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图2.2.3—1 正面切削刀 图2.2.3—2 周边刮刀 图2.2.3-3 中心切削刀 图2.2.3-4 先行刀刀具超硬刀片材质采用类似JIS－M3916（日本标准）规定的矿山工具用超硬刀片，考虑到本工程在砂层和软弱的土质中使用，参照许多同类土质的施工实例，本工程采用耐冲击性及耐磨性优越的材质2）、刀具布置及其作用在刀盘上配置了安装了66把先行刀及12把周边先行刀，先行刀高于面板110mm，比主切削刀（80mm高）高30mm，切削时，先对开挖面进行切削，以减轻对主切削刀及面板的磨损主切削刀配置78把，周边刮刀12把，刀具的布置一般是将刀盘分成内、中、外3部分，其主切削刀配置见下图2.2.3－5，内部1条掘削轨迹上配置1把切削刀，中间部1条掘削轨迹上配置2把切削刀及外周部1条掘削轨迹配置3把切削刀，最外周掘削轨迹布置宽为140mm的刮刀6把图2.2.3－5 切削刀切削轨迹图66把先行刀配置见下图2.2.3－6，内部1条掘削轨迹上配置1把先行刀、中间部1条掘削轨迹上配置1.5把先行刀外周部1条掘削轨迹配置2把先行刀，最外周1条掘削轨迹配置3把先行刀，另外在最外周配置了12把周边先行刀，通过这样的配置可以大大减轻刀具及面板的磨损，并且能有效的保证开挖直径。

图2.2.3－6 先行刀切削轨迹图根据公司的实绩，1条轨迹配置n把切削刀的场合，与1条轨迹配置1把切削刀相比，摩擦系数K为n-0.333倍例如，n=3的场合，摩擦系数K= n-0.333=0.69倍，刀具寿命为1/0.69=1.45倍3）、主切削刀、刮刀的更换切削刀、刮刀的安装采用辐条二侧螺栓连接设计，方便作业人员在刀盘背后（土仓内）进行刀具的拆装工作，无需暴露在没有支撑的开挖面上，充分保证换刀人员的安全与在刀盘正面安装的形式相比，背装式的设计也为刀具的更换提供了较大的作业空间，使刀具的更换速度得以明显的提高从土仓内向刀盘方向看，刀具的安装形式见图2.2.3-7刀具更换必须是在开挖面能自立的条件下进行，如果换刀所处的地层无法自立，就需要对土体进行加固，使换刀处土体能自立刀具的更换时间可参考切削刀盘累计转数表的显示值，求出掘削距离，以及通过掘进过程中推力、扭矩增大，推进速度极低，开挖声音异常等现象来判定，但，由于地层的复杂性，很难准确地从上述原因中判定刀具的磨损状况图2.2.3－7切削刀、刮刀安装形式2.2.4切削刀盘驱动装置 1）、刀盘驱动形式采用变频电机驱动方式变频驱动具有一般液压驱动及电动机变极驱动所不能比的优点，见表2.2.4－1刀盘3种驱动方式比较。

驱动装置由固定部分、回转部分、三排园柱滚子轴承和密封部分、变频减速电动机等构成，固定部分用螺栓栓接在盾构机切口环壳体上刀盘驱动装置是由 ］字型断面的钢板焊接构造而组成，内部安装高精度、大负荷的三排园柱滚子轴承和二种型式的密封圈由8台55kW变频减速电机和小齿轮构成，通过三排园柱滚子轴承内齿，带动三排园柱滚子轴承从而驱动切削刀盘刀盘可顺时针及逆时针回转三排园柱滚子轴承受切削刀盘的轴向力、径向负荷和力矩，且支撑、驱动切削刀盘的旋转驱动装置构造如图2.2.4－1所示图2.2.4－1 刀盘驱动装置构造刀盘采用变频电动机驱动具有良好的对应地质的转速与扭矩输出曲线，刀盘转速在0.3~0.8rpm时具有恒扭矩输出，0.8~1.3rpm时具有恒功率输出，额定扭矩（100%）时为5151kN-m {525tf-m}（α=20.2），扭矩在120%时，为6181kN-m{630tf-m}（α=24.2）（见图2.2.4－2 刀盘扭矩与转速输出图）因此，能满足各种地质条件对扭矩和转速的要求切削刀盘支承是盾构机的主要组成部分，被栓接在盾构机壳体上切削刀盘支承由具有油封的主轴承室和9个切削刀盘驱动电动机组成刀盘采用变频驱动方式，驱动特性见下图。

