【名企】無水砂卵石地層盾構設計及施工技術

報告人：

鄭仔弟報告單位：北京市政集團市政四建設工程有限責任公司報告時間：2015年4月28日交流提綱一、概述二、砂卵石地層盾構掘進案例介紹及分析三、刀盤框架結構設計四、刀具設計及布置五、建議一、概述1.1

經(jīng)驗交流的目的1、降低刀具磨損，減少刀具更換次數(shù)通常，在全斷面大粒徑砂卵石地層中，盾構機在掘進二三百米左右后，就需要更換刀具。一般情況下，地鐵盾構區(qū)間都是在1000米左右，甚至更長，如果在城市的繁華地段，盾構施工發(fā)生開倉修復、更換刀具，不僅耗資、耗時巨大，而且容易造成地表塌陷等重大災害事故。2、優(yōu)化砂卵石地層刀具配置及布置方法針對北京、沈陽及成都部分地區(qū)的土質（全斷面砂卵石層，有的局部有大于φ600mm以上的漂石），通過對土壓平衡盾構機的輻條式刀盤性能、刀具磨損原理及礫石磨損原理的理解和應用，總結出了一套行之有效的刀具布置及配合刀具的盾構掘進技術參數(shù)的確定方法，從而解決盾構機在全斷面砂卵石層中具備長距離掘進不換刀的技術難題。1.2

刀具失效分析1、砂卵石地層分類（1）按照是否含水分為無水砂卵石和含水砂卵石（含水量多少，直接影響塑流化改造，對刀盤刀具布置影響相對較小，但對刀具選型有影響）；（2）按照砂卵石粒徑大小分類，一般以300mm為界限（礫石的粒徑直接影響刀盤框架及刀具布置）；（3）按照砂含量百分比分類，以含沙量30%為界限（影響刀具布置）。2、砂卵石地層對刀具的影響：最大粒徑<300mm磨損為主，不考慮沖擊特別注重磨損最大粒徑>300mm沖擊為主，磨損為輔沖擊，磨損含砂率<30%含砂率>30%1.2

刀具失效分析3、刀具失效分析刀具失效現(xiàn)象可能原因刀頭抗折力小或刀頭焊接不合格合金刀頭掉落刀具非正常失效刀體或刀座焊接不合格刀具受沖擊掉落合金刀頭嚴重磨損合金刀頭硬度不夠刀具正常失效合金刀頭掉落

刀體或刀座嚴重磨損二、砂卵石地層中盾構長距離掘進案例分析2.1

含水小粒徑砂卵石，且含砂量不均變化地層案例：北京南水北調配套工程（一期）2標段（頤和園北宮門段）2.2

富水小粒徑砂卵石，且含砂量大于30%地層案例：沈陽地鐵一號線13標2.3

無水大粒徑砂卵石，且含砂量不均勻變化地層案例：北京地鐵九號線03標2.1

含水小粒徑砂卵石，且含砂量不均變化地層案例：北京南水北調配套工程（一期）2標段（頤和園北宮門段）2.1.1

工程概況一期檢修閘1、曲線上始發(fā)，連續(xù)兩個R＝400m半徑的急曲線和6.7‰大坡度，并穿越高密度、低矮、結構很差的平房和淺覆土河道；2、不足2m的超近距離條件下穿大型立交橋越群樁基，橋樁豎向沉降和水平位移要求十分嚴格，僅僅2mm，國內(nèi)尚無同類工程；3、盾構全程均在圓礫石低含砂量高水位地層內(nèi)掘進，其中700m為全斷面圓礫層。2.1.2

地質、水文條件（1）盾構穿越斷面地層大部分為圓礫層,富含地下水,地層透水性很強；（2）盾構段總長1961m，穿越斷面地層主要為含砂量很低的圓礫層，部分地段夾有中細砂。地勘報告中顯示圓礫最大粒徑為17cm，平均粒徑5~10cm；（3）盾構穿越地層地下水比較豐富，且工程位置與清河相距較近（約30m），地下水與清河存在水力聯(lián)系。工程地質條件和水文條件對盾構施工影響較大，是本工程的特點和難點。2.1.3

