田樂樂

摘 要：德國海瑞克公司生產(chǎn)的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)是目前世界上先進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)，廣泛應(yīng)用于世界各國城市地鐵的施工建設(shè)。由于盾構(gòu)機(jī)是目前最昂貴的施工設(shè)備，因此，對盾構(gòu)機(jī)最主要部件—— 刀具進(jìn)行維護(hù)與管理能夠大大提高其使用壽命。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī) 刀具維護(hù) 刀具管理

中圖分類號：TG71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0066-02

本文主要介紹了盾構(gòu)機(jī)的主要部件—— 刀具，刀具在盾構(gòu)施工中帶來很大的作用，因此，本文著重講述盾構(gòu)機(jī)的刀具性能以及作用，另外綜合闡述了盾構(gòu)機(jī)刀具的維護(hù)與管理，從而延長刀具的使用壽命以降低施工成本，從而為盾構(gòu)施工帶來經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

1 盾構(gòu)機(jī)刀具的特點和刀具布局

1.1 刀盤的特點

本文將目前所在項目部使用的德國海瑞克公司生產(chǎn)的S-425和S-426兩臺盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行介紹分析。事實上根據(jù)地層不同則對刀盤性能的要求也就不同，一般刀盤分為軟巖刀盤、硬巖刀盤、復(fù)合刀盤。軟巖刀盤一般適用于土地層較軟的地層，而我國很多地區(qū)具有著軟土土質(zhì)層的省份城市，例如：上海、天津、西安等地區(qū)，這種刀盤結(jié)構(gòu)一般比較簡單，代表的有輻條式與軟土刀盤。而硬巖刀盤較適用于質(zhì)地較硬的硬巖地層，在進(jìn)行地下作業(yè)的時候常常運用到這種刀盤，只配有滾刀即可，例如：隧道、地鐵、引水等。復(fù)合型刀盤一般適應(yīng)于很多種地層，包括：硬巖地層、軟硬不勻地層、軟巖地層等等，這種盾構(gòu)機(jī)刀盤不但配有滾刀而且還配有刮刀，因此，這樣的刀盤被稱為復(fù)合型刀盤。

1.2 刀具分布及數(shù)量

在盾構(gòu)機(jī)的中心區(qū)就是刀盤的中心，其特點就是空間較小、滾刀轉(zhuǎn)徑較小，正因為如此滾刀滑動加滾動承受軸向力較大。中心刀相較于滾刀的區(qū)別有如下幾點：第一，成組安裝位為兩個一組、三個一組、六個一組；第二，其密封形式為單密封環(huán)，且與軸承配對；第三，軸承角度與預(yù)緊力較大；第四，對刀圈韌性指標(biāo)要求較高。正面區(qū)工作的刀具，其具有一定的轉(zhuǎn)彎半徑且有著足夠的布置空間，被稱之為正滾刀，且這種刀的使用壽命較長。另外，刀盤邊緣區(qū)域由于承擔(dān)著破巖量大、刀具復(fù)雜力、開挖直徑等工作，因此常常將刀量分布較多，且刀具之間的間距較小，在邊緣還設(shè)有7把滾刀，這樣不僅可以保護(hù)切刀與刮刀，而且保證在斷面巖層、硬巖地段都可以掘進(jìn)。

1.3 刀具使用效果

1.3.1 適應(yīng)硬巖

項目部使用的S-425和S-426兩臺盾構(gòu)機(jī)為根據(jù)南京地質(zhì)情況進(jìn)行定制生產(chǎn)的土壓平衡復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)，刀盤上配置的刀具具備破巖的能力，因此可以適用于地質(zhì)條件復(fù)雜的巖層開挖工程。

1.3.2 適應(yīng)土層與高粘性地層

S-425和S-426兩臺盾構(gòu)機(jī)在土層和高粘性地層都也能很好的作業(yè)，在這些土層作業(yè)的時候要求刀盤上的部分滾刀更換為齒刀、刮刀等刀具。因此，S-425和S-426兩臺盾構(gòu)機(jī)也能有效地對土體進(jìn)行開挖、切割，其出土性能狀態(tài)也很好。

1.3.3 適應(yīng)軟硬不勻的復(fù)合地層

在軟硬不勻的復(fù)合地層作業(yè)，通過調(diào)整刀盤的推力與扭轉(zhuǎn)參數(shù)以及添加渣土改良劑改良土質(zhì)，項目部使用的S-425和S-426兩臺盾構(gòu)機(jī)能很好的在軟硬不勻的復(fù)合地層作業(yè)。