最大转速2.2rpm额定扭矩2861KNm75kW×8=600kW转速0.3~1.1rpm最大扭矩6870KNm转速0.3~1.1rpm额定扭矩5733KNm图2.2.4－2刀盘驱动扭矩~转速输出特性图刀盘驱动装置是盾构机的最关键部件，特别是刀盘密封、大轴承的可靠性、安全性、寿命是至关重要的公司积近40年制造2000多台各类盾构机的经验，完全能设计制造出满足本工程需要的盾构机为了防止土砂、水进入驱动装置内，在旋转部与固定部中间设置3道密封装置，机械式迷宫密封、一道唇型密封（四唇型）、三道MY型密封组成，规格见表2.2.4－1、密封圈形式见图2.2.4－3、图2.2.4－4所示根据公司的工程实绩，对应本工程，密封具有足够的寿命由于密封采用丁晴橡胶和聚胺脂橡胶，为了防止在高温下（70℃以上）发生物理变形，内外密封处各设置了1个温度传感器，当温度超过规定值时就报警甚至停机表2.2.4－1 密封规格项目规格形式MY型 唇型（4唇口）材质丁晴橡胶聚胺脂橡胶数量内周（刀盘与胸板）3道1道外周（刀盘与壳体）3道1道耐压力1MPa 图2.2.4－3唇型密封 图2.2.4－4 MY型密封刀盘驱动部(包括密封、大轴承、小齿轮、减速机变频电动机组)作为一个整体组装调试后再用螺栓固接在盾构机壳体上，这样更能保证刀盘密封与传动的可靠性与安全性，并且转场、拆卸、安装方便。

见图2.2.4－5图2.2.4－5刀盘驱动装置密封部的磨损主要是密封配合面钢板上的磨损，根据公司的实验结果，在密封圈直径φ2000mm、水压1.08Mpa、转速5rpm，MY型密封配合面的磨损，在运走距离500km时，其磨损在0.02 mm（包括壳体）以下，温升在70℃以下根据这些资料及公司的工程实绩，对应本工程，密封具有足够的寿命2）、驱动轴承润滑、密封集中润滑装置（1）三排园柱滚子轴承采用油浴强制润滑，将油池中的润滑油用泵输出，通过滤清器把清洁的润滑油润滑轴承和齿轮主轴承油润滑系统安装在盾体内部，齿轮油室设置在驱动系统内部，系统包括油泵、过滤器、压力表等设备，起到循环润滑主轴承内齿轮和小齿轮啮合的作用，同时能对齿轮油进行过滤，保证油液的清洁度，减少设备磨损见图2.2.4－6图2.2.4－6驱动轴承润滑（2）密封部分采用集中自动间断供脂式，用泵经过分配阀间断地向刀盘驱动密封（唇型密封及MY型密封）之间、螺旋输送机驱动部密封处、中心回转接头密封部分充填具有一定压力的油脂，可通过定时器调节供给量2.2.4－7图2.2.4－7 密封集中润滑装置并且，在给油脂回路中设置了当发生异常高压的场合，在报警的同时刀盘旋转立即停止的联锁系统。

3）、驱动方式比较因为大口径盾构机内空间较大，驱动马达空间设置限制少为了提高效率，减低起动扭矩，简化后方设备，改善隧道内环境等，切削刀盘采用变频电机驱动方式，低噪音、无高温、对施工环境的影响极少驱动电机的变频控制可使刀盘变速运转，随施工状况和土质的软硬进行调整，所以能广泛对应各种土质表2.2.4－2刀盘3种驱动方式比较 No项目变频方式①离合器方式②液压方式③备 注1驱动部尺寸中大小如以③外形尺寸为1，则①1.5~2，②2~2.52后续设备少少大③需要液压泵、大油箱、冷却装置等，所以后续设备大3效率 (%)0.950.90.65由于①，②采用电机驱动，故效率高4起动电流小小小①利用变频起动电流小，②因为切断离合器起动，电流小，③由于无负荷起动电流小5起动力矩中中小①起动力矩可以达到额定力矩的120%，③约低20%6起动冲击小大小①利用变频，③控制液压泵排量，可以低转速、缓慢起动②由于离合器离、合，所以冲击大7转速控制、微调好差好①利用变频，③控制液压泵排量，可以控制转速、微调②由于采用离合器，所以一般只要二种速度8噪音小小大③由于液压系统，所以噪音大9隧道内温度小小大③由于液压系统，功率损耗大，所以温度大。

