不同地質條件下的盾構選型講義

讓

世

界

更

暢

通盾構機設備選型

中交天和機械設備制造有限公司

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引言選型的主要內容選型的基本原則選型的依據選型的步驟選型的主要方法刀盤結構型式選擇刀盤刀具選擇刀盤驅動部簡單介紹自從1825年布魯諾爾在英國泰晤士河下首次使用盾構技術開挖隧道以來，盾構技術經歷了近200年發(fā)展歷程。當前,盾構法能夠適用于任何水文地質條件下的施工，無論是松軟的，堅硬的，有地下水的，無地下水的，地下暗挖隧道工程都可用盾構法。盾構法創(chuàng)始人法國工程師布魯諾爾一引言布魯諾爾發(fā)明的世界上第一臺盾構僅掘進458m長的隧道就歷時18年(1825～1843)，施工中經歷了5次特大洪水，犧牲了6條生命。一引言1828年1月12日泰晤士河底隧道施工時發(fā)生涌水目前，盾構法隧道施工技術在世界許多國家不斷得到發(fā)展，但在推廣與應用上也出現了一些施工事故。據統計，80%以上事故是因盾構的選型失誤所引起，不僅影響了整個工程的工期，還造成了極大的經濟損失和不必要的人員傷亡。一引言廣州地鐵一號線經過風化巖石地層，由于盾構機械的不適應性，在此地層段掘進速度低、刀具磨耗嚴重、地表沉降大、出現泥餅現象等等，甚至還導致三棟3～4層樓房坍塌。一引言廣州地鐵二號線由于盾構刀具配置不合理，刀具凸出刀盤面板層次不協調，裝備扭矩不足，導致刀盤經常形成泥餅，盾構掘進速度緩慢。一引言廣州地鐵三號線施工時,遇上軟下硬地層，掘進異常困難，導致地表房屋大量損壞，最大開裂縫寬達12cm。一引言房屋開裂防洪堤坍塌地表下沉廣州地鐵四號線小新區(qū)間左線施工時，由于刀盤與地層適應性不好，盾構在江底施工時，刀盤刀具磨損嚴重，最后不得已采用在右線相同位置開挖橫通道，到左線刀盤部位進行刀盤面板修復。500m的過江段施工，帶壓換刀12次，月均進度僅72.3m。一引言刀盤磨損嚴重開挖橫通道刀盤修復深圳鐵一號線施工中三次遇到地質突變，一次為上軟下硬地質，兩次為孤石侵入隧道。導致刀盤面板14處被磨穿；滾刀嚴重的弦磨和損壞；所有切刀刮刀損壞。一引言盾構施工工與工程程地質、、水文地地質、地地形地貌、地面建建筑、地地下管線線與構筑筑物、隧道結構構、線路線線型等因因素息息息相關，，盾構機應應該依據這些些具體條條件來“量身定定做”。。盾構施工能否否成功，，關鍵取取決于盾盾構的選型，取決于于盾構能能否適應應現場的的施工環(huán)環(huán)境。一引言1、選型需要解決決的問題題二選型型的主要內容盾構機選選型必須須解決以以下三個個技術問問題：（1）支護：用什么么支護形形式來支支護正面面土體，，確保在在盾構機機推進中中，保持持開挖面面的穩(wěn)定定。（穩(wěn)穩(wěn)得?。?）開挖：：用什么么刀具開開挖正面面土體。。（掘得得進）（3）排土：：開挖下下來的土土渣，用用什么排排土方式式迅速排排出，使使土艙內內渣土排排出速度度與開挖挖速度相相符。（（排得出出）2、選型的的主要內內容二選型型的主要內容（1）機型選擇：軟軟土式還還是復合式、泥水式還還是土壓壓式、閉胸胸式還是敞開式；；（2）主要部件件選擇：：刀盤、、刀具、、螺旋輸送送機等；；（3）主要參數數計算：：刀盤直直徑、開開口率、、轉速、扭矩、功率，，推力，，掘進速速度，鉸接，，螺旋輸輸送機功率等；（4）后配套設設備選擇。