穿越橋樁簡介北五環(huán)肖家河立交橋上部結構為預應力混凝土連續(xù)箱梁，橋樁均為直徑1.2m鉆孔灌注摩擦樁，樁長約20m。兩根一組，通過承臺聯(lián)系，承臺上為獨柱。2.1.33

穿越橋樁簡介隧頂覆土厚度約12m，盾構由西向東依次穿越肖家河橋北側B匝道ZB10#~ZB11#軸間、Y線YZ8#~YZ9#軸間以及D匝道ZD-1#~ZD-2#軸間。所穿越橋樁編號為ZB10、ZB11、ZD1、ZD2和YZ8，共計有16根樁受影響，其中，距樁基YZ-8最小水平距離僅1.975m，平均距離在3m左右。輸水隧洞軸線輸水隧洞軸線ZB-102.1.33

穿越橋樁簡介通過情況：橋梁差異沉降<2mm；完全滿足橋梁設計要求及使用要求。2.1.4

掘進效果介紹該工程施工時間：2007年7月初至10月中旬。（1）單班（12小時）最快22環(huán)；（2）單周最快181環(huán)；（3）單月最快634環(huán)。中間全線一次穿越，沒有更換刀具2.1.5

本工程所用盾構機介紹（1）盾構機主要參數(shù)本盾構機為石川島播磨重工業(yè)株式會社（IHI)生產(chǎn)的Φ6140mm加泥式土壓平衡盾構機，設計適用土層為砂礫石層。盾構機殼體長度8580mm，盾構機長10650m。盾構機設計條件為管片內(nèi)徑5000mm，外徑6000mm，管片最大寬度為1.5m。刀盤開口率75%。6140mm250m外徑最小轉彎半徑3%最大坡度總推力37500kN5105.6kN0~1.6rpm最大扭矩轉速2.1.5

本工程所用盾構機介紹（2）刀盤及刀具介紹刀盤為輻條形式，刀盤開挖直徑為6.17m，轉速通常情況為1.1r/min,外周線速度為0.355m/s，開口率72%。布置的刀具依其作用不同，主要有五種：①周邊刀，也稱保徑刀，由超寬的切削刀構成，用于切削外周土體，保證開挖斷面直徑；②主切削刀，用于開大部分斷面開挖；③魚尾刀，用于開挖面中心斷面開挖，起到定心和疏松部分土體的作用；④先行刀，在開挖面沿徑向分層切削，預先疏松土體，降低主切削刀的沖擊荷載，減小切削阻力；⑤超挖刀。用于急糾偏左右。2.1.5

本工程所用盾構機介紹（3）刀盤整體本臺盾構機所配置刀具包括周邊刀6把、主切削刀82把、先行刀30把、魚尾刀1把、超挖刀2把（其中1把備用），其中超挖刀行程150mm。2.2

富水小粒徑砂卵石，且含砂量大于30%地層案例：沈陽地鐵一號線13標2.2.1工程概況沈陽地鐵一號線13標工程施工場地位于沈陽市和平區(qū)與沈河區(qū)交接地段，標段單線長1330.267m。中街站2.2.2地質、水文條件盾構穿越斷面地層大部分為圓礫層,富含地下水,地層透水性很強本區(qū)間范圍內(nèi)的地形變化平緩，地面標高介于49.64～51.72m，最大地面高差2.08m。地貌類型為渾河新扇?？辈焐疃葍?nèi)的由第四系全新統(tǒng)人工填筑層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖洪積層（Q41al+pl）、第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖洪積層（Q32al+pl）、第四系下更新統(tǒng)冰水沉積地層（Q1fg1）組成。本區(qū)間隧道上覆地層主要為雜填土①層、粉質粘土④－1層、粉細砂④－2層、中粗砂④－3層，礫砂④－4層和圓礫④－5層，洞身穿越地層主要為粉質粘土⑤－1層、中粗砂④－3層，中粗砂⑤－3層，礫砂④－4層、礫砂⑤－4層，和圓礫④－5層、圓礫⑤－5層。2.2.2

