第44卷 第7期 2017年4月 市政 工程 Municipal Engineering 建 筑 技 术 开 发 Building Technology Development
硬 岩 地 层 盾 构 刀 盘 设 计 研 究
张 成 龙
(中铁 十八 局 集 团第 四工程 有 限公 司， 天津 300350)
[摘 要]以南京地铁四号线花 园路站一锁金村站盾构区间施工为背景，根据 闪长岩硬岩地层避免盾构刀具磨损和偏磨严重、
保护刀盘面板、提高硬岩地层推进速度为需求研制改进出盾构刀盘滚刀布置及设计的新方法。从科学的角度采用对硬岩地层推
进时盾构刀盘进行受力分析，对施_Y-过程中滚刀磨损及受力进行控制。
[关键词 ]盾构 ；复合地层 ；硬岩 ；刀盘
[中图分类号 ]U455．39 [文献标志码 ]B [文章编号 ]1001—523X (2017)07—0096—02
Research on Design of Cutterhead for Shield in H ard Rock Stratum
Zhang Cheng．．1ong
【Abstract]Based on shield tunneling of Huayuan Road Station—Suojineun Station on the 4th line of Nanjing Metro，this paper discusses how to protect the cutterhead face plate and improve the hard rock stratum propulsion by avoiding the cutter wear and serious
abrasion of the hard rock formations of diorite A New Method to Improve the Arrangement and Design of Shield Cutter Hob．From a
scientific point of view，the use of hard rock stratum propulsion cutter blade for stress analysis，the construction process of hob wear
and stress contro1．
【Keywords J shield；composite stratum ；hard rock；cutterhead
目前，国内对硬岩地层盾构推进，常采用频繁的检查刀
具、更换刀具的方法来保证刀盘面板不被磨损确保推进速度，
该方法主要适用于岩层硬度较低、隧道长度较短的推进作业，
这种方法浪费推进时间，且刀具更换频繁造成成本增加严重。
现有刀盘经调查仍存在如下问题。
(1)由于刀盘、刀具与岩层挤压、摩擦作用力较大，受
力不均，导致刀具磨损严重，个别刀具偏磨严重。
(2)在盾构的推进过程中，由于对刀盘的驱动是中心驱动，
故对扭矩最大的刀盘边缘部分的滚刀保护设计不周全，导致
频繁更换磨损刀具 ；更换刀具需开仓，安全风险极大。
因此合理研究设计硬岩地层盾构刀盘刀具布置的方法，
具有重要意义，这样不仅会提高盾构滚刀的使用效率，同时
确保了推进速度、减少了更换刀具的支出成本。
本文所依靠的工程背景为南京地铁4号线 TA05标锁金
村站一花 园路站盾构区间，区间右线长 1 743．596m，左线长
l 743．537m，最大曲线半径2000m，最小350m，埋深9～14m，
最大坡度 12．7‰，最小8．6‰，线路间距9．1～15．5m。区间隧道
穿越地层主要为③ 一4e2混合土，8-0残积土、6．2强风化 闪长
岩及 8-3中风化闪长岩。8-3层 中风化闪长岩，压缩性低，工
程性质很好，强度较高 (单轴抗压强度平均73．21MPa，最
火 l13．24MPa)，罔岩类别判 定为 II、III级。主要分布于右
CK20+340～右 CK20+853，左 CK20+360～左 CK2O+853之间，
右线总长5 13 m，左线总长493 m。区间隧道位于板仓街道路下，
有较繁华商业区和军事管理区，穿越建筑多以1～7层建筑居多，
建筑年代较早，对沉降敏感，不适合频繁开仓换刀。
1 受力分析
盾构推进时对扭矩最大部位和掌子面岩面对盾构刀盘面
板的反作用力受力分析。从分析结果可知刀盘最大应力变形
处为刀盘边缘处，这是由于刀盘旋转为中心驱动，故距离刀
盘中心越远其扭矩越大，这是 由于力臂的增长而造成的，所
以此处磨损和损坏也较严重。采取新设计方案，加强扭矩最
硬岩地层盾构刀盘设计研究（论文）.pdf