3、掘進機機的相關關分類二選型型的主要內容隧道掘進進機的大類–軟土隧道道掘進機機——盾構機–巖石隧道道掘進機機——TBM硬巖掘進進機盾構機的的“類型””分為泥水水盾構機機和土壓壓盾構機機。二選型型的主要內容泥水盾構構機復合式盾盾構機TBM軟土式盾盾構機軟土式土壓平衡衡盾構機機二選型型的主要內容適用地質質條件：：未固結成巖巖的軟土土、某些半固結成成巖及全全風化和和強風化化圍巖地質質。刀盤特點點：僅安裝軟土土刀具(魚尾刀、、切刀、刮刀刀)，無需滾滾刀。復合式土土壓平衡衡盾構機機二選型型的主要內容適用地質質條件：：既適用于軟軟土、又又適用于軟軟硬不均均、全斷斷面硬巖巖的復雜雜地層。。刀盤特點點：既安裝有軟土刀具具，如切刀刀和刮刀刀，又可安裝裝硬巖用用滾刀，，且滾刀刀與切削削刀可相相互更換換。3、盾構機的掘進模式式二選型型的主要內容盾構機的的“模式””是指掘掘進操作作方式。。土壓平衡盾盾構的““模式式”可分分為土壓壓平衡模式、半敞開開式、敞敞開式三三種。泥水盾構的““模式””可分為為泥水平平衡模式式(也稱直接控制制模式)和氣墊模模式(也稱氣泡艙艙模式)兩種。二選型型的主要內容敞開式模模式土壓平衡衡模式半敞開式式-加氣輔助助模式土壓平衡模式二選型的主要內容（1）適應的工況況a、洞身處于自穩(wěn)定性差的地層；b、當地層可能能有較大涌水水時；C、斷裂、構造造破碎帶、斷斷層及溶洞等等不良地質地段；d、過重要建筑物。（2）土倉壓力的控制方法a、通過螺旋輸輸送機來控制排土量的模式；b、通過推進速速度來控制進土量的模式。半敞開模式二選型的主要內容（1）適應的工況況a、當洞身處于軟硬硬不均地段。。b、具有一定自穩(wěn)穩(wěn)能力和地下下水的壓力不不太高（小于于1.5bar）的地層，其防止地下下水滲入的效效果取決于壓壓縮空氣的壓壓力。（2）半敞開式模式的的實現a、穩(wěn)定正面的的部分壓力由由壓縮空氣來來實現，氣壓壓控制標準值值為靜水壓力力值與松散土土柱壓力值之之和；b、利用氣壓和和泥阻止涌水水和坍塌。敞開模式二選型的主要內容（1）適應的工況況a、能夠自穩(wěn)、、地下水少的的地層。（2）敞開式模式的實現a、盾構機切削削下來的碴土土進入土倉內內，即刻被螺螺旋輸送機排排出。b、土倉內僅有有極少量碴土土，基本處于于清空狀態(tài)，，掘進中刀盤盤和螺旋輸送機機扭矩較小。；b、停機時人員員可以隨時進進入土倉。泥水平衡模式盾構機二選型的主要內容泥水盾構具有有二種模式:即泥水平衡模模式和氣墊平衡模模式。泥水平衡模式式二選型的主要內容泥水平衡模式式其原理是通通過刀盤來切削掌子面面的圍巖，位于地面的送泥泵將漿漿液送入開挖倉，排泥泵將刀刀盤切削下來來并經攪拌的泥漿泵泵送至地面的的泥水處理系統進行行分離，通過過控制送排泥量來使使開挖倉維持持一定的壓力，這個個壓力即可平衡掌子面的水壓和土壓壓，保證掌子面的穩(wěn)定。氣墊平衡模式式二選型的主要內容氣墊平衡模式機理：開挖倉內的的泥水壓力通通過氣壓調節(jié)節(jié)方式進行控控制。三盾構選型的原則1.安全適應性2.技術先進性3.