地質、水文條件懷～中區(qū)間場地內(nèi)無地表水，在勘察深度內(nèi)均有地下水，地下水類型為孔隙潛水，穩(wěn)定水位埋深在7.40～9.90m，相當于絕對標高42.03～42.84m。地下水水溫14～15℃。地下水主要補給來源為渾河側向補給及大氣降水垂直入滲補給。主要排泄方式為逕流排泄和地下水的人工開采。地下水流向總的方向是由東向西，含水層的滲透系數(shù)平均值為85m/d。標準凍結深度1.2m。2.2.3

盾構下穿建筑群簡介地表建構筑物統(tǒng)計表與隧道的關

線路通過范隧道埋深(m)建筑物名稱結構類型基礎類型及其它承載力系圍DK16+767～雙向8車道城市主干道460Kpa10.63811.68811.438西順城街雙線上方+780主樓高約8層、DK16+780～

耳樓高約5層，

94年維修，樁基礎，懷遠門興隆軒雙線上方右線上方460Kpa460Kpa灰砂磚墻、砼過樁長約。+812梁結構DK16+783～6層磚混結構基礎不詳+795DK16+783～7層磚混結構4層磚混結構古建筑物加固而成。

460Kpa年代久遠，基礎不詳

460Kpa11.43813.088金昊名城古籍書店左線外側雙線上方+795DK16+842～+8667層磚混結構。

人工挖孔樁,樁長,樁徑0.8,C20砼。開發(fā)DK16+866～樁底標高約，樁正陽小區(qū)81號雙線上方雙線上方460Kpa16.05817.888基礎距離隧道頂

商:沈河區(qū)房產(chǎn)局修建+983部約?？?；1993年修建盛京旅游文化廣場DK17+018～dkDK7+065基礎不詳，開發(fā)商:沈3層河區(qū)房產(chǎn)局2.2.3

盾構下穿建筑群簡介建筑物名稱

興隆軒線路通過范圍DK16+768~DK16+780與隧道的關系?右線隧道上方?6層磚混結構基礎不詳建筑物結構形式基礎類型及其它地基承載力

?460Kpa隧道覆土厚度(m)興隆軒?11.4382.2.3

盾構下穿建筑群簡介建筑物名稱懷遠門線路通過范圍

DK16+780~DK16+812與隧道的關系

?雙線隧道上方?主樓高約8層、耳樓高建筑物結構形式約5層，灰砂磚墻、砼過梁結構懷遠門基礎類型及其它樁基礎，樁長約10m?460Kpa地基承載力隧道覆土厚度(m)?11.688備注?94年維修過一次?2.2.3

盾構下穿建筑群簡介建筑物名稱

古籍書店線路通過范圍DK16+842~DK16+866與隧道的關系?雙線隧道上方?4層磚混結構建筑物結構形式基礎類型及其它年代較久，基礎不詳?shù)鼗休d力

?460Kpa隧道覆土厚度(m)?13.088備注?94年維修過一次?2.2.3

盾構下穿建筑群簡介建筑物名稱正陽小區(qū)線路通過范圍DK16+866~DK16+983?雙線隧道上方?7層磚混結構與隧道的關系建筑物結構形式人工挖孔樁、樁長10米，樁基礎距離隧道頂部約5.5m基礎類型及其它地基承載力?460Kpa隧道覆土厚度(m)?16.058備注?1993年建造?2.2.3

盾構下穿建筑群簡介建筑物名稱盛京旅游文化廣場DK17+018~DK17+065?雙線隧道上方?3層磚混結構基礎不詳線路通過范圍與隧道的關系建筑物結構形式基礎類型及其它地基承載力?400Kpa隧道覆土厚度(m)?17.888?備注2.2.3

