[摘　要]介绍了中铁隧道集团有限公司为上海地铁2号线西延工程研制的盾构刀盘以及盾构施工的关键技术。

　　1 工程概况

　　上海地铁 2 号线西延伸工程 2 标段威宁路站-古北路站区间隧道上行线为1 353.9m，下行线为1 296.75m。线路最大坡度 22‰，最小坡度为5.2‰，隧道顶部覆土厚 6.7～14.3m，属中浅埋隧道。隧道穿越的地层主要为灰色淤泥质粘土层和灰色粘性土层，工程区域内受影响的地下水为潜水，渗透性均较弱。区间隧道采用 1 台土压平衡盾构施工。施工中采用了南京地铁 TA15 标使用过的土压平衡盾构，但刀盘及液压控制系统采用中铁隧道集团公司的“863”盾构研发成果。

　　2 盾构刀盘研制

　　2.1 刀盘研制的背景

　　根据国家“863”计划2003AA420120 号合同要求，中铁隧道集团承担的课题之一是根据软土硬岩等不同的地质条件，研制具有较为宽泛的地质适应能力的刀盘。为使刀盘具有较为宽泛的地质适应能力，选择广州地铁 2 号线越三区间及上海地铁 2 号线西延伸工程威古区间作为参考工程对象。

　　广州地铁 2 号线越三区间的工程水文地质特征是全线有 2/3 以上为硬岩并且大部分位于隧道底部，而50%左右的不稳定地层大都位于隧道拱部;隧道洞身地段一般地下水贫乏，但在岩石裂隙发育、全风化砾岩、基岩强风化带、中风化带以及断裂破碎带中含有一定量的地下水。

　　上海地铁 2 号线西延伸工程威古区间主要为灰色淤泥质粘土和灰色粘性土，土性较均匀;土质呈饱和～软流塑状，具有高压缩性、低透水性的特点。土层中的粘粒含量大，容易在刀盘上形成泥饼。

　　由于要求刀盘具有宽泛的地质适应性，既能适应类似于广州地铁 2 号线越三区间那样的硬岩与软岩交互地层，又能适应类似于上海地铁 2 号线西延伸工程威古区间那样的淤泥质粘土及粘性土，所以在进行刀盘的强度、刚度设计时，以广州地铁 2 号线的地质参数为依据，在设计碴土改良与排碴装置时，重点考虑上海地铁 2 号线的地质条件。

　　2.2 刀盘设计

　　刀盘结构如图1所示，整个刀盘为焊接结构，在刀盘上焊接了安装各种刀具的刀座。刀盘和主驱动通过法兰盘连接，刀盘背面和法兰盘通过4根厚壁钢管焊接在一起，以传递足够的扭矩和推力。

　　刀盘本体直径 6 230mm，为适应广州及上海的双重地质，在广州施工时，开挖直径6 280mm;在上海施工时，开挖直径为 6 420mm。刀盘面板厚度 5 5 m m ，从法兰盘底面到刀盘面板高1 410mm，刀盘总重约 55t。

　　为保证刀盘的整体结构强度和刚度，刀盘的结构采用焊接箱形结构。根据对刀盘设计模型在硬岩模式下对每个滚刀加载 25t 荷载的有限元分析，刀盘的强度和刚度均满足要求。

　　刀盘的开口形式为对称分布的 8 个长条孔，结构形式利于碴土流动，开口尽量靠近刀盘的中心，以利于中心部位碴土的流动。刀盘开口率根据安装的刀具类型不同而有所变化，当全部安装硬岩刀具时开口率为 28%，当安装齿刀时刀盘开口率为 30%。

　　刀盘面板上共有 8 个泡沫注入口，其中在刀盘的中心设置有 4 个泡沫注入口。在刀盘的背面有 3 个泡沫注入口。泡沫注入口也可以用来加注膨润土和泥浆。

　　刀盘周边设计了 3 条耐磨条，刀盘面板焊接格栅状耐磨材料，充分保证刀盘在硬岩掘进时的耐磨性能。

　　刀盘上的滚刀刀座和齿刀刀座相同，安装方式也相同，可以满足滚刀和齿刀的互换性要求，以适应不同地层的开挖。在上海地铁 2 号线西延伸工程威古区间施工时，安装切刀64把、双刃齿刀6把、单刃齿刀8把、双刃滚刀5把、周边刮刀16把和仿形刀1把。在广州地铁等硬岩区施工时，在刀盘上安装切刀 64 把、双刃滚刀 19 把、周边刮刀 16 把和仿形刀 1 把。

　　2.3 刀盘有限元分析

　　刀盘是盾构的掘削系统，具有开挖地层、稳定开挖面、搅拌碴土等功能，承受大扭矩、大推力和冲击载荷的作用，工作状况非常恶劣。为此，在采用类比法完成结构设计后，必须对刀盘结构的强度、刚度进行

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