盾构机切削钢筋刀具受力特征与切削效率研究
李玉华1，黄 淼1，李 强1，田 巍1，高明星1，李子钧1，朱朝威1，尹 垚1，王 铁2*，熊 峰3
(1. 中铁七局集团武汉工程有限公司，湖北 武汉 430074; 2. 湖北文理学院 土木工程与建筑学院，湖北 襄阳 441053;3. 中国地质大学(武汉) 工程学院，湖北 武汉 430074)
摘 要： 刀具参数设计对盾构机成功切削大直径钢筋混凝土桩基起着关键作用，深入研究盾构机切削钢筋刀具的受力特征与切削效率具有显著工程意义。依托武汉地铁12号线盾构切桩工程，建立了盾构机切刀切削钢筋的有限-离散元方法(FDEM)数值模型，分析了不同刃角条件下刀具切削钢筋过程中的受力特性、钢筋破坏模式、最大主应力和最大剪切应力的演化规律。同时，通过计算切削面积和刀具做功，获得了切削比能随刃角变化的规律。研究结果表明，刀具受力峰值随着刃角的增加而逐渐增大，最大主应力和最大剪切应力在刀具附近的钢筋中集中。随着刃角的增加，切削面粗糙度和刀具做功均增大，同时钢筋内部的拉裂纹与剪切裂纹数量增多。切削比能随着刃角的增加呈现出先减后增的趋势，其中-10 °刃角刀具的切削比能最低、切削效率最高，表明该刃角可有效提高盾构机磨切钢筋性能，并降低刀具崩刃风险。该研究成果可为类似盾构机切削钢筋混凝土桩基工程提供参考。
关键词： 盾构机; 钢筋混凝土桩基; 刃角; 刀具受力; 切削效率; 有限-离散元方法(FDEM)
基金项目： 湖北省青年科技人才培养专项(2025DJA038)
引文格式： 李玉华，黄淼，李强，等. 盾构机切削钢筋刀具受力特征与切削效率研究[J]. 市政技术，2026，44(3)：147-157. (LI Y H，HUANG M，LI Q，et al. Study on the force characteristics and cutting efficiency of shield machine cutting rebar cutter[J]. Journal of municipal technology，2026，44(3)：147-157.)