盾構機在砂、卵石地層中施工磨損大一直是困擾盾構施工的難題。由于磨損大需經常進行刀盤、螺旋機的修理和刀具的更換，而砂、卵石地層的穩定性差又制約著頻繁的刀具更換與修理，為解決這一難題對砂卵石地層土壓平衡盾構機耐磨性及刀具適用性進行了研究。
有關盾構機的耐磨性及刀具適用性的探索自盾構機應用于隧道施工就沒有停止過。如：文獻對成都地鐵采用加泥式土壓平衡盾構刀盤刀具的耐磨性進行了研究；文獻對適合成都砂卵石地層的土壓平衡盾構機進行了探索；文獻以成都地鐵一號線為例，對盾構機進行刀盤選型及設計，并且對刀盤3種基本工況作了有限元分析，驗證了刀盤選型和設計理論的適用性；文獻對北京鐵路地下直徑線泥水盾構刀盤、刀具適應性進行了分析。為解決成都砂、卵石地質刀具、刀盤和螺旋輸送機磨損大等問題，本文就盾構機的耐磨性和刀具的適用性進行了研究和實踐，特別提出了關于滾刀應用在成都大粒徑砂、卵石地層中先行刀的作用，使得盾構機具有更耐磨、更適用和更經濟的特點。
1、成都砂、卵石地層盾構施工的特點
1.1卵礫石多、粒徑大、硬度高、強度大
成都地鐵盾構隧道主要穿越砂，卵石地層，粒徑30—100 mm的卵石含量占65%~75%，粒徑100~130 mm的約占10%。卵礫石硬，強度高，單軸抗壓強度可達150MPa，最大可達到180MPa。在盾構掘進過程中，對盾構刀盤、刀具、螺旋機等會產生較大的磨損與破壞。
1.2流動性差、磨琢性大
砂、卵石流動性差，對刀具、刀盤和螺旋輸送機的磨琢性大。該地層和鋼鐵之間的摩擦因數一般都在0.4之上，最高可達0.7。盾構機在掘進中渣土不易流進土倉，在土倉內的渣土又不易排出，并造成推力和扭矩的增大和刀盤、刀具、螺旋輸送機磨損的增大。
1.3砂、卵石地層富水、透氣性大、穩定性差
成都地層富水，枯水期地下水埋深一般在3—5m，豐水期一般在1~3m。沙、卵石地層顆粒之間的空隙大、透氣性大，巖體松散，沒有黏聚力，卵石塊在地層中起骨架作用，刀盤旋轉切削時，極易破壞地層中原有的穩定而產生坍塌，引起地層損失和圍巖擾動。砂、卵石地層自穩能力差，難以保住氣壓，給進倉作業造成困難。
2、砂、卵石地層盾構施工存在的問題
2.1 刀具、刀盤和螺旋輸送機磨損嚴重
由于砂、卵石地層穩定性差，盾構施工需采用土壓平衡模式掘進。由于砂、卵石地層細顆粒含量少、透氣性好，塑流化改良效果差，很難實現氣壓模式掘進，為防止掌子面的坍塌，掘進中土倉內堆積了大量砂、卵石，并包裹著刀盤及刀具。因砂、卵石的硬度高、磨琢性大，使刀具、刀盤和螺旋輸送機磨損嚴重，降低了刀盤、刀具和螺旋輸送機的使用壽命，使盾構機需經常修理刀盤、螺旋輸送機及更換刀具，不能長時間連續工作。在最初成都砂、卵石地層的盾構施工中，各施工單位的盾構刀盤、刀具、螺旋輸送機等都產生了較大的磨損與損壞，其中僅刀具消耗每延米就達7 000元左右。
2.2刀具的更換及刀盤、螺旋機修理困難
成都的砂、卵石地層富水、穩定性差，在常壓下掌子面不穩定不適合開倉進行刀具的更換。由于地層卵礫石多、粒徑大、透氣性大，無法實現真正意義上的渣土改良；因地層漏氣嚴重，很難保住氣壓，難以實現在保壓條件下進倉進行刀具更換和刀盤、螺旋輸送機的修理，給正常和連續的盾構施工造成困難。
3、盾構機耐磨性及刀具適用性研究
3.1 問題的提出
針對砂、卵石地層盾構施工中存在的刀具、刀盤、螺旋輸送機磨損嚴重以及刀具更換和刀盤、螺旋輸送機修理困難這些難題，為保證盾構施工生產的正常有序進行和提高盾構機的利用率，有必要對砂、卵石地層中盾構施工耐磨性和刀具的適用性進行研究。
3.2研究方向和著眼點
圍繞著磨損性大的刀具、刀盤和螺旋輸送機開展研究工作，從降低砂、卵石的磨琢性人手，加強易磨損部位的保護，選用適用性更強的刀具和保護措施，提高刀具、刀盤和螺旋輸送機的耐磨性和抗磨性，從而達到延長零部件使用壽命和提高盾構機生產效率的目標。
