盾构机刀具范文10篇

1刀具种类和切削原理

1.1切刀（齿刀，刮刀）

切刀是软土刀具，布置在刀盘开口槽的两侧，其切削原理是盾构机向前推进的同时，切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向（沿隧道前进方向）剪切力和径向（刀盘旋转切线方向）切削力，在刀盘的转动下，刀刃和刀头部分插入到地层内部，不断将开挖面前方土体切削下来。切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。

1.2先行刀（超前刀）

先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置。先行刀在设计中主要考虑与其它刀具组合协同工作。先行刀在切刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切刀创造良好的切削条件。先行刀的切削宽度一般比切刀窄，切削效率较高。采用先行刀，可显著增加切削土体的流动性，大大降低切刀的扭矩，提高切刀的切削效率，减少切刀的磨耗。在松散体地层，尤其是砂卵石地层先行刀的使用效果十分明显。

1.3贝型刀

摘要：盾构机刀具配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容。本论文着重介绍了刀具的种类和切削原理，同时针对不同的地层情况，提出刀具的具体配置方式。针对盾构机在复合地层隧道掘进，解释了刀具配置的差异性、刀具配置的“矛盾”现象。结合工程实例，在砂卵石地层中（尤其是含大直径漂石）长距离隧道掘进的工况下，提出了盾构机生产厂家关于刀具配置新的设计理念和思路。最后提出了刀具配置设计中应考虑的因素。

关键词：刀具种类；切削原理；配置方式；刀具设计

Abstract:TBM(TunnelBoringMachine)CuttingToolsConfigurationisoneofthemostimportantfactorduringTBMcuttingtooldesign.Thisarticlefocusondescribethetypeofcuttingtoolsandcuttingtheory,Meanwhile,thedetailcuttingtoolsconfigurationhasbeenproposedduetodifferentgeologiccondition.Analyzedthediscrepantcuttingtoolconfigurationand“theContradictoryPhenomenon”.Accordingtothereferenceproject,anewcuttingtoolsconfigurationdesignthought&theoryisproposedfromTBMmanufactureforlongdistancetunnelexcavationingravelgeologiccondition(especiallycontentbigboulder).Attheendofthisarticle,thenecessaryconsiderationfactorisprovidedduringcuttingtoolsconfigurationdesign.

Keywords:TypeofCuttingTools;CuttingTheory;CuttingToolsConfiguration;CuttingToolsDesign

0引言

盾构机刀具的配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容，其配置是否适合应用工程的地质条件，直接影响盾构机的刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率。

摘要：盾构机刀具配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容。本论文着重介绍了刀具的种类和切削原理，同时针对不同的地层情况，提出刀具的具体配置方式。针对盾构机在复合地层隧道掘进，解释了刀具配置的差异性、刀具配置的“矛盾”现象。结合工程实例，在砂卵石地层中（尤其是含大直径漂石）长距离隧道掘进的工况下，提出了盾构机生产厂家关于刀具配置新的设计理念和思路。最后提出了刀具配置设计中应考虑的因素。

关键词：刀具种类；切削原理；配置方式；刀具设计

Abstract:TBM(TunnelBoringMachine)CuttingToolsConfigurationisoneofthemostimportantfactorduringTBMcuttingtooldesign.Thisarticlefocusondescribethetypeofcuttingtoolsandcuttingtheory,Meanwhile,thedetailcuttingtoolsconfigurationhasbeenproposedduetodifferentgeologiccondition.Analyzedthediscrepantcuttingtoolconfigurationand“theContradictoryPhenomenon”.Accordingtothereferenceproject,anewcuttingtoolsconfigurationdesignthought&theoryisproposedfromTBMmanufactureforlongdistancetunnelexcavationingravelgeologiccondition(especiallycontentbigboulder).Attheendofthisarticle,thenecessaryconsiderationfactorisprovidedduringcuttingtoolsconfigurationdesign.