1.3.4 適應(yīng)曲線段施工

眾所周知曲線段施工開挖最小半徑都比盾構(gòu)機(jī)機(jī)身要寬，因此需要在盾構(gòu)機(jī)的刀盤上配置一把超挖刀，這種刀可以通過盾構(gòu)機(jī)調(diào)整姿態(tài)或者曲線轉(zhuǎn)彎時進(jìn)行局部超挖，從而實現(xiàn)在曲線段的有效施工。在南京地鐵一號線南延線TA05標(biāo)項目部施工 “南～岔盾構(gòu)區(qū)間”時區(qū)間走勢為“S”形轉(zhuǎn)彎半徑小。項目部使用的S-425和S-426兩臺盾構(gòu)機(jī)刀盤上的超挖刀就發(fā)揮了較高的作用。

2 刀具的類型

2.1 有關(guān)刀具的介紹

刀具可以分為刮削刀具與滾動刀具兩類，如圖1、2所示。滾動刀具具有破巖力，并且具有自轉(zhuǎn)能力而且也可以隨著刀盤的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，按刀刃的形狀可以分為：齒形滾刀、盤形滾刀等。刮削刀具也具有破巖力，但是它只能隨著刀盤的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，而沒有自身自轉(zhuǎn)，只能在滾刀切削后進(jìn)行巖土破碎，且在硬巖掘進(jìn)時容易刀刃崩裂、鑲齒脫落。

2.2 分析滾刀的結(jié)構(gòu)組成

滾刀結(jié)構(gòu)主要由以下構(gòu)件組成：刀圈、刀體、軸承、金屬浮動、刀蓋等等，而最重要的是滾刀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括軸承、密封、潤滑油脂等組成。

2.3 滾刀刀圈的材料要求

由于刀圈的工作環(huán)境要求，其刀圈必須具備以下性能：第一，刀刃不得被高應(yīng)力壓潰變形；第二，為減少刀圈磨損，則需要增加其硬度以提高耐磨性；第三，具備良好的沖擊韌性，以防止被斷裂；第四，具有耐高溫性能；第五，同時具備熱加工、冷加工工藝性能。

3 刀具的失效形式

3.1 刮刀的失效

刮刀失效有以下幾種狀況：正常磨損、刮刀刀刃崩裂、刮刀刀體斷裂、刮刀掉齒等。

3.2 滾刀的失效形式

滾刀失效形式最重要的是刀圈被磨損，另外滾刀的失效與軸承、密封、刀圈斷裂有著很大的關(guān)系，而刀圈斷裂與軸承損壞都會影響滾刀的正常使用，因此，要注意保護(hù)滾刀以延長其壽命。

4 盾構(gòu)機(jī)刀具的維護(hù)

刀具維修包括刀具維修項目的判定、刀具清理、刀具拆解、刀具部件更換、刀具組裝等，這些都需要對其進(jìn)行維護(hù)。

4.1 刀具維修項目的判定

通過觀察刀具的具體情況而判定需要維修的項目。

4.2 刀具部件的更換

為保證刀具的維修質(zhì)量，需要嚴(yán)格進(jìn)行對刀具每個部件的維修。

4.3 刀具的裝配

由于進(jìn)行刀具對熱裝件裝配的時候要嚴(yán)格控制加熱溫度，同時對緊固件進(jìn)行嚴(yán)格控制緊固力矩。另外一方面，選用刀圈既要滿足實際工程需要，又要滿足其性能需求，此外值得一提的是在焊擋圈的時候一定避開刀圈。endprint

5 盾構(gòu)機(jī)刀具的管理

5.1 刀具管理的重要性

由于刀具對于盾構(gòu)機(jī)而言有著極其重要的位置，因此，對刀具管理進(jìn)行制度完善的管理計劃與方案能夠有效的保障工程進(jìn)度，同時還可以對施工成本進(jìn)行控制，另外，刀具管理的完善還能保證施工安全。

5.2 刀具管理流程

刀具管理流暢之間相互緊密聯(lián)系，是一套完整的管理體系，包括對地質(zhì)分析、管理計劃的制定、換刀作業(yè)、維修刀具、掘進(jìn)作業(yè)中的刀具管理等，如圖3所示。

5.3 在掘進(jìn)過程中對刀具的管理

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)的時候進(jìn)行刀具管理，而刀具管理是盾構(gòu)機(jī)施工中的一項重要工作內(nèi)容。

5.3.1 推動控制

第一，保證油缸推力在一定范圍內(nèi)，不宜過大也不宜過??；第二，刀盤的轉(zhuǎn)速需要進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)速不宜過大；第三，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度進(jìn)行控制，不易過快，否則會造成刀具損壞。

