盾构刀盘结构设计与分析

张照煌，Syed Naveed Haider Naqvi，翁子才

（华北电力大学 能源动力与机械工程学院，北京 102206）

1 研究背景

盾构是以土质为主地质条件下，隧洞（道）全断面开挖的地下施工机械装备，广泛用于水利水电隧洞、铁路公路隧道、城市地铁、市政等工程的施工。盾构刀盘属于钢结构焊接件，安装在盾构最前端，是掘削刀具安装的载体。在盾构施工中，盾构刀盘连同其上的刀具一起推进并旋转，刀盘将推力和转矩传递给每把刀具，使刀具对掌子面土体产生切削力并进行切削作业。刀盘刀具在地下施工过程中会遇到不同种类的地质，如黏土、砂土、淤泥、卵砾石等多种地质的混合土体，作业条件复杂恶劣，从而给盾构刀盘及刀具提出了严苛要求。由于盾构施工隧道地质地层的不同、隧道断面形状和不同生产厂商秉承设计理念的不同等，出现了各式各样的盾构刀盘结构。因此，分析盾构刀盘结构、刀具刀座、刀具布置和其它刀盘功能结构等的发展和面临的挑战，为盾构刀盘结构设计创新发展提供借鉴就显得非常必要。

2 刀盘结构分析

2.1刀盘三大功能目前隧道施工使用的盾构刀盘主要包括三大功能：开挖功能、稳定功能和搅拌功能［1］。刀盘结构设计过程中，前两大功能是刀盘设计需重点考虑的首要因素，对刀盘结构设计也有非常大的影响，而搅拌功能则是刀盘旋转切削地层时的附加功能，对结构设计影响较小。盾构刀盘结构设计合理与否直接影响着盾构的开挖效果和掌子面稳定情况，三大功能也成为刀盘结构设计的出发点。……