10维护保养好好差①、②几乎不要，③液压系统维护保养复杂，要求高11综合评价变频方式：在产业界普遍采用，其安全性、效率、可靠性都好离合器方式：其安全性、效率、可靠性好但适应土质变化的可靠性差，并且起动、反转，速度控制差液压方式：其安全性、效率、可靠性差12方式组成变频方式①： 变频电机+减速机+驱动刀盘；离合器方式②：电机+离合器（磁粉）+减速机+驱动刀盘；液压方式③： 液压马达+减速机+驱动刀盘由上表可以看出采用变频电动机驱动，传动效率高、噪音小、发热量小和占用较少的设备空间，并且在环境恶劣（如TBM硬岩掘进机）、刀盘启动停止较为频繁和在较硬的岩土中掘进时刀盘承受较大冲击力等状况下，变频电动机驱动完全能满足要求所以选用变频电动机驱动是较为合理的，且变频电动机驱动具有转速连续可调的功能，便于操作人员控制变频器及变频电动机是公司与日本东芝公司专门为盾构机使用制造的，具有启动时电机频率很低（解决了启动时电流大的问题），起动力矩可达120%（最高可达150％），并且能保持各驱动电机同步等特点2.2.5、推进装置推进系统配备了大排量、高压力的变量泵，采用一台45kW的电机驱动推进油缸22只油缸，在工作压力32.3MPa时，可产生总推力3850t（开挖面125.5t/m2）的推力，无负载时22只油缸全伸可达到6cm/min。

22只油缸安装在中胴上，布置在盾构机壳体四周，被编为4个组，分上、下、左、右可分别进行独立控制的4个液压区，见图2.2.5－1考虑K型管片可360度范围任意位置的拼装，22只油缸行程均为2150mm，推进油缸撑靴与管片之间距离900mm（1200mm管片），布置及行程充分考虑了管片的构造及拼装管片的方便图2.2.5－1 推进油缸分区示意图推进千斤顶可按照需要单独分别选择在上、左、右每个区域中各有一只油缸安装测量油缸伸出长度的行程传感器， 且四个区域各有一只正比例控制的减压阀通过操作台上的触摸屏来调节每个区域中油缸的推进压力，形成基本导向装置系统所配置的千斤顶长度传感器可靠，并能在操作室内的操作触摸屏上准确、直观地显示盾构机千斤顶伸缩的数值，见图2.2.5－2图2.2.5－2推进油缸选择画面推进油缸撑靴与推进油缸活塞头部是用可任意方向转动的球铰联接，能够充分对应管片与盾构机的倾斜，保证撑靴平面与管片密贴为了能使推进油缸的推力均匀地传递给管片，推进油缸撑靴面积要适当大些撑靴表面有一聚安脂胶垫，千斤顶撑靴在与管片接触时能保证推力缓和均匀地作用在管片上，确保管片衬砌环面的完整2.2.6、螺旋输送机1）螺旋输送机螺旋输送机形状一般有轴式和带式。

在本工程中，考虑到在砂层中施工，所以采用对止水性更为有利的有轴螺旋机，出土口在螺旋机尾部设置了二道闸门螺旋输送机由5台液压马达驱动，2台功率为45kW的变量泵供油，易于变速，耐冲击螺旋机的最大输出扭矩为38.9kNm，最大转速18rpm，理论出土能力为191m3/h螺旋机的作用是出碴和调节土仓土压力，螺旋叶片从土仓下部伸入土仓中取土，并将碴土输送到输送机的尾部，通过出土闸门卸在皮带输送机上土压平衡模式掘进时，在推进速度。