經濟合理性四盾構選型的依據1、盾構盾構選型的依據：（1）工程地質、、水文地質條件件顆粒級配，抗壓強強度，含水率率，滲透系數數，地下水位,礫石直徑，壓壓密特性，孔孔隙水壓等；（2）隧道長度、、隧道平縱斷斷面及橫斷面面形狀和尺寸等設計參數；；（3）周圍環(huán)境條件地上及地下建建構筑物分布布，地下管線線埋深及分布，沿線河河流、湖泊、、海洋的分布布，沿線交通情況、施施工場地條件件，氣候條件件，水電供應情況等；（4）隧道施工工工程籌劃及節(jié)節(jié)點工期要求求；（5）宜用的輔助助工法；（6）技術經濟比比較。五盾構選型的主要步驟2、盾構選型主要步驟驟（1）在對工程地地質、水文地地質條件、周周圍環(huán)境、工工期要求、經經濟性等充分分研究的基礎礎上選定盾構構的類型；對對敞開式、閉閉胸式盾構進進行比選；（2）根據地層的的滲透系數、、顆粒級配、、地下水壓、、環(huán)保、輔助助施工方法、、施工環(huán)境、、安全等因素素對土壓平衡衡盾構和泥水水盾構進行比比選；（3）根據詳細的的地質勘探資資料，對盾構構各主要功能能部件進行選選擇和設計：：如刀盤驅動動型式，刀盤盤結構型式、、開口率，刀刀具種類與配配置，螺旋輸輸送機的形式式與尺寸等；五盾構選型的主要步驟（4）主要技術參參數計算，主主要包括刀盤盤直徑、開口口率、轉速、、扭矩、驅動動功率、推力力、掘進速度度，螺旋輸送送機功率、直直徑、長度，，送排泥管直直徑，送排泥泥泵功率、揚揚程等；（5）根據地質條條件選擇與盾盾構掘進速度度相匹配的盾盾構后配套施施工設備。六盾構選型的主要方法3、根據地層的滲透系系數進行選型（1）滲透系數是土滲透性強強弱的定量指指標，定義為單位水力梯度下的的單位流量，，表示水通過過土體空隙的的難易程度，，量綱為距離離/時間，常用m/s，即水每秒鐘鐘透過土體空空隙的距離。。（2）滲透系數越大，土體透透水性越強，，即土中空隙隙越大，土體體越松散；反反之則土體越越密實。通常常，滲透系數數越大，地層層含水量亦越越大，即為富富水地層。六盾構選型的主要方法k＜10-7m/s——土壓式10-7m/s＜k＜10-4m/s——土壓、泥水式k＞10-4m/s——泥水式六盾構選型的主要方法常見土的滲透透系數參考表表六盾構選型的主要方法根據地層滲透透系數與盾構的關系，若地層以各各種級配富水水的砂層、砂礫層為為主時，宜選用泥水盾構構，其他地層宜選用土壓平衡盾構。六盾構選型的主要方法4、根據地層的顆粒級級配進行選型型顆粒級配指組成土土體的各種粒粒徑顆粒所占占的數量，有有連續(xù)級配與與間斷級配之之分。一般來說，細顆粒含含量多，碴碴土易形成成不透水的的流塑體，，容易充滿滿土倉的每每個部位，，在土倉中中可以建立立壓力，以以平衡開挖挖面的土體體，此時，，選擇土壓壓平衡盾構構比較適宜。相反，砂卵石等等粗顆粒含含量多的地地層，土渣渣無法均布布于土倉中中，不宜建立土壓平衡模模式，此時時以泥水平平衡盾構較較為適宜。。六盾構選型的主要方法法大體上當巖巖土粉粒和和粘粒的總總量達到40％以上時，，通常會選選用土壓平衡盾構機機，相反的的情況選擇擇泥水盾構構。粉粒的絕對對大小通常常以0.075mm為界。土壓盾構泥水盾構六盾構選型的主要方法法5、根據水壓壓進行選型型當水壓較大大時，若采采用土壓平平衡盾構，，螺旋輸送送機難以形形成有效的的土塞效應應，在螺旋旋輸送機排排土閘門處處易發(fā)生碴碴土噴涌現現象，引起起土倉中土土壓力下降降，導致開開挖面坍塌塌，引起地地表沉降甚甚至塌陷。。