The Cutter Head and Tools of the Shield Machine 豳中铁七局集团第三工程有限公司何小娥／HE Xiaoe 刀盘是盾构的主要工作部件，不同地质地层应采用不同的刀盘结构形式及刀具布置，刀盘及刀具的好坏关系到盾构施工的成败，影响盾构掘进的速度和效益，甚至关系到盾构施工的成败
1 刀盘
刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体。“刀盘”的工作原理可简单比作是一把剃须刀，在前进过程中逐渐将泥土砂石变成碎块，再排放到“刀盘”后的“储藏室”内，即，土仓。 1．1刀盘的特点 的切削效果和掘进速度，甚至关系到盾构施工的成败。个性化：盾构在施工过程中会遇到各种不同地层，从淤泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等。刀盘刀具不可能是千篇一律的，必须根据工程地质情况进行个性化设计。多样化：随着城市建设的加快，土地资源越来越珍贵，为了节省空间，越来越多的异形盾构出现，刀盘也随之变得各式各样。 1．2刀盘的功能
开挖功能：对掌子面的地层进行开挖，开挖后的渣土顺利通过渣槽，进入土舱。
稳定功能：支撑掌子面，具有稳定掌子面的功能；
重要性：刀盘的选择是否合适直接影响盾构掘进机搅拌功能：对土舱内的渣土进行搅拌，使渣土具有一力值趋于减小。在低速情况下沥青混凝土路面呈粘弹性状态，刀具前角对切屑的挤压以及后角对已加工路面的摩擦使得刀尖附近的应力值增大；随着切削速度的增大，沥青混凝土在切削过程中脆性越来越明显，产生的切屑对前刀面的挤压程度降低，从而使得刀尖附近的应力值趋于减小；当速度达到一定程度的时候，这个值趋于平稳。另外还可以看出在切削过程中刀尖前端的沥青混凝土路面主要受到刀尖对其的挤压，从而oo。和 o，，呈现为负值；o。、a，，和o，，低速慢慢随着速度的增大而不断增大，这是因为沥青混凝土的粘塑性随着切削速度变化而引起的。
表3为切削深度为60 mm的不同切削速度下的刀具切削力计算结果。可以看出，切削速度100 mm／s 逐渐增大到1 000 mm／s的过程中，刀具受力增加比较缓慢，所以刀具所受到的冲击不是很大，刀具的磨损也不会很严重。切削速度从l 000 mm／s增大到6 000 mm／s过程中，刀具受力急剧增加，所以刀具的磨损将
表3切深为60 mm时不同切削速度下的刀具切削力
切削速度／(mm／s) 100 300 500 1000 20XX 3000 6000 最大切削力／N 1673．31 20XX 06 2846 79 3967．15 10494．2 28497．4 71443 3
平均切削力／N 1088 70 1289 93 1498 62 2421．64 6966．83 12172．77 47007．86
1 00 CMTM 20XX．05
会迅速加剧。因此高速、大切深铣刨路面对铣刨机的刚性和功率提出了较高的要求。
综上所述，对于较小切削深度的路面铣刨机，切削速度最好维持在2 000 mm／s以下，对于较大的切削深度，可以选择较大切削功率的路面铣刨机以较大的切削速度来完成切削作用，提高切削效率。
滚动刀具是指不仅随刀盘转动，还同时作自转运动的破岩刀。根据刀刃的形状滚刀可分为：齿形滚刀(钢齿和球齿)、盘形滚刀。 等离子割根据安装位置滚刀可分为：正滚刀、中心滚刀、边滚刀、扩孔滚刀(图5)。万方数据
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圈5
目前盾构掘进机滚刀主要是盘形滚刀，盘形滚刀又有单刃、双刃和多刃。
3刀具工作原理
3．1 刮削类刀具的工作原理
在刀盘推力的作用下，刮刀嵌如岩渣或岩层中，刀盘带动刀具转动时刮削岩层，在掌子面形成一环环犁沟，特点是效率高，刀盘转动阻力大。在软土地层或滚刀破碎后的渣土通过刮刀进行开挖，渣土随刮刀正面进入渣槽，因此刮刀既具有切削的功能也具有装载的功能
3．2盘形滚刀工作原理
刀盘在纵向油缸施加的推力作用下，使其上的盘形滚刀压人岩石；刀盘在旋转装置的驱动下带动滚刀绕刀盘中心轴公转，同时各滚刀还绕各自的刀轴自转，使滚刀在岩面上连续滚压。刀盘施加给刀圈推力和滚动力(转矩)，推力使刀圈压人岩体，滚动力使刀圈滚压岩体。通过滚刀对岩体的挤压和剪切使岩体发生破碎，在岩面上切出一系列的同心圆。 4各种刀具的破岩机理(表2)
刀具类型刮刀楔齿滚刀球齿滚刀盘形滚刀刮削☆主要剪切☆☆
破岩
龟裂☆机理挤压☆☆研磨☆
双模卡
扫雪滚刷安装运动形式滑动滚动+微滑滚动+滑动滚动+滑动刀齿形
状刨刀状楔状球面状楔状
5几种刀具的推荐使用范围(表3)
抗压强度测量空间
微晶钢分类典型岩石刀具型式
MPa
软土，软岩180
粘土岩玄武岩燧石砾岩滚刃
刀具的形状必须适应施工地质的特点，并且刀具在切削断面不同的位置其作用及要求均不同，因此设计刀具应考虑以下因素：
(1)刀具在砂、砂卵石地层中的切削效率，即如何减少切削阻力，保证切削土体的流动性。 (2)通过刀具形状的改变，减少刀具掘进磨损，提
高刀具的耐久陛。
远程控制系统
(3)适应城市繁华地区施工的需要，尽可能减少刀盘旋转刀具切削土体过程对周边土体及环境的干扰，如振动、噪音等。
(4)如何从材料和设计方面，对解决盾构机在砂卵石地层掘进时刀具的磨损(包括撞击掉块等)提出切实可行的措施，保证盾构机刀具长距离掘进的可靠性。刀具配置关系到盾构能否顺利掘进，必须根据地质状况认真研究分析。在盾构施工中合理的选取掘进参数 (如总推力，刀具贯人
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