小议常见盾构刀盘型式及选用

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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］。

面板式刀盘（图1、图2）一般为焊接箱形结构，其上设置刀座、刀具、开口、添加剂注入口及与主轴承连接部件。切刀布置在面板上开口的两侧，滚刀布置面板是刀座。刀盘开口率较小，在30%左右，属闭胸式。目前，中国使用的盾构大部分为面板式刀盘结构，如上海地铁施工用的是法国FCB盾构，北京、广州、深圳及南京等地用的是海瑞克盾构。

辐条式刀盘（图3、图4）主要由轮缘、辐条及布设在辐条上的刀具组成。刀具布置在辐条的两侧，一般较难布置滚刀。刀盘开口率很大，约在60%￣95%之间，属开敞式。以往，辐条式刀盘应用较少。最近，在日本地铁工程中辐条式刀盘应用开始增多。中国盾构工法也开始应用辐条式刀盘，如北京地铁4号线使用的石川岛播磨Ф6.14m盾构（开口率95%）、小松Ф6.3m盾构（开口率62%）、上海地铁M6、M8使用的石川岛播磨Ф6.52m双圆盾构（开口率85%）。

辐板式刀盘（图5、图6）兼有面板式和辐条式刀盘的特点，由较宽的辐条和小块幅板组成，切刀和滚刀分别布置在宽辐条的两侧和内部，开口率约在35%￣50%之间。如北京地铁4号线试验的三菱重工Ф6.14m盾构、天津地铁1号线使用的小松6.32m盾构及武汉长江隧道试验的法国NFMФ11.38m复合式泥水盾构。

具体应用时采用哪种刀盘型式，应根据施工条件和土质条件等因素决定。泥水平衡盾构刀盘一般采用面板式或幅板式，而土压平衡盾构刀盘根据土质条件可采用面板式、辐条式及幅板式。

不同的刀盘型式在土舱构造、开挖面稳定、土压保持、砂土的流进性、刀盘负荷和扭矩及检查换刀等方面存在较大的差异。典型的面板式和辐条式刀盘的特性比较见表1。

2结语

基于文献调查和工程经验总结，对盾构刀盘结构、基本配置及工程应用进行了举例说明，论述了刀盘型式及选用。刀盘结构型式有面板式、辐条式及介于2者之间的幅板式，它们在土舱构造、开挖面稳定、土压保持、砂土的流进性、刀盘负荷和扭矩及检查换刀等方面存在较大的差异，应综合考虑地层条件、开挖面的稳定性、刀盘适应性以及障碍物的处置等因素来选用刀盘型式。

参考文献：

［1］乐贵平.浅谈北京地区地铁隧道施工用盾构机选型［J］.现代隧道技术，2003，40（3）：14-17.

［2］王梦恕，袁大军，宋克志，等.地下隧道工程装备国产化发展研究［R］.北京：中国工程院.