六盾構選型的主要方法法水壓＞0.3Mpa——泥水式或增大螺旋旋輸送機長長度或采用用二級螺旋旋輸送機水壓＜0.3Mpa—土壓式盾構選型依依據-地質、水文文滲透系數滲透系數滲透系數k＜10-7m/s———土壓式10-7m/s＜k＜10-4m/s———土壓、泥水式k＞10-4m/s———泥水式粘土、粉土土含量＞40%———土壓式粘土、粉土土含量＜＜40%———泥水式水壓＜0.3MPa——土壓式水壓＞0.3MPa———泥水式六盾構選型的主要方法法六盾構選型的主要方法法6、根據隧道斷面與與環(huán)境因素素選型隧道斷面環(huán)境因素大型、超大大斷面——泥水式盾構中小型斷面——土壓式盾構泥水式盾構——環(huán)保性能較差土壓式盾構——環(huán)境適用性強六盾構選型的主要方法法7、按盾構機橫截截面的形狀狀分類超小型盾構Ф<1m小型盾構Ф3.5m≥≥φ≥1m中型盾構Ф6m≥φ≥3.5m大型盾構Ф14m≥φ≥6m超大型盾構Ф18m≥φ≥14m特大型盾構構Ф>18m六盾構選型的主要方法法各類盾構適適用情況土壓式盾構：：粉土、粘粘土、淤泥泥質粉土層，對于沙礫含量較較多而不具具有流動性性的土質，，需添加泡泡沫、泥漿漿等添加材料；泥水式盾構：河河底、海底底等高水壓壓的中、粗粗砂、礫石石、卵石地地層，含水水量高的各各種不穩(wěn)定定地層、易易發(fā)生涌水水的地層，，有時需配配合采用輔輔助工法。確保安全！！歸納1、刀盤的主主要功能七刀盤結結構型式選選擇開挖土體并將將土送入土土倉；穩(wěn)定、支撐撐掌子面；攪拌土體，改善碴土的流塑性便便于排出。。要求：提高開挖挖速度，確確保開挖面面穩(wěn)定。設計要素：刀盤盤的結構形形式、刀盤盤支承方式式、刀盤開口率、刀刀具的布置置等。2、刀盤的結構構形式七刀盤結結構型式選選擇刀盤的結構構形式主要要有面板式式和輻條式式兩種。面板式刀盤盤輻條式刀盤盤采用面板式刀盤盤時，由于于泥土流經經刀盤面板板的開口進進入土倉，，盾構掘進進時土倉內內的土壓力力與開挖面面的土壓力力之間產生生壓力降，，且壓力降降的大小受受面板開口口的影響不不易確定，，從而使得得開挖面的的土壓力不不易控制。。七刀盤結結構型式選選擇七刀盤結結構型式選選擇可更換式先先行刀8連中心先行行刀磨損檢測刀刀刮刀注入口保護護刀導向刀保護刀七刀盤結結構型式選選擇刀盤外周耐耐磨板刀具磨損檢檢測刀盤磨損檢檢測刀盤注入口口保護刀面板式刀盤盤的特點七刀盤結結構型式選選擇優(yōu)點：一是以面面板支撐掌掌子面，確確保掌子面面的穩(wěn)定，，二是通過過刀盤的開開口限制進進入土倉的卵石粒粒徑；缺點：由于受刀刀盤面板的的影響，開開挖面土壓壓≠測量土土壓，因而而土壓管理理困難；由由于受面板板開口率的的影響，碴碴土進入土土倉不順暢暢、易粘結結、堵塞、、結泥餅；；且刀具負負荷大，刀刀盤扭矩大大，刀盤及刀具易易磨損。輻條式刀盤盤的特點七刀盤結結構型式選選擇優(yōu)點：輻條式刀刀盤僅有幾幾根輻條，，土、砂流流動順暢，，有利于防防止粘土附附著，不易易粘結和堵塞；由由于沒有面面板的阻擋擋，碴土從從開挖面進進入土倉時時沒有土壓壓力的衰減減，開挖面土壓=測量土壓，，因而能對對土壓進行行有效的管管理，能有有效地控制制地面沉降降；同時刀刀具負荷小小，壽命長長。缺點：不利于保保證開挖面面的穩(wěn)定；；不便于安安裝滾刀。輻條式刀盤也能能安裝滾刀刀，對挖掘地地質針對性性設計?？