Keywords:TypeofCuttingTools;CuttingTheory;CuttingToolsConfiguration;CuttingToolsDesign

0引言

盾构机刀具的配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容，其配置是否适合应用工程的地质条件，直接影响盾构机的刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率。

1工程概况

某盾构区间隧道采用两台泥水/土压双模式盾构掘进。如图1所示，在完成下穿河流后，进入农新排水站区域，区域施工长度约120m，覆土8～10m，排水站房屋坐落在排水箱涵上方，其余建筑全为20世纪60年代老旧的浅基础建筑。除保留的原有排水功能作用外，其它建筑现作为加工厂和居住用途。其中，泵房为下沉式集水，隧顶距底板小于4m。隧道上覆建筑物原计划拆迁，但由于各种原因无法进行拆迁，经第三方鉴定为一般损坏房，施工时地面沉降及建筑物的保护是重要风险控制点。由于建筑物只拆除了一小部分（上图下方515～530环位置），地质勘查资料有限，房屋下方无钻孔勘察地质。从周边地勘揭示：地层主要为砂层和微风化炭质灰岩，灰岩侵入盾构开挖面最高约为4.5m，该区域溶洞发育强烈，存在洞高超过10m的3层串珠式溶洞。地质条件差，施工风险控制是关键。

2风险控制

围绕双模式盾构的突出优势、严密组织掘进管理，以监控管理、应急防控为主要思路，加强应急预案处理准备，主要控制措施如下。

2.1溶洞预处理

1）溶洞预处理，降风险部分可能存在位于建筑物下方的溶洞，使用斜孔引孔，引孔后下袖阀管进行注浆，减少盾构下穿施工的风险。控制要点：①斜孔施工时，确保角度的准确性，根据直孔探明的洞高，与斜孔施工位置，计算出钻孔角度；②钻孔一是加强泥浆比重，减少塌孔，二是要保证袖阀管下管长度；以单液浆为主，延长初凝时间；适当增大注浆压力（幅度0.1MPa左右）以增加注浆影响范围；同时加强地面及建构筑物监测。2）盾构穿越溶洞区，避风险①穿越岩溶区最大的风险为盾构失稳，利用双模盾构的优势，使用浓泥浆或惰性浆，快速灌入掌子面，避免掘进失压、保压困难等异常问题；②对盾构姿态和掘进速度进行控制，实时记录土仓压力并进行24h监测，保证盾构安全通过；③在注浆方面，盾构配置有两套注浆系统和3台注浆泵，同时快速进行同步注浆和管片补浆。管片补浆采用每隔2～3环进行一次双液浆作封闭环，有效形成保护。每环推进前，对注浆的浆液进行小样试验。

摘要：目前常见的刀盘结构有面板式和辐条式2种基本型式，以及介于2者之间的幅板式刀盘。通过文献分析和工程经验总结，首先阐述了几种型式刀盘的结构、基本配置及工程应用。随后从刀盘土舱构造、开挖面稳定、土压平衡控制、砂土的流动性、刀盘负荷、障碍物的处置、地层适应性等方面，对2种基本刀盘型式的特性进行了比较和分析。

关键词：盾构；刀盘型式；面板式刀盘；辐条式刀盘

国内外工程实践表明，盾构在施工中会遇到各种不同地层，从淤泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等。作为盾构机的关键部件之一，刀盘主要起到开挖土体、稳定工作面及搅拌土砂的功能，因此在掘进过程中刀盘工作环境恶劣，受力复杂。

刀盘型式及结构关系到盾构的开挖效率、使用寿命及刀具费用。刀盘配置及选型主要依赖于工程地质及水文地质条件，不同的地层应采用不同的刀盘型式，但在地质适应性设计方面缺少完整的理论依据、经验数据及可靠的试验数据，在很大程度上还依赖工程经验。

1刀盘结构型式

盾构刀盘由钢结构件焊接而成，目前其主流型式有2种：面板式和辐条式［1］。另外，还有介于2者之间的辐板式刀盘（由辐条和幅板组成）［2］。

[摘要]详细介绍了基于大数据分析技术的盾构风险防控方法，针对大数据分析方案设计、架构及原理、功能设计等进行了系统阐述，并结合具体项目开展了应用研究，表明了利用大数据分析技术可以辅助施工单位建立立体综合的盾构施工风险防控体系，有效降低盾构施工生产过程中的风险发生概率，具有显著的社会效益和经济效益。