盾構下穿建筑群簡介建筑物名稱

文軒陽光園線路通過范圍DK17+170~DK17+240與隧道的關系?雙線隧道上方?6層建筑物結構形式基礎類型及

挖孔樁最深9米，樁徑其它

0.8-1.2米地基承載力

?400Kpa隧道覆土厚度(m)備注?20.965?2001年修建2.2.3

盾構下穿建筑群簡介建筑物名稱紫金商廈線路通過范圍DK17+280~DK17+360?雙線隧道上方?地上7層，地下1層與隧道的關系建筑物結構形式樁基類型不詳，樁基礎底標高為39米，距離隧道頂約12.5m基礎類型及其它地基承載力?400Kpa隧道覆土厚度(m)?21.968備注?1993年修建2.2.3

盾構下穿建筑群簡介建筑物名稱文化大樓線路通過范圍DK17+385~DK17+422?雙線隧道上方?4層，局部5層與隧道的關系建筑物結構形式基礎類型及其它樁基類型不詳，樁基礎底標高為37.4m，距離隧道頂約11.1m地基承載力?400Kpa隧道覆土厚度(m)?21.968備注?1993年修建2.2.3

盾構下穿建筑群簡介建筑物名稱

沈陽春天線路通過范圍DK17+660~DK17+710與隧道的關系?左線旁建筑物結構形式?地上7層，地下2層人工挖孔樁，樁長10m基礎類型及其它地基承載力

?540Kpa隧道覆土厚度(m)?20.171?1993年修建，底部有防空洞備注2.2.3盾構下穿建筑群簡介區(qū)間隧道穿越中街路的步行街，長約298.2m，右線隧道從步行街南邊房屋底穿過，左線從步行街街中心穿過，左線距離北邊房屋基礎最小6.23m（沈洲商場），距離南邊房屋最小5.54m。因此右線隧道掘進通過步行街影響最大的是南邊的房屋建筑。2.2.4

工程特點本段施工又不同于一般圓礫層的盾構施工，主要有以下幾個特點，根據(jù)此特點，我們制定了一些針對性措施。2.2.4

沉降控制措施下穿建筑物沉降的控制減阻注漿加強監(jiān)控安全評估合理參數(shù)施工前，對建筑物現(xiàn)況進行安全評估，確定沉降等控制基準值，以此為依據(jù)確定三級匯報制度，確定預警值、警報值。合理調整盾構機掘進參數(shù)（掘進速度，土壓力控制，刀盤轉速、塑流化改造、同步注漿、二次補注漿等），以快速、勻速、連續(xù)的原則施工。在盾構機機頭、機尾外注入減阻漿液，從而降低推力，降低對盾構外土體的擾動。加強建筑物的監(jiān)控量測，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)及時調整掘進參數(shù)。2.2.5

掘進效果介紹該工程實施時間：2008年10月初至2009年9月中旬。（1）單班（12小時）最快23環(huán)；（2）單周最快179環(huán)；（3）單月最快701環(huán)。沉降控制在5mm之內(nèi)；單向區(qū)間沒有檢修刀具；2.2.6

沈陽工程所用盾構機介紹（1）盾構機主要參數(shù)外徑6140mm8580mm10650mm殼體長度盾構機總長37500kn掘進千斤頂2500kN×11根+2000kN×5根最大推進速度100mm/min最大扭矩轉速5105.6kNm1.1rpm（50Hz）550kW刀盤總功率6

本工程所用盾構機介紹（2）刀盤及刀具磨損情況匯總先行刀主切刀先行刀2.3

無水大粒徑漂礫石，且含砂量不均勻變化地層案例：北京地鐵九號線03標2.3.1

工程概況豐臺東大街站～豐臺北路站區(qū)間沿豐臺東大街下方設置，整體呈南北走向，隧道覆土9～12m左右。2.3.2

地質、水文條件豐臺東大街站～豐臺北路站區(qū)間沿豐臺東大街下方設置，整體呈南北走向，隧道覆土9～12m。盾構穿越地質自上而下依次為雜填土①、粉質粘土②5、卵石圓礫⑤、卵石圓礫⑦。盾構機主要穿越層為圓礫卵石⑤層，地勘揭露最大粒徑420mm，估計最大粒徑不小于800mm，一般粒徑20～80mm，粒徑大于20mm的顆粒約為總質量的55%～75%，卵石單軸抗壓強度87.74～165.16MPa，盾構穿越地層內(nèi)無地下水。2.3.2