伎紤]在淤泥質粘土、粘土、、粉質粘土土地層中掘進時，防防止刀盤中中心及面板板上結泥餅餅，以降低低刀盤扭矩矩，刀盤開口率較大大，中心部部基本為敞開式，并并且區(qū)間有有卵石層，考慮刀刀具的耐磨磨性，所以以在外周布布置了8把單刃滾刀刀。右圖為北北京地鐵14號線07標設計的刀刀盤。七刀盤結結構型式選選擇輻條式刀盤盤上的滾刀刀一般設計計成與先行行刀可互換換式，可根根據地質的的需要將滾滾刀換裝成成先行刀。。同時，輻輻條式刀盤盤也可設計計成可互換換的刀盤，，在輻條之之間安裝可可拆卸的面面板，即可可變?yōu)檩棗l+面板式刀盤。。七刀盤結結構型式選選擇七刀盤結結構型式選選擇滾刀刀盤(32%)1、刀盤開口口率：32%，中心開率率為38%2、刀盤配置置：滾刀總總刃數42，刃間距為為86mm，全部為單單刃滾刀，，仿形刀1把，主切削削刀88把，外周保保護刀16把，刀箱保保護刀12把。3、適用地質質：含礫粉質粘粘土與粉土土、強風化化粉細砂巖巖、強、中中風化粉細細砂巖、粉粉質粘土強強風化粉細細砂巖、中中風化凝灰灰?guī)r、粉砂砂互層、中中粗砂夾礫礫卵石、強強中風化泥泥巖。此刀刀盤在南京機場段段DJ-XK02標段、南京京地鐵四號號線工程TA12標有過實際際使用業(yè)績績，最高月月進度為541M。3、業(yè)績案例例七刀盤結結構型式選選擇3、業(yè)績案例例滾刀刀盤(34%)1、刀盤開口口率：34%，中心開率率為38%2、刀盤配置置：滾刀總刃數42，刃間距為為86mm，雙刃滾刀1把，其余全全部為單刃刃滾刀，焊接型先行行刀28把，仿形刀1把，主切削削刀56把，外周保護護刀20把，刀箱保保護刀12把。3、適用地質質：含礫粉質粘粘土與粉土土、強風化化粉細砂巖巖、強、中中風化粉細細砂巖、粉粉質粘土強強風化粉細細砂巖、中中風化凝灰灰?guī)r、粉砂砂互層、中中粗砂夾礫礫卵石、強強中風化泥泥巖。此刀刀盤佛山地地鐵2號線一期工程湖涌站～綠綠島湖站區(qū)間使用。七刀盤結結構型式選選擇3、業(yè)績案例例軟土刀盤（（27%）1、刀盤開口口率：27%，中心開率率為30%2、刀盤配置置：滾刀總總刃數58，刃間距為為89mm,單刃滾刀40把，雙刃滾滾刀9把，超挖滾滾刀1把，主切削削刀130把，外周保保護刀12把，刀箱保保護刀30把。3、適用地質質：淤泥質質黏土、黏黏土、粉質質黏土、中中砂、弱風風化花崗巖巖、全風化化花崗巖，，巖石單軸軸抗壓強度度最大約149MPa。此刀盤盤施工于珠海市區(qū)至至珠海機場場城際軌道道交通工程程。七刀盤結結構型式選選擇3、業(yè)績案例例8m軟土刀盤（（68%）1、刀盤開口口率：68%2、刀盤配置置：魚尾刀刀1把，切削刀刀96把，先行刀刀46把，仿形刀刀1把。3、適用地質質：黏土、砂質質淤泥、粉粉砂、粉粉質粘土、、流泥、圓圓礫、回填填片石。此刀盤在在秦山核電廠廠擴建項目目排水隧道道巖土工程程有使用業(yè)績績，最高月月進度為322m。七刀盤結結構型式選選擇3、業(yè)績案例例軟土刀盤(輻條面板式式)(50%)1、刀盤開口口率：50%2、刀盤配置置：魚尾刀刀1把，切削刀刀86把，先行刀刀42把，外周保保持刀12把，仿形刀刀2把，一備一一用。3、適用地質質：淤泥質粘土、粘土、、粉質粘土土、粘質粉粉土、砂質質粉土、粉粉砂、極細細砂、中粗粗砂。