面小。采用先行刀，一般可顯著增加切削土體的流動性，大大降低切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，減少切削刀的磨耗。在松散體地層，尤其是砂卵石地層使用效果十分明顯。先行刀先行刀與切削刀協(xié)同工作示意圖地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology6.刀具的工作原理刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理

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貝殼刀實(shí)質(zhì)上是先行刀，盾構(gòu)機(jī)穿越砂卵石地層，特別是大粒徑砂卵石地層時，采用盤圈貝型刀，將其布置在刀盤盤圈前端面，專用于切削砂卵石，可較好地解決盾構(gòu)機(jī)切削土體(砂卵石)的難題。貝殼刀實(shí)物照片貝殼刀示意圖地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology6.刀具的工作原理刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理

采用大刀盤全斷面切削土體，布置在刀盤不同位置的切削刀，從刀盤外周至中心，運(yùn)動圓周逐漸減小，中心點(diǎn)理論上可以視為零，相應(yīng)土體流動狀態(tài)也是越來越差。而且中心支撐部位(直徑約1.5m)不能布置切削刀，為改善中心部位土體的切削和攪拌效果，可考慮在中心部位設(shè)計一把尺寸較大的魚尾刀。魚尾刀示意圖

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魚尾刀：其一讓盾構(gòu)機(jī)分兩步切削土體，利用魚尾刀先切削中心部位小圓斷面(直徑約1.5m)土體，而后擴(kuò)大到全斷面切削土體，其二是將魚尾刀根部設(shè)計成錐形，使刀盤旋轉(zhuǎn)時隨魚尾刀切削下來的土體，在切向、徑向運(yùn)動的基礎(chǔ)上，又增加一項翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(如同犁地一般)。

這樣既可解決中心部分土體的切削問題和改善切削土體的流動性，又大大提高盾構(gòu)機(jī)整體掘進(jìn)水平。魚尾刀切削土體示意圖

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仿形刀布置在輻條的兩端。盾構(gòu)機(jī)在曲線段推進(jìn)、轉(zhuǎn)彎或糾偏時，可以根據(jù)超挖多少和超挖范圍的要求，從輻條兩端徑向伸出和縮回仿形刀，達(dá)到仿形切削的目的，實(shí)現(xiàn)曲線推進(jìn)和順利轉(zhuǎn)彎及糾偏。地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology6.刀具的工作原理刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理

一般認(rèn)為刮刀適用于土層及部分軟巖，盤形滾刀適用于硬巖，其中單刃滾刀能用在強(qiáng)度很高的巖石中，國外曾有在抗壓強(qiáng)度超過200MPa巖石中應(yīng)用的工程記錄。盤形滾刀圈

盤形滾刀地下與隧道工程技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫Undergroundandtunnelengineeringtechnology6.刀具的工作原理刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理

盤形滾刀適用于硬巖，根據(jù)巖體性質(zhì)和安裝位置不同，可選擇單刃、雙刃、三刃及四刃滾刀。三刃及四刃滾刀只用于刀盤中心，以適應(yīng)刀盤中心小半徑旋轉(zhuǎn)；雙刃滾刀通常用于泥巖、頁巖等軟巖。

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盤形滾刀在千斤頂?shù)淖饔孟戮o壓在巖面上，隨著刀盤的旋轉(zhuǎn)，一邊繞刀盤中心軸公轉(zhuǎn)，一邊繞自身軸線自轉(zhuǎn)，在掌子面上切出一系列的同心圓溝槽。在盾構(gòu)機(jī)推力的作用下，盤形滾刀刀尖刀尖貫入巖石，形成壓碎區(qū)和放射狀裂紋；當(dāng)滾刀間距S滿足一定條件時，相鄰滾刀間巖石內(nèi)裂紋延伸并相互貫通，形成巖石碎片而崩落，盤形滾刀完成一次破巖過程。擠壓、起裂階段

破碎階段

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齒刀上裝有2個切削刃，刀盤正反轉(zhuǎn)時都能進(jìn)行破巖。另外，在軟巖中掘進(jìn)時，由于盤形滾刀與巖石掌子面之間不能產(chǎn)生一定的附著力，將導(dǎo)致滾刀不能滾動而失去有效的破巖功能，可將部分盤形滾