地質、水文條件入洞口處礫石車站挖掘礫石狀況2.3.3

掘進效果介紹該地層中卵石粒徑較大，硬度下水，該地層中刀具合金損壞較快，為世界性難題，其它相鄰標段盾構施施工，如此惡劣地層條件下我們?nèi)詣?chuàng)該工程進行時間：2011年2月20日單班（12小時）掘進記錄：20環(huán)日掘進記錄：35環(huán)；周掘進記錄：187環(huán)；月掘進記錄：450環(huán)。2.3.3

掘進效果介紹2013年6月，由北京市住房和城鄉(xiāng)建設委員會主持召開了“無水漂卵礫石地層盾構施工關鍵技術”科技成果鑒定會，鑒定為總體達到國際領先水平，具有良好的推廣價值。并于2014年獲得北京市科技進步二等獎。本工程所用盾構機介紹2.3.4（1）盾構機主要參數(shù)本工程投入的兩臺盾構機為我市政四公司與日本JTSC公司共同設計制造的加泥式土壓平衡盾構機。1c11-009號盾構機1c11-010號盾構機2.3.4

九號線03標所用盾構機介紹外徑殼體總長全長Φ6.１4m8805mm13455mm總推進力40000kN單位面積推力

1350kN/m22500kN×16根2500kN×12根推進千斤頂鉸接千斤頂盾構最大掘進速度92mm/min（全鎬動作時）Φ650mmxL1100mm（無軸螺旋內(nèi)筒直徑900mm）無軸螺旋通過礫石粒徑驅動方式刀電動變頻驅動5235kN-m(扭矩系數(shù)α=22.6)(對應于10臺電機550kw時）扭矩

(45Hz時)盤參數(shù)扭矩(120%時)轉速6200kN-m（時間80秒）～1.6rpm總功率660kW（可再增加兩臺電機）中間支撐刀盤支撐方式2.3.4

九號線03標所用盾構機介紹本機的設計理念與歐洲系列盾構機截然不同，主要為：渣；此以疏為主：增大螺旋輸送機直徑，盡最大可能排以隔為輔：適當降低刀盤開口率，預留滾刀位置。。2.3.4

九號線03標所用盾構機介紹刀盤特點在刀具的設計上，我們考慮到施工中刀具和卵石撞擊等不利因素，自主設計刀具布置，采用“滾動剝落動態(tài)平衡”的盾構開挖模式，采取了多層牙型交錯刀具布置，解決刀盤刀具磨損過快問題，改善了盾構掘進條件。2.3.4

九號線03標所用盾構機介紹1、在保證刀盤剛度的前提下，盡可能增大刀盤的開口率。刀盤開口率達到54%。2、增強刀具的抗撞及沖擊性。通過加強刀具兩側合金的防撞擊能力；3、優(yōu)化刀具的布置。（1）刀圈上的刀具，主要起到保徑作用。在刀圈上的先行刀分3層高低布置，以保護刀圈及減輕內(nèi)圈刀具壓力。（2）布置刀具時，覆蓋整個開挖斷面，對稱性布置刀具，保證刀盤框架受力均衡，運轉平穩(wěn)；主切刀正反方向布置，刀具整體采用牙型交錯排列。4、加強刀盤刀具的耐磨性。對刀座進行耐磨焊條堆焊，以提高其耐磨性，增強刀具的耐久性；5、增加魚尾刀保護刀。對魚尾刀中心加泥口進行加強保護。魚尾刀加泥口是刀盤長距離掘進的一個關鍵。2.3.5