此刀盤在上上海、蘇州州、無錫、、天津、北北京、南昌昌有廣泛使使用，并且且其他盾構構機公司制制造的軟土土盾構機上上都有采用用此形式，，此刀盤施施工于武漢市軌道道交通三號號線12標。八刀盤刀具選擇對于盾構機機來說,掘削系統即是掘削刀刀盤及其驅驅動系統。。掘削系統統對于盾構構機的施工工效果有著著決定性的的影響,而且選擇的的差異對盾盾構機造價價也有著很很大的影響響,刀盤選型可可以影響到到總造價的的4％～8％,尤其掘削設設備的裝備備扭矩是盾盾構機最基基本的參數數之一。盾構機掘削削刀盤即作轉動的的盤狀掘削削器，由掘掘削地層的的刀具、穩(wěn)穩(wěn)定掘削面面的面板、、出土槽口口、刀盤驅驅動部等構構成。八刀盤刀刀具選擇盾構機刀具具可根據運運動方式、、布置位置置和方式及及形狀等進進行分類。。按切削原原理劃分，，盾構機的的刀具一般般分為切削削刀刀和滾刀刀兩種種，，其其余余形形式式的的刀刀具具為為輔輔助助刀刀具具。。切切削削刀刀又又分分為為齒刀刀、刮刀刀和先行行刀刀等。。1、盾盾構構刀刀具具的的分分類類按運運動動方方式式分分類類按安安裝裝方方式式分分類類八刀刀盤盤刀刀具具選選擇擇滾刀刀圈圈滾刀刀三連連、、二二連連滾滾刀刀八刀刀盤盤刀刀具具選選擇擇切削削刀刀的的實實物物照照片片周邊邊刮刮刀刀周邊邊刮刮刀刀(背面面)周邊邊刀刀安安裝裝位位置置八刀刀盤盤刀刀具具選選擇擇切削削刀刀的的實實物物照照片片先行行刀刀八刀刀盤盤刀刀具具選選擇擇2、刀刀具具的的選選擇擇對于于不不同同地地層層的的開開挖挖，，盾盾構構的的刀刀具具通通常常采采用用不不同同型型式式：：開開挖挖地地層層為為硬硬巖巖時時，，采采用用滾滾刀刀；；地地層層為為較較軟軟巖巖石石時時，，采采用用齒齒刀刀；；地地層層為為軟軟土土或或破破碎碎軟軟巖巖時時，，可可采采用用切切刀刀(或刮刮刀刀)。卵石石層層(N>40)砂礫礫卵卵石石(10<N<40)洪積積土土(砂質質土土)(10<N<25)沖擊擊粘粘土土(0<N<10)標準準貫貫入值值八刀刀盤盤刀刀具具選選擇擇3、刀刀具具的作作用用及及切切削削機機理理切削削刀是是盾盾構構機機切切削削開開挖挖面面土土體體的的主主刀刀具具，，切切削削刀刀一一般般形形狀狀如如左左下下圖圖所所示示。。一一般般情情況況下下，，β(前角角)與α(后角角)值隨隨切切削削地地層層特特性性不不同同變變化化，，取取值值范范圍圍在在5～20度之之間間，，粘粘土土地地層層稍稍大大，，砂砂卵卵石石地地層層稍稍小小。。切削削刀刀一一般般形形狀狀示示意意圖圖切削削刀刀八刀刀盤盤刀刀具具選選擇擇切削削刀為為盾盾構構機機開開挖挖非非巖巖質質地地層層的的基基本本刀刀具具，，其其形形狀狀、、布布局局將將對對開開挖挖效效果果有有重重要要影影響響。。切切削削刀刀切切削削土土體體的的示示意意見見下下圖圖。。對對于于軟軟土土地地層層或或經經滾滾刀刀破破碎碎后后的的碴碴土土將將通通過過切切刀刀和和刮刮刀刀進進行行開開挖挖。。碴碴土土隨隨切切刀刀、、刮刮刀刀正正面面進進入入碴碴槽槽，，因因此此切切刀刀、、刮刮刀刀既既具具有有切切削削的的功功能能又又具具有有裝裝載載的的功功能能。。切削削刀刀切切削削土土體體示示意意圖圖八刀刀盤盤刀刀具具選選擇擇先行行刀刀顧名名思思義義，先先行行刀刀即即為為先先行行切切削削土土體體的的刀刀具具。。先先行行刀刀在在設設計計中中主主要要考考慮慮與與切切削削刀刀組組合合協協同同工工作作。。