[关键词]盾构;大数据分析;风险防控

随着我国基础建设的深入发展，盾构法施工面临的特殊地质情况越来越多，隧道开挖向大直径、长距离、大埋深的方向发展，地下工程地质环境的特殊性、复杂多变性、不可预测性以及施工过程中灾害事故的突发性使得对环境影响的控制难度加大，特别是国家一批超大、超深埋、水下高风险隧道及小间距、大坡度等特殊地质条件的隧道掘进工程陆续规划和开工建设，这对盾构连续、高效、智能、文明、安全施工提出了巨大挑战。传统盾构施工风险管理模式和方法，已经远远不能满足目前施工建设的需要。但是，由于隧道建设的特殊性和复杂性，物联网技术不够成熟，人机交互能力弱，数据的采集与上传困难，尤其是高频次、大数据的自动化采集与分析满足不了要求[1]。当前，信息化发展已经达到新阶段，人工智能、大数据、互联网+等技术的快速发展为盾构TBM风险防控提供了可靠载体，利用大数据技术开展盾构TBM施工风险防控已经成为一种可靠高效的手段。

1盾构主要施工风险及案例

由于盾构/TBM本身结构复杂、设备工作环境恶劣以及人为失误等因素，导致盾构/TBM施工过程中经常出现异常情况，轻则影响工程进度，重则造成重大事故。盾构主要施工风险可归纳为地质风险、设备风险和人为风险，据相关数据统计，其所占比例分别约为40％、30％和30％[2]。典型案例如下。案例一：天津地铁2号线建国道～天津站区间，右线盾构因螺旋输送机被水泥土固结块卡死无法运转，在开启观察孔进行处理时，发生突沙涌水事件。由于该地段的地质异常复杂，突泥及涌水量较大，导致地面塌陷，且左线掘进快于右线35环，左线线路高于右线，致使左右线隧道均发生局部管片变形破损开裂，最终被封堵回填并重新改线施工，2台盾构被埋于地下，造成极其恶劣的社会影响。后经事故调查发现，装备掘进参数控制不当是造成此次事故的主要原因。类似原因还造成2007年11月南京地铁2号线施工事故。案例二：2017年2月12日，厦门地铁2号线过海段海东区间右线泥水盾构因突然遭遇未事先堪明的微风化安山岩基岩凸起，造成盾构刀盘刀具严重磨损停机达6个多月。因处海底，压力高，遂决定采用带压进仓的辅助工法进行换刀作业，但在减压舱减压过程中操作不当发生起火，导致3人烧伤，后经抢救无效死亡，造成重大损失及恶劣社会影响。案例三：成都地铁1号线南延线华阳站～广都北站右线区间盾构施工过程中，项目部对1～56环管片姿态进行复测，发现17～56环均出现不同程度的超限，其中56环垂直偏差达到+2010mm、水平偏差+52mm，但盾构测量导向系统56环处显示的盾构垂直偏差为盾首-29mm、盾尾-25mm，水平偏差盾首+41mm、盾尾+35mm，成型隧道实测偏差与盾构测量导向系统显示偏差严重不符。经过调查，确认是操作人员误操作，导致盾构VMT系统中输入了错误的盾构推进计划线数据文件，致使盾构按照错误的计划线推进，导致盾构隧道轴线偏差。加之项目部未按照测量规定的频次（每20环人工复测一次）进行人工复核，致使偏差不断扩大而未能及时被发现，造成直接经济损失273万余元[3]。

2大数据分析平台设计

摘要:以实际项目为例，为了控制施工进度及成本，从地质角度入手，并从盾构掘进清单谈判和钻孔灌注桩工程两方面探讨了具体的做法，包括盾构硬岩定额、盾构带压换刀、长护筒、土方定额等内容，最终取得了良好的经济效益。