掘進情況介紹（1）出渣情況介紹出渣視頻三、刀盤框架結構設計3.1

刀盤框架結構設計（1）、提高刀盤有效開口率：（總設計原則，也稱第一設計原則）刀盤開口率：刀盤開口率是刀盤面板開口部分的面積與刀盤面積的比值，刀盤切削下來的渣土通過刀盤的開口槽流往土倉。刀盤的開口必須根據(jù)地質條件、開挖面的穩(wěn)定性和挖掘效率來決定其形狀、尺寸、配置。刀盤有效開口率：在相同開口率情況下，輻條或格柵擋板布置形式不一樣，也會影響礫石進入土倉概率。應當盡可能提高刀盤的有效開口率，提高礫石通過的粒徑，減少刀盤對礫石破碎概率，以此減小對刀具的壓力。（2）、輻條結構形式便于刀具的分層布置；在統(tǒng)一切削軌跡內(nèi)，多層刀具布置，才能有效提高長距離掘進。刀具連接方式：銷接，焊接，栓接，背裝；3.1

刀盤框架結構設計（3）、塑流化注入口設置由于漂卵礫石地層塑性流動性差，設定的土壓無法順利傳遞到開挖面，盾構推進過程中很難建立起連續(xù)、動態(tài)的土壓平衡，同時大粒徑卵石易使刀盤及螺旋輸送機卡死、土艙內(nèi)易結泥餅，影響盾構掘進。土體改良劑的種類及目的3.1

刀盤框架結構設計對此我們對各類土體改良劑性能與地層的匹配關系進行研究，自主研發(fā)泥漿泡沫同步添加技術，并成功應用于無水漂卵礫石地層流塑化改造，實現(xiàn)了減少刀盤、刀具磨損和土壓的持續(xù)動態(tài)平衡。刀盤中心部，一定要設置塑流化材料注入口；

輻條部位塑流化注入口，必須具備獨立注入功能；各種塑流化材料注入能夠隨意更改。（4）、刀盤攪拌棒的設置在刀盤旋轉范圍內(nèi)，設置動、靜攪拌棒；（5）、刀盤支撐臂設計四、刀具設計及布置4.1

刀具的設計（1）硬質合金材料的選擇盾構切削刀具一般采用礦山工具用YG類硬質合金。日本常用的硬質合金有三種（見表一）,E3硬度與抗壓強度最高，表明耐磨性最好，但抗彎和抗拉強度最低，說明其抗沖擊能力最差；E5與之相反；E4性能介于E3和E5之間。在砂卵石地層中掘進的盾構刀具材料應選擇抗沖擊能力強的E5。壓縮抗折力（kg/mm2）拉伸強度熱膨脹系數(shù)（10-6/K)WC粒徑(μm)裂縫試驗(μm)硬度HRACo含量（%）強度（kg/mm2）牌號（kg/mm2)﹥8888.5﹥8787.5﹥8686.5﹥1602907~127~9—————E3E4E543013054~10119—﹥1703108~1310~129~1713~15————4~10—4101405.5﹥200320—————38014564~10384.1

刀具的設計（2）刀具壽命的計算（本處指純磨損，撞擊破損，不適用此式）刀具壽命SL是指刀具在切削時達到極限磨損厚度MH的最長線性滑移距離，一般按下式計算：SL=MH/KE式中，SL：刀具壽命(km)；MH:刀具極限磨損厚度(mm)；KE:刀具磨損系數(shù)(mm/km)。4.1

刀具的設計根據(jù)日本有關盾構制造商的經(jīng)驗，針對砂卵石地層、對應E5刀具的磨損系數(shù)KE=0.03mm/km。選定刀具尺寸后，刀具極限磨損厚度MH是一常數(shù)，下圖所示主刀的極限磨損厚度為20mm。刀具壽命SL與刀盤轉速、盾構掘進距離、盾構推進速度和各刀具安裝位置有關，得到：SL=π·Dx·n·L/V硬質合金式中，Dx：各刀具的安裝直徑（m）；n：刀盤轉速（r·p·m）；L：盾構掘進距離（km）；V：盾構推進速度（mm/min）。刀盤刀柄4.1