刀刀具具切切削削土土體體時時，，先先行行刀刀在在切切削削刀刀切切削削土土體體之之前前先先行行切切削削土土體體，，將將土土體體切切割割分分塊塊，，為為切切削削刀刀創(chuàng)創(chuàng)造造良良好好的的切切削削條條件件。。據據其其作作用用與與目目的的，，先先行行刀刀斷斷面面一一般般比比切切削削刀刀斷面面小小。采用用先先行行刀刀，一一般般可可顯顯著著增增加加切切削削土土體體的的流流動動性性，，大大大大降降低低切切削削刀刀的的扭扭矩矩，，提提高高刀刀具具切切削削效效率率，，減減少少切切削削刀刀的的磨磨耗耗。。在在松松散散體體地地層層，，尤尤其其是是砂砂卵卵石石地地層層使使用用效效果果十十分分明明顯顯。。先行行刀刀刀具具形形狀狀及及與與切切削削刀刀協協同同切切削削土土體體的的示示意意圖圖見見左左下下圖圖。。先行行刀刀八刀刀盤盤刀刀具具選選擇擇貝殼殼刀刀(也稱稱撕撕裂裂刀刀)實質質上上是是先先行行刀刀，，盾盾構構機機穿穿越越砂砂卵卵石石地地層層時時，，若若采采用用滾滾刀刀型型刀刀具具，，因因土土體體屬屬松松散散體體，，在在滾滾刀刀掘掘進進擠擠壓壓下下會會產產生生較較大大變變形形，，大大大大降降低低滾滾刀刀的的切切削削效效果果，，有有時時甚甚至至喪喪失失切切削削破破碎碎能能力力。。采采用用貝貝殼殼刀刀，，將將其其布布置置在在刀刀盤盤前前端端面面，，專專用用于于切切削削砂砂卵卵石石，，可可較較好好地地解解決決盾盾構構機機切切削削土土體體(砂卵卵石石)的難難題題。。盤圈圈貝貝型型刀刀實實物物照照片片盤圈圈貝貝型型刀刀示示意意圖圖八刀刀盤盤刀刀具具選選擇擇魚尾尾刀刀采用用大刀刀盤盤全全斷斷面面切切削削土土體體，，布布置置在在刀刀盤盤不不同同位位置置的的切切削削刀刀，，從從刀刀盤盤外外周周至至中中心心，，運運動動圓圓周周逐逐漸漸減減小小，，中中心心點點理理論論上上可可以以視視為為零零，，相相應應土土體體流流動動狀狀態(tài)態(tài)也也是是越越來來越越差差。。而而且且中中心心支支撐撐部部位位(直徑約1.5m)不能布置置切削刀刀，為改改善中心心部位土土體的切切削和攪攪拌效果果，可考考慮在中中心部位位設計一一把尺寸寸較大的的魚尾刀刀。魚尾刀示示意圖八刀盤盤刀具選選擇根據經驗驗，魚尾尾刀的設設計和布布置可應應用兩個技巧巧：其一讓盾盾構機分分兩步切切削土體體，利用用魚尾刀刀先切削削中心部部位小圓圓斷面(直徑約1.5m)土體，而而后擴大大到全斷斷面切削削土體，即將魚魚尾刀設設計與其其他切削削刀不在在一個平平面上，，一般魚魚尾刀先先行600mm左右，保保證魚尾尾刀最先先切削土土體；其二是將將魚尾刀刀根部設設計成錐錐形，使刀盤盤旋轉時時隨魚尾尾刀切削削下來的的土體，，在切向、、徑向運運動的基基礎上，，又增加加一項翻翻轉運動動(如同犁地地一般)：這樣既既可解決決中心部部分土體體的切削削問題和和改善切切削土體體的流動動性，又又大大提提高盾構構機整體體掘進水水平。魚尾刀切切削土體體示意圖圖八刀盤盤刀具選選擇仿形刀盾構機一一般設計計兩把仿仿形刀(一把備用用)，布置在在輻條的的兩端。。施工時時，可以以根據超超挖多少少和超挖挖范圍的的要求，，從輻條條兩端徑徑向伸出出和縮回回仿形刀刀，達到到仿形切切削的目目的。仿仿形刀伸伸出最大大值一般般在80～130mm之間。