5号线盾构施工管理：刀盘结构形式选择

目前常用的土压平衡盾构机刀盘型式按刀盘盘型可以分为面板式、辐条式及辐板式三种，如图4.1.1 所示。

图4.1.1　土压平衡盾构常见的刀盘型式

面板式刀盘的结构主要为焊接箱型，其上刀具的布置可选择滚刀、切刀、先行刀等多种刀具组合，开口率在三类刀盘中属最小，其开口率一般小于25%。辐条式刀盘主要由辐条和布置于其上的刀具组成，一般不布置滚刀，而使用中心鱼尾刀、刮刀、先行刀组合的布置形式。其开口率大小可达65%～90%。辐条面板式刀盘又称辐板式，其特点介于上述两种刀盘型式，其开口率一般在30%～60%，刀具的选配同样可以选择滚刀、切刀、先行刀等多种刀具搭配组合，由于兼具辐条式和面板式刀盘的特点，对于地层的适应性更佳，目前在土压平衡盾构机中得到广泛应用。

对于土压平衡盾构，采用面板式刀盘时，由于泥土流经刀盘面板的开口进入土仓，盾构掘进时土仓内的土压力与开挖面的土压力之间产生压力降，且压力降的值受面板开口的影响不易确定，从而使开挖面的土压力不易控制。面板式刀盘的优点是通过刀盘的开口限制进入土仓的石块粒径；其缺点是由于受刀盘面板的影响，开挖面土压不能直接显示到土仓的土压传感器上，因而土压管理困难：由于受面板开口率的影响，渣土进入土仓不顺畅、易黏结和堵塞，且刀具负荷大，使用寿命短。在黏土层施工时，如果采用面板式刀盘，则由于刀盘支撑，将土仓分隔成两个区域，当刀盘旋转切削土体时，中心区域以外部分的土体流动顺畅，易于搅拌；中心区域内的土体流动较差，当切削土体黏性较大并长期积聚于中心区域时，中心区域土体逐渐增多，并最终形成泥饼，完全丧失流动性，造成出土不畅，阻力增大、开挖面压力控制不稳定，对控制地面沉降不利。(www.xing528.com)

辐条式刀盘仅有几根辐条，土、砂流动顺畅，有利于防止黏土附着，不易黏结和堵塞；由于没有面板的阻挡，渣土从开挖面进入土仓时没有土压力的衰减，开挖面土压等于测量土压，因而能对土压进行有效的管理，能有效控制地面沉降。同时，刀具负荷小，寿命长。辐条式刀盘仅有几根辐条，切削下来的土体可直接进入土仓，没有压力损失，同时在辐条后设有搅拌叶片，土、砂流动顺畅，土压平衡容易控制。因此，辐条式刀盘对砂、土等单一软土地层的适应性比面板式刀盘强；辐条式刀盘也能安装滚刀，在风化岩及软硬不均地层或硬岩地层掘进时，也可采用辐条式刀盘。

辐条式刀盘上的滚刀一般设计成与先行刀可互换式，可根据地质需要，将滚刀换装成先行刀。同时，辐条式刀盘也可换成面板式刀盘，在辐条之间安装可拆卸的面板，即可变为面板式刀盘。

在细砂层、粉砂层、砂质粉土地层，宜采用辐条式刀盘，由于该地层对刀盘刀具磨损较大，渣土改良较困难，不利于保持土压平衡，在刀盘结构设计上应使辐条式大开口率（65%～90%），这样易于进渣和控制土压平衡，有利于减小刀具磨损。在刀具布置上，应使切削刀分层布置、加大切刀的合金尺寸，以加强其耐磨和抗冲击性能。

在黏土地层，宜采用小面板辐条式刀盘，由于软土层具有泥饼形成堵仓的先天条件，在刀盘结构设计上应采用中心管柱支撑结构，这样有利于减少中心泥饼的产生。

结论：通过郑州轨道交通5号线盾构下穿地质情况分析，辐条式、面板式、辐板式刀盘均适宜本工程地质条件，可灵活选用。