刀具的設計實踐中，通常用SL對應的盾構掘進距離L作為刀具壽命指標。由以上兩式可推導出：L=MH·

V/(KE·π·Dx·n)以上圖所示刀具壽命計算為例，由于外周刀線速度最大，故取Dx為刀盤的切削直徑，Dx=6.17，n＝1.1，V按40mm/min計，MH=40，則得到盾構掘最長進距離L=2.5km。土質區(qū)分軟粘土(N值0～5)合金刀頭磨損系數(shù)KE(E5種類)0.0050.020.03mm/kmmm/kmmm/km砂、混有石子的砂紅土(含洪積粘土)砂礫4.2

刀具的布置根據(jù)盾構在砂卵石地層掘進的特點，為便于實現(xiàn)曲線（或糾偏）掘進，減輕砂卵石對刀盤外周的磨損，防止刀具磨損后開挖斷面直徑小于盾構外徑，刀盤的切削直徑應大于盾構外徑，其直徑差一般取20-30mm。布置的刀具依其作用不同，主要有四種①外周刀，也稱保徑刀，由超寬的主切刀構成，用于切削外周土體，保證開挖斷面直徑；②主切刀，用于開挖面大部分斷面開挖；③魚尾刀，用于開挖面中心斷面開挖，起到定心和疏松部分土體的作用；④先行刀，在開挖面沿徑向分層切削，預先疏松土體，降低主刀的沖擊荷載，減小切削力矩。在刀具尺寸的選擇上，要根據(jù)砂卵石粒徑確定。如按本文所述地質條件，主刀寬度不宜小于150mm，先行刀寬度也要與之相對應。4.2

刀具的布置下圖為北京地鐵9號線03標的盾構機刀盤布置圖：刀具布置表主切削刀（高）主切削刀（低）注泥口先行刀1先行刀24.2

刀具的布置說明：（1）切削刀的布置為了增加長距離的安全系數(shù)，靠近外圍的磨損量大的切削刀具進行高低層布置，當高層的刀具磨損20mm時，低層的刀具就開始接替工作，高層的刀具為了防止意外的破損和脫落，刀具的配置數(shù)量都相應加倍。（2）這里有個誤區(qū)，認為高層刀具數(shù)量增加是為了減少刀具的磨損量，實際上經(jīng)過工程實踐證明：刀具的分層布置能減少低層刀具的磨損量，而同層增加的刀具幾乎不能減少同層刀具的磨損量，而只能起到因有個別刀具意外破損和脫落后替補的作用。（3）先行刀的布置也為了防止意外的破損和脫落，在同一行里，刀具的配置數(shù)量都相應加倍，一般先行刀比切削刀高出50mm，從而充分發(fā)揮先行刀的作用，有利的保護切削刀。而切削刀完整性能減少砂礫對先行刀刀體的磨損。（4）外周邊保徑刀的磨損量是最大的，所以外周邊保徑刀的布置尤為重要，當保徑刀失效后，盾構機的推力會大大增加，在砂礫層中很可能會由于推力的阻力過大而使推速過慢，甚至停止。4.3

對應刀具的施工參數(shù)優(yōu)化（1）降低刀盤轉速（Nc）根據(jù)合金刀頭磨損原理，磨損量和刀盤的轉速成正比，在砂礫層中，由于砂礫層沒有粘結現(xiàn)象，內(nèi)聚力幾乎為零，所以可以適當?shù)慕档偷侗P的轉速，但是有一前提：刀盤的平均扭矩必須保證在適應工作狀況的合理數(shù)值范圍內(nèi)。這就要求我們從機械及電氣設備的性能和工作狀態(tài)來確定，對于盾構機類的工作狀態(tài)，我們要求設備不超過80％的能力狀態(tài)就能對設備起到很好的保護作用。在公式中，轉速Nc取值為1.1rpm，實際工程中轉速Nc取值為0.88rpm

。簡單的理解，同樣2000m，刀具磨損量因為轉速降低而減少了20％。4.3

對應刀具的施工參數(shù)優(yōu)化（2）增加推速（V）推進速度與合金刀頭的磨損量成反比，因此適當提高推進速度有利于延長刀頭的壽命。但是在砂卵石地層中，合金刀頭多為非正常磨損，多是由于撞擊等失效，若推進速度無限制提高就會增加刀頭與砂卵石的撞擊力度而加快刀具的失效