盾盾構機在在曲線段段推進、、轉彎或或糾偏時時，通過過仿形超超挖切削削土體創(chuàng)創(chuàng)造所需需空間，，保證盾盾構機在在超挖少少、對周周邊土體體干擾小小的條件件下，實實現曲線線推進和和順利轉轉彎及糾糾偏。八刀盤盤刀具選選擇滾刀隨著城市軌道道路網的的延伸及及建設力力度的加加大，盾盾構區(qū)間間不僅需需穿越常常見的軟軟弱地層層，同時時還需在在部分硬硬巖地段段中通過過。因此此在刀具具選擇上上既要考考慮在軟軟巖中開開挖的需需要，也也要考慮慮在硬巖巖中的要要求。一一般認為為刮刀適適用于土土層及部部分軟巖巖，滾刀適適用于硬巖，其其中單刃刃滾刀能能用在強強度很高高的巖石石中。單刃滾刀刀二連滾刀刀三連滾刀刀八刀盤盤刀具選選擇滾刀的破破巖機理理：安裝在刀盤上上的滾刀在在千斤頂的的作用下下緊壓在在巖面上上，隨著著刀盤的的旋轉，滾刀一一方面繞刀盤中中心軸公公轉，同同時繞自自身軸線線自轉。。滾刀在在刀盤的的推力、、扭矩作作用下，，在掌子子面上切切出一系系列的同同心圓溝溝槽。當當推力超超過巖石石的強度度時，滾刀刀刀尖尖下的巖巖石直直接破破碎，，刀尖尖貫入入巖石石，形形成壓壓碎區(qū)區(qū)和放放射狀狀裂紋，，進一一步加壓，，當滾滾刀間間距S滿足一一定條條件時時，相相鄰滾滾刀間間巖石石內裂裂紋延延伸并并相互互貫通通，形形成巖巖石碎碎片而而崩落落，滾刀刀完成成一次破破巖過過程。八刀刀盤刀刀具選選擇硬巖滾滾刀破破巖主主要分分為以以下幾幾個步步驟：：擠壓階段：滾刀刀在高高推力力作用用下，，切入入巖石石表面面(切入深深度1～10/15mm，取決決于巖巖體強強度)，同時時巖面面產生生局部部變形形及很很高的的接觸觸應力力。并并在此此應力力作用用下，，刀刃刃與巖巖石接接觸部部分的的巖體體產生生粉碎區(qū)區(qū)，即應應力核核心區(qū)區(qū)。此此核心心區(qū)深深度越越深、、范圍圍越大大對提提高破破巖效效率越越明顯顯。八刀刀盤刀刀具選選擇起裂階段段：沿粉粉碎區(qū)區(qū)周邊邊應力力大于于巖體體的抗抗拉強強度或或抗剪剪強度度時，，便產產生張張拉裂裂縫。。該裂裂縫是是滾刀刀能否否破巖巖的先先訣條條件。。在應應力核核心區(qū)區(qū)下層層是應應力過過渡區(qū)區(qū)，該該區(qū)為為應力力衰減減區(qū)，，對巖巖體裂裂縫的的產生生不起起控制制性作作用。。在刀刀刃正正下方方分布布有主主裂縫縫，由由于其其方向向與破破巖方方向一一致，，因此此也不不能顯顯著地地提高高破巖巖效率率，但但能加加大下下個循循環(huán)中中壓入入階段段應力力范圍圍。八刀刀盤刀刀具選選擇破碎階階段：當相相鄰滾滾刀的的間距距使起起裂階階段產產生的的裂縫縫相互互連通通時，，表面面部分分巖體體便被被裂縫縫分割割，形形成碎碎片并并脫離離開挖挖面。。八刀刀盤刀刀具選選擇影響裂裂縫能能否形形成的的直接接因素素有：：巖石硬硬度：在刀具擠擠壓階階段，，必須須保證證刀具具硬度度要高高于巖巖石硬硬度，，才能能切入入巖石石表面面，形形成必必要深深度的的應力力核心心區(qū)?？箟簭姀姸龋海旱毒咔星腥霂r巖石表表面后后，當當應力力大于于巖石石抗壓壓強度度(單向應應力條條件)或抗壓壓強度度與地地層主主應力力組合合值(三向應應力條條件)時才能能形成成粉碎碎區(qū)，，以保保證裂裂縫產產生位位置具具有一一定深深度?？估瓘姀姸龋菏橇芽p縫形成成的力力學原原因。。九刀盤驅動動部簡