洪积土
(砂质土)
(10<N<25)
标准贯入锤击数
卵石层(N>40)
砂砾卵石 (10<N<40)
冲击粘土 (0<N<10)
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5 刀具的作用及切削机理
❖ (1) 切削刀
❖ 切削刀是盾构机切削开挖面土体的主刀具，切削刀一 般形状如左下图所示。一般情况下，β(前角)与 α(后角)值随切削地层特性不同变化，取值范围在 5～20度之间，粘土地层稍大，砂卵石地层稍小。
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化学成份（%）
W
C0
C
用途
87～ 90
85～ 89
83～ 87
4～8 5～6
5～ 10
5～6
7～ 12
5～6
盾构刀13具
海瑞克齿刀由刀体、端部硬质合金刀片和背部 球齿构成。
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海瑞克刮刀是用硬质合金钢做为刀头，高耐 磨合金钢作为刀体。
g) 中心齿刀
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切削刀的实物照片
k) 牛角刀
l) 羊角刀
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m）三棱刮刀
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3 刀具的材料
海瑞克周边刀的刀体是德国产钢号为St52-3的钢 材，其性能相当于国产的低碳钢Q235，Q235钢的化学 成分和力学性能见下表。由表可知，该材料的韧性较 好但硬度较低。
搅拌棒
4
❖ 关于盾构机的刀盘、驱动机构等将在后边介 绍，因此这里主要介绍盾构机掘削地层的刀 具。
❖ 刀具布置和刀具形状在盾构机设计中是非常 重要的内容。刀具布置方式及刀具形状是否 适合应用工程的地质条件,直接影响到盾构 机的切削效果、出土状况和掘进速度。
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目录
一、盾构刀具 二、盾构开挖面的变形与破坏分析
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一、盾构刀具
1 综述
❖ 对于盾构机来说,掘削系统即是掘削 刀盘及其驱动系统。掘削系统对于盾 构机的施工效果有着决定性的影响, 而且选择的差异对盾构机造价也有着 很大的影响,刀盘选型可以影响到总 造价的4％～8％,尤其掘削设备的装 备扭矩是盾构机最基本的参数之一。
等 级C
Q235钢的化学成分和力学性能
化学成分
Mn
Si (≦)
S (≦)
P (≦)
脱氧方法
抗拉强度 δb/MPa
伸长率 δz(%)
硬度 (HB)
A
0.140.22
0.300.65
0.050
0.045
B
0.120.20
0.300.65
0.03 5
0.045
C 0.18 0.30-
0.040 0.040
切削刀切削土体示意图
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海瑞克周边刀的刃口主要承受高应力 的磨粒磨损，周边刀迎土面钎焊有球齿， 球齿材料为硬质合金，主要用于承受砂 砾、卵石的磨粒磨损与冲击。
超种
特性值
硬 类 硬度 抗弯强度
钢
(HRA) (MPa)
的 种
E1
>90
>1200
类 及 E2 >89 >1400
特
性 E 2020/43/10 >88 >1600
❖ 盾构机掘削刀盘即作转动或摇动的盘 状掘削器，由掘削地层的刀具，稳定 掘削面的面板，出土槽口，转动或摇 动的驱动机构，轴承机构等构成。
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某刀盘实物照片
3
刀
某
盘
刀
驱
盘
动
主
系
驱
统
动
示
意
图
刀
主 轴 承
盘 搅 拌 结
构
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5-10 1-3 <1 0.5-2
Mo <0.5
硬度 （HRC） Fe
余量 50-55
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4 刀具的选择
❖ 对于不同地层的开挖，盾构的刀具通常采用不同
型式：开挖地层为硬岩时，采用盘形滚刀；地层
为较软岩石时，采用齿刀；地层为软土或破碎软
岩时，可采用切刀(或刮刀)。
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❖ 其它进口盾构刀具在材料方面由两至 三种构成，即基体材料、硬质合金材 料、刀具刃口堆焊材料等复合制成。 下表为一种用于盾构机刀具刃口的铁 基堆焊材料的化学成分和性能。
堆焊 镶铸
一种铁基刀具刃口堆焊材料的化学成分和性能
C 0.1-0.3
化学成分 Cr Ni Si Mn
1-8号中心齿刀 7
刀具按掘削目的、设置位置和用途的分类
种类名称 固定刀具 旋转刀具 超前刀具 导向钻头 外沿保护刀具 修边刀具 背面保护刀具 加泥嘴保护刀具 掘削障碍物刀具
用途 掘削掘削面 掘削掘削面 超前掘削 破碎地层 保护刀盘外沿 减小推进阻力 保护背面面板 保护加泥嘴 掘削障碍物
设置部位 面板正面 面板正面 面板正面 面板正面 面板正面外沿 面板外沿 面板背面 加泥嘴部位 面板正面外围
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2 盾构刀具的分类
➢ 盾构机刀具可根据运动方式、布置位置和方式及形 状等进行分类。按切削原理划分，盾构机的刀具一
般分为切削刀和滚刀两种，其余形式的刀具为辅助
刀具。切削刀又分为齿刀、刮刀和先行刀等。
按运动方式分类
按安装方式分类
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按安装位置分类
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滚刀的示意图和实物照片
a) 盘 形 滚刀 示意 图
b) 盘形滚刀圈 盘形滚刀
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c)
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切削刀的实物照片
刀
b) 周边刮刀(背面)
c) 周边刀
d) 齿刀
方柄齿刀
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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f) 齿刀
D 0.17 0.65
0.035 TZ
F,b，Z Z
375-400
21-26
180220
注：等级A、B、C、D，从左至右，质量依次提高；脱氧方法F表示沸腾钢，Z表示镇静钢，b表示半镇静钢，
TZ表20示20特/4殊/1镇0 静钢；Q235-A，Q235-B沸腾钢含锰量上限为0.60%。
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切削刀一般形状示意图
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三棱刮刀
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切削刀为盾构机开挖非岩质地层的基本刀具，其形状、 布局将对开挖效果有重要影响。切削刀切削土体的示意 见下图。对于软土地层或经滚刀破碎后的碴土将通过切 刀和刮刀进行开挖。碴土随切刀、刮刀正面进入碴槽， 因此切刀、刮刀既具有切削的功能又具有装载的功能。