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一、盾构刀具分类

1.滚动刀具。滚动刀具是一种破岩刀具，主要有随刀盘转动和沿着自身轴线转动两种切削方式。目前盾构机的滚刀主要是盘形滚刀，盘形滚刀可以分为单刃、双刃和多刃。滚刀的结构主要由刀圈、刀轴、刀体、端盖以及浮动密封等组成，按照刀圈外径规格的不同可以分为为12″、15.5″、17″及19″等系列。滚刀在破岩时主要可以分为挤压阶段、起裂阶段和破碎阶段三个阶段。①挤压阶段。滚刀在较大推力作用下将会切入岩石表面，岩石表面将会产生较高的接触应力和局部变形。在应力作用下，岩石与刀刃接触部位将会产生粉碎区如图1所示，且破岩的效率与应力核心区域范围、深度成正相关关系。②起裂阶段。当岩体抗拉强度小于应力核心区周边应力时，将会产生张拉裂纹。应力过渡区存在于应力核心区下方，应力在过渡区将会逐渐减弱。主裂纹产生于刀刃正下方，其裂纹方向与破岩方向一致。③破碎阶段。当相邻滚刀切削岩体产生裂纹连通时，将会把表面岩体部分分割，形成破碎块并从开挖面脱离出来。

2.切削刀具。切削刀是盾构机切削开挖面土体的主要刀具，其切削原理是盾构机在推进力作用下向前运动，刀具随着刀盘转动将会对土层产生径向的切削力和轴向剪切力，使得开挖面的土体被切削下来。切削刀具一般形状示意图如图2所示，其中后角α和前角β一般为5°～20°，刀具角度在不同地层下是不同的，其中砂卵石地层稍小，黏土层稍大。……