常见盾构刀盘型式及选用

的变化。
容易。
５
刀盘负荷和扭矩 刀盘扭矩阻力大，需增加设备能力，造价高。
刀盘扭矩阻力小，设备造价低。
掘进途中换刀或土舱内 面板方式的止土效果好，比辐条方式安全。
６
检查
但 ２ 种方式须采用气压或注浆等辅助工法加固开挖面。
没有面板，土舱内作业时比面板方式的安全性低，加 固土体费用高。
７ 开挖面出现障碍物时 出现大粒径障碍物时，螺旋输送机都无法排出，必须由作业人员进入到开挖面或土舱内人力清除，２ 种方式无差异。
３．Ｂａｉｍａ Ｒｉｖｅｒ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ ｏｆ Ｚｏｕｃｈｅｎｇ Ｃｉｔｙ， Ｚｏｕｃｈｅｎｇ ２７３５１７， Ｓｈａｎｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ）
Baidu Nhomakorabea
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｂｏａｒｄ ｗｈｅｅｌ ａｎｄ ｓｐｏｋｅ ｗｈｅｅｌ ａｒｅ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ ｃｕｔｔｅｒ ｗｈｅｅｌ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒ－ ｉｎｇ． Ｔｈｅ ｗｈｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｆｉｒｓｔｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｂｙ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃｕｔｔｅｒ ｗｈｅｅｌ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ ａｎａ－ ｌｙｚｅｄ ｏｎ ｓｏｉｌ ｃｈａｍｂｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｆａｃｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ， ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂａｌａｎｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ， ｓｏｉｌ ｆｌｏｗｉｎｇ， ｔｈｅ ｗｈｅｅｌ ｂｕｒｄｅｎ， ｏｂｓｔａｃｌｅ ｄｉｓｐｏｓａｌ ａｎｄ ｓｔｒａｔｕｍ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｅｔｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｓｈｉｅｌｄ； ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃｕｔｔｅｒ ｗｈｅｅｌ； ｂｏａｒｄ ｗｈｅｅｌ； ｓｐｏｋｅ ｗｈｅｅｌ
表１ 面板式刀盘与辐条式刀盘的特性比较 刀盘型式
面板方式
辐条方式
刀盘土舱构造（典型） １
一般存在 ３ 个压力：Ｐ１ 为开挖面～面板之间；Ｐ２ 为面板开口进出口
开挖面与土舱内水土压 之间；Ｐ３ 为面板与密封舱内壁之间（即土压计压力）。其中：Ｐ２ 有扭只有一个压力 Ｐ，密封舱内土压计压力与开挖面的压
的关系
０ 引言
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。
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
图５ 天津地铁辐板式刀盘
图３ 北京地铁辐条式刀盘 图４ 北京、广州地铁辐条式刀盘
图６ 武汉长江隧道盾构辐板式刀盘
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。
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
中图分类号：Ｕ４５５．３
文献标识码：Ｂ
文章编号：１０００－ ０３３Ｘ（２００７）０６－ ００４４－ ０３
Ｃｏｍｍｏｎ Ｔｙｐｅｓ ｏｆ Ｓｈｉｅｌｄ Ｃｕｔｔｅｒ Ｗｈｅｅｌ ａｎｄ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ
ＳＯＮＧ Ｋｅ－ｚｈｉ１，２， ＷＡＮＧ Ｂｅｎ－ｆｕ３
隧道机械与施工技术 Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ＆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
常见盾构刀盘型式及选用
宋克志１，２，王本福３
（１．同济大学 地下建筑与工程系，上海 ２０００９２；２．鲁东大学 土木工程学院，山东 烟台 ２６４０２５； ３．邹城市白马河管理所，山东 邹城 ２７３５１７）
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ＲＭ ＆ＣＭ ２００７ 年 ６ 期
（１． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ， Ｌｕｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙａｎｔａｉ ２６４０２５， Ｓｈａｎｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ；
图２ 南京地铁面板式刀盘
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 !６．１４ ｍ盾构（开口率９５％）、小松!６．３ ｍ盾构（开口率 ６２％）、上海地铁Ｍ６、Ｍ８使用的石川岛播磨!６．５２ ｍ双
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
土压是直接土舱内隔壁土压计查出后进行土压管理。
３
开挖面砂土的流进性 砂土从刀盘面板的开口经过流进土舱内→（１）砂土流进性影响开没有面板，砂土流进性很好。 口形状及尺寸；（２）开口部的砂土容易产生附着和凝结。
通常情况下都没问题，２ 种方式（加泥材料、气泡材料的注入、搅拌）砂土流动性改良都有可能。
４
开挖面的不稳定因素 土压管理值 Ｐ３＝Ｐ１ 时，开口部发生附着凝结，刀盘土舱内闭塞→土压管理值 Ｐ３＜Ｐ１ 时，开挖面砂土流进过多，产生开挖 （土压管理失败时） 刀盘扭矩增大，导致不能掘削 Ｐ３ 的控制很困难，砂土性质决定 Ｐ２面不稳定；但没有面板，Ｐ３ 的控制（目标土压 Ｐ１＝Ｐ３）较
９
地层的适应性 板磨损严重。
板，砂土流动阻力小，适应性好。
１０
实际施工业绩 ２种刀盘方式的施工业绩都很多，最近在日本地铁工程中辐条式刀盘应用增多。
１１
综合评价
２种方式各有长短：但除大粒径砂卵（砾）石地层（需配置滚刀时）外推荐辐条方式（理由为辐条式面板具有土压管理、防 止砂土闭塞、刀盘扭矩装备、经济性等方面的优势）。
图１ 广州地铁面板式刀盘
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隧道机械与施工技术 Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ＆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
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!６．１４ ｍ盾构、 天津地铁１号线使用的小松!６．３２ ｍ盾构及武汉长江隧 道试验的法国ＮＦＭ!１１．３８ ｍ复合式泥水盾构。
转产生的抵抗压力，受面板开口影响不易确定，而 Ｐ３＝Ｐ１－ Ｐ２ 开挖力相等，Ｐ１＝Ｐ３，因而平衡压力易于控制。
面压力不易控制，同时控制压力实际低于开挖面压力。
开挖面稳定原理与土压 开挖面土压是每次刀盘面板（回转体）受压→开挖面土压从面板开挖面土压是每次刀盘面板（固定体）受压→开挖面
２
保持的容易性 开口经过到土舱内隔壁土压计查出后进行土压管理。
［Ｒ］．北京：中国工程院，２００６． 收稿日期：２００６－ ０８－ ０２ ［责任编辑：林 通］
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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
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比较项目
隧道机械与施工技术 Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ＆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
注浆施工或注入机械设
注浆施工从刀盘面板经过到开挖面，注浆制约范围比辐条式的
８
置的自由程度（从机械 内部到开挖面注入） 大，刀盘回转／停止频繁，掘进速度与效率不高。
没有面板，注浆施工比面板式的自由度大。
对（大粒径）砂卵（砾）石 可以配置滚刀破碎大砾，若需配置滚刀，则其适应性好，但刀盘面无法配置滚刀，适应性差；若不需配置滚刀，因其无面