关键词:清单谈判;轨道交通工程;地质角度

1PPP模式概述

近年来全国各大中城市地铁建设正有序快速地开展，由于财政资金所限，一些地方采取了PPP模式进行融资。PPP模式源于英文Public－Private－Partnerships，是指政府、私人营利性企业、私人非营利性组织和非营利性企业基于某个项目而形成的相互合作关系的形式［1］。我国学者对PPP模式的定义还没有形成统一的观点，大部分认为PPP模式有广义、狭义之分，广义的PPP模式是泛指公共部门与私人部门为提供公共产品或服务而建立的各种合作关系，而狭义的PPP模式是指一些项目融资模式的总称，包含BOT、TOT、DBFO等多种模式。我国基础设施和公共服务领域广泛采用政府和社会资本合作(PPP)模式，伴随着政策的春风，PPP模式得到了全国各地方政府的积极响应，PPP项目遍地开花，PPP大市场初步建立。目前，各地为了加快PPP项目落地、开工，在施工图尚未完成甚至初步设计或概算还未批复时即进行社会资本招标。

2项目概况

某城市地铁二号线一期工程采用PPP模式，总承包合同约定合同单价项目及总价项目价格依据招标设计文件或经批复的临时设施方案和设计文件，根据工程量清单计算规则计算工程数量，按照工程量清单组价原则进行组价，报市财政局财政评审中心审定后下浮7%予以确定。该项目属于边拆迁、边设计、边谈清单的“三边工程”。预算清单确定的流程是:发包方某城市轨道交通有限公司(下文简称轨道公司)先行下发了一版暂计量工程量清单，用于前期过程中的暂计量工作，施工方根据图纸、合同、施工方案、地质资料及现场实际情况提出意见后，轨道公司根据双方的谈判阶段性成果委托咨询公司编制一版财审清单上报财政评审中心，施工单位根据自己的诉求再上报一版预算清单。市财政评审中心根据两版清单再次组织各方谈判，并依据最终结果委托咨询公司形成最终预算清单。清单谈判的结果将直接决定项目后期的盈亏。清单谈判涉及定额选用、工程量计算规则、合同条款梳理等多个方面，是一项系统复杂的工作，本文从对清单价格影响较大的地质角度进行分析。

1隧道掘进机的分类

隧道掘进机作为目前广泛使用且具有良好应用前景的掘进设备，依据掘进岩土体强度大致可分为岩石隧道掘进机和土体隧道掘进机2类，前者在国内一般称作TBM（即岩石隧道掘进机），后者一般称为盾构掘进机。岩石掘进机开挖的岩石一般比较坚硬，掘进速率、施工进度和滚刀刀具的磨损是制约施工进度与造价的主要因素。在坚硬岩石地层中，岩体一般具有自稳能力，开挖过程不需要进行特殊处理来保证岩体稳定。若碰到特殊岩体地层（如软弱岩体、大断层通过的地层），则需要考虑采用护盾来保证掘进机的正常和安全运行［1］。盾构掘进时，土体较软，易于开挖，开挖掘进速度不是盾构面临的主要问题，保证开挖面的稳定和减小开挖引起的土体沉降是盾构开挖的关键。盾构中一般采用护盾和开挖面的土压平衡、泥水平衡或者气压平衡等方式来保证开挖土体的稳定与安全［1］。

2隧道掘进机技术的研究现状

基于不同岩土体内掘进机工作模式和工程难点的不同，TBM和盾构掘进机技术的研究重点和热点问题也存在差异。

2．1TBM研究现状

如何加快岩石掘进机的掘进速率和优化开挖过程是岩石隧道工程的主要问题，故TBM技术的研究热点问题主要集中在TBM滚刀的破岩机制和施工预测模型2方面。

摘要：盾构机广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程，被称为“工程机械之王”，而超大直径盾构机更是堪称工程机械中的“王中王”。本文从国产超大型盾构研制的紧迫性和必要性出发，阐述了国产超大型盾构品牌创建的背景，品牌崛起的主要做法、创建路径及成效，进一步印证了中国高端装备制造品牌坚持自主创新，形成具有自主知识产权的核心技术，实现科技自立自强的重要意义，以期为行业企业的品牌建设提供借鉴和参考。

