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盾构机刀具配置研究论文摘要：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.ThisarticlefocusondescribethetypeofcuttingtoolsandcuttingtheoryMeanwhilethedetailcuttingtoolsconfigurationhasbeenproposedduetodifferentgeologiccondition.Analyzedthediscrepantcuttingtoolconfigurationand“theContradictoryPhenomenon”.Accordingtothereferenceprojectanewcuttingtoolsconfigurationdesignthought&theoryisproposedfromTBMmanufactureforlongdistancetunnelexcavationingravelgeologiccondition(especiallycontentbigboulder).Attheendofthisarticlethenecessaryconsiderationfactorisprovidedduringcuttingtoolsconfigurationdesign.Keywords:TypeofCuttingTools;CuttingTheory;CuttingToolsConfiguration;CuttingToolsDesign0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贝型刀贝型刀实质上是超前刀盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂卵石地层时若采用滚刀型刀具因土体屑松散体在滚刀掘进挤压下会产生较大变形大大降低滚刀的切削效果有时甚至丧失切削破碎能力。将其布置在刀盘盘圈前端面专用于切削砂卵石。1.4中心刀（鱼尾刀、双刃或三刃滚刀、锥形刀、中心羊角刀）在软土地层掘进时因刀盘中心部位不能布置切刀为改善中心部位土体的切削和搅拌效果可在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀（羊角刀）一般鱼尾刀超前600mm左右。鱼尾刀的设计和配置方式如下：其一让盾构分两步切削土体利用鱼尾刀先切削中心部位小圆断面土体而后扩大到全断面切削土体即将鱼尾刀设计与其它切刀不在一个平面上即鱼尾刀超前切刀布置保证鱼尾刀最先切削土体；其二是将鱼尾刀根部设计成锥形使刀盘旋转时随鱼尾刀切削下来的土体在切向、径向运动的基础上又增加一项翻转运动这样既可解决中心部分土体的切削问题和改善切削土体的流动性和搅拌效果又大大提高盾构整体掘进效果。在纯硬岩地层掘进时到盘中心位置布置双刃或三刃滚刀。1.5仿形刀（或超挖刀）盾构机一般设计两把仿形刀(一把备用)布置在刀盘的边缘上。施工时可以根据超挖多少和超挖范围的要求从边缘径向伸出和缩回仿形刀。仿形刀伸出最大值一般