盾构刀盘主要具有三大功能:
1)开挖功能
刀盘旋转时,刀具切削隧道掌子面的土体,对掌子面的地层进行开挖,开挖后的碴土通过刀盘的开口进入土仓;2)稳定功能
支撑掌子面,具有稳定掌子面的功能;3)搅拌功能
对于土压平衡盾构,刀盘对土仓内的碴土进行搅拌,使碴土具有一定的塑性,然后通过螺旋输送机将碴土排出;对于泥水盾构,通过刀盘的旋转搅拌作用,将切削下来的碴土与膨润土泥浆充分混合,优化了泥水压力的控制和改善了泥浆的均匀性,然后通过排泥管道将开挖碴土以流体的形式泵送到设在地面上的泥水分离站。
①切削刀切削刀是盾构机切削开挖面土体的主刀具,切削刀一般形状如图15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°之间,粘土地层稍大,砂卵石地层稍小。比如北京市地层特点,β(前角)和α(后角)值建议采用15°。
②超前刀(也称先行刀)顾名思义,超前刀即为先行切削土体的刀具。超前刀在设计中主要考虑与切削刀组合协同工作。刀具切削土体时,超前刀在切削刀切削土体之前先行切削土体,将土体切割分块,为切削刀创造良好的切削条件。据其作用与目的,超前刀断面一般比切削刀断面小。采用超前刀,一般可显著增加切削土体的流动性,大大降低切削刀的扭矩,提高刀具切削效率,减少切削刀的磨耗。在松散体地层,尤其是砂卵石地层使用效果十分明显。
③盘圈贝型刀盘圈贝型刀实质上是超前刀,盾构机穿越砂卵石地层,特别是大粒径砂卵石地层时,若采用滚刀型刀具,因土体屑松散体,在滚刀掘进挤压下会产生较大变形,大大降低滚刀的切削效果,有时甚至丧失切削破碎能力。针对北京市大粒径砂卵石地层的特性,根据笔者在日本的施工经验,建议采用盘圈贝型刀,将其布置在刀盘盘圈前端面,专用