关键词：超大型盾构；自主研制；创新驱动；品牌建设

一、国产超大型盾构研制的背景

盾构工法于19世纪初在英国产生，至今已经有200年的历史。19世纪末到20世纪中叶，盾构工法相继传入美国、法国、德国、日本等国。20世纪60年代到80年代，盾构工法发展得到进一步完善，且成效显著。1984年，我国首次应用从日本引进的盾构机，建成了上海市芙蓉江下水道总管工程。盾构机如地下游龙一般的掘进方式让刚刚打开国门的国人大开眼界，使用盾构机不用开挖地面、不用爆破土石，而且掘进速度快，有利于人员安全和环境保护，这对地下施工来说有着巨大的优势。此后，盾构机在我国隧道施工中开始普及，在庞大的中国基建市场上，充斥着各种国外品牌的盾构机。2010年以前，我国工程建设所需的大直径、超大直径盾构机完全依赖国外进口。2001年，国家“86计划”正式包含了“隧道掘进机的主要技术研究”，启动了国产盾构机的研发之旅。2010年，中国交通建设集团有限公司（以下简称“中交集团”）敏锐地看到轨道交通和城市基础设施建设的风口，发挥央企优势，在江苏省常熟成立中交天和机械设备有限公司（以下简称“中交天和”），集中力量打造国产盾构机专业制造商。中交天和工厂及厂房刚开始建设，中交集团承接的南京纬三路过江隧道工程，需要两台刀盘直径超过14米的超大型盾构机。南京纬三路过江隧道是当时我国首个复合地质条件下的超大型隧道工程，也是当时世界上同类隧道中规模最大、距离最长、水压最高、地质条件最复杂的隧道。国外唯一能够提供这种设备的厂商以施工风险高为由，开出7亿元一台的天价，且制造周期远超工程预期。刀盘直径超过12米的盾构机在国际上被称为超大型盾构机，但当时国内还没有一家企业能够制造10米级的盾构机。设备买不起，工程等不起，没有技术就要任人宰割。由此，中交集团决心自己进行研发和制造。

二、国产超大型盾构品牌建设的主要做法

（一）啃下硬骨头，立足自主研制

摘要:以沈阳综合管廊项目为工程背景，分析综合管廊盾构法施工存在的老城区盾构机始发、盾构机过节点井、锚索施工区、富水地层小半径掘进、盾构和节点井的施工顺序等技术难题，提出盾构分体始发、空推过节点井、锚索处理、小半径掘进、先盾后井等施工技术，为施工的顺利进行提供保障。

关键词:综合管廊，盾构法，施工技术

1概述

近年来，国内的大部分城市普遍存在因各种市政管线的维修和改迁，重复开挖城市道路而形成的“道路拉链”现象，造成经济和人力的浪费，为此的道路施工更是造成交通堵塞、居民出行不便的原因之一［1-3］。管廊的建造有效的解决了城市高速发展而造成的“道路拉链”及“蛛网式”架空线等问题。目前，综合管廊的建造有明挖法施工和暗挖法施工两大类，暗挖法施工以顶管和盾构为主［4-6］。本文以沈阳综合管廊项目为工程背景，分析综合管廊盾构法施工中存在的技术难题，提出盾构分体始发、空推过节点井、锚索处理、小半径掘进、先盾后井等施工技术，为施工的顺利进行提供保障。

2工程概况

沈阳市地下综合管廊(南运河段)PPP项目是首个在旧城区建造的盾构管廊，全长约12．8km，管廊结构为内直径D=5．4m的盾构隧道。本工程划分为7个盾构区段，共设29个节点井，其中7个盾构井，22个工艺井。经地质勘探，盾构区间地层主要由第四系全新统和上更新统黏性土、砂类土及碎石类土组成。盾构区间隧道施工范围内所处地层主要由圆砾层、砾砂层及粉细砂层组成，地质软硬不均。地下水为第四系松散岩类孔隙潜水。潜水主要赋存在第四系全新统冲积、冲洪积及第四系上更新统冲洪积地层中，是影响地下管廊盾构施工的主要地下水。