5.3.2 碴土改良

進(jìn)行碴土改良不僅可以保障盾構(gòu)機(jī)的施工安全，而且能夠順利、快速完成施工項目，是盾構(gòu)施工中不可或缺的重要技術(shù)。這種技術(shù)是通過在刀盤面、土艙等注入泡沫，然后攪拌使得添加劑與土碴混合，從而解決碴土黏度過大問題，以實現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)施工效果。另外一方面改良碴土工程的主要措施有在螺旋機(jī)輸送機(jī)中注入泡沫、在刀盤面、土艙內(nèi)注入泡沫以減少泥餅的形成或者排碴量。

5.3.3 防泥餅措施

盾構(gòu)機(jī)作業(yè)的時候，刀盤以及刀盤中心容易產(chǎn)生泥餅，為解決這個問題需要采取以下措施：第一，進(jìn)行盾構(gòu)施工地質(zhì)、泥土加強(qiáng)預(yù)測；第二，為減少碴土粘附性在刀盤前部注入泡沫，從而降低泥餅的形成率；第三，及時處理形成的泥餅；第四，采用土艙頂部加氣的方法土壓平衡模式掘進(jìn)來防止泥餅的形成；第五，通過改良碴土技術(shù)來防止泥餅形成。

5.3.4 刀具磨損的統(tǒng)計分析

對刀具磨損進(jìn)行統(tǒng)計分析，從而為后期盾構(gòu)施工帶來科學(xué)的指導(dǎo)意義。

5.3.5 刀具檢查和換刀作業(yè)

在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工作業(yè)的時候，要定期檢查刀具，將磨損厲害的刀具進(jìn)行更換。另外換刀作業(yè)是高危險性的操作技術(shù)，因此需要嚴(yán)格按照換刀作業(yè)程序來執(zhí)行，從而保證盾構(gòu)機(jī)換刀作業(yè)順利的進(jìn)行。

6 結(jié)語

本文對盾構(gòu)機(jī)的刀具工作的特點以及布局進(jìn)行簡單闡述，而著重論述了盾構(gòu)機(jī)刀具的維護(hù)與管理，并提出幾點維護(hù)刀具的相關(guān)有效措施。另外將盾構(gòu)機(jī)刀具類型以及刀具的失效形式進(jìn)行簡單介紹，從而讓更多的人來了解盾構(gòu)機(jī)刀具的性能以及特點，以上內(nèi)容都是為了延長刀具的使用壽命，從而降低盾構(gòu)機(jī)施工的成本，更重要的是為了給后期盾構(gòu)施工作業(yè)提供指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣建敏，趙學(xué)彬，賀定勇，等.北京地區(qū)盾構(gòu)機(jī)刀具失效分析及再制造研究[J].中國表面工程，2006（3）.

[2] 蔣建敏，賀定勇，趙學(xué)彬，等.盾構(gòu)機(jī)刀具制造用耐磨耐沖擊堆焊藥芯焊絲的研究[J].焊接，2008（3）.

[3] 李德洋，吳欽剛，劉汝東，等.北京地鐵9號線3標(biāo)盾構(gòu)機(jī)刀具的破壞形式及刀具的改造[C]//2011中國盾構(gòu)技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集.2011.

[4] 張國京.土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)管理[C]//北京市政第一屆地鐵與地下工程施工技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集.2005.

[5] 郭陜云.論我國隧道和地下工程技術(shù)的研究和發(fā)展[C]//中國土木工程學(xué)會第十一屆、隧道及地下工程分會第十三屆年會論文集.2004.

[6] 鄭仔弟，周政，耿富林，等.土壓平衡盾構(gòu)機(jī)輻條式刀盤刀具失效分析及應(yīng)對措施[C]//2009中國城市地下空間開發(fā)高峰論壇論文集.2009.

[7] 吳欽剛，汪健，鄭林有，等.無水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)管理[C]//2011中國盾構(gòu)技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集.2011.endprint

5 盾構(gòu)機(jī)刀具的管理

5.1 刀具管理的重要性

由于刀具對于盾構(gòu)機(jī)而言有著極其重要的位置，因此，對刀具管理進(jìn)行制度完善的管理計劃與方案能夠有效的保障工程進(jìn)度，同時還可以對施工成本進(jìn)行控制，另外，刀具管理的完善還能保證施工安全。

5.2 刀具管理流程

刀具管理流暢之間相互緊密聯(lián)系，是一套完整的管理體系，包括對地質(zhì)分析、管理計劃的制定、換刀作業(yè)、維修刀具、掘進(jìn)作業(yè)中的刀具管理等，如圖3所示。

5.3 在掘進(jìn)過程中對刀具的管理

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)的時候進(jìn)行刀具管理，而刀具管理是盾構(gòu)機(jī)施工中的一項重要工作內(nèi)容。

5.3.1 推動控制

第一，保證油缸推力在一定范圍內(nèi)，不宜過大也不宜過?。坏诙?，刀盤的轉(zhuǎn)速需要進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)速不宜過大；第三，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度進(jìn)行控制，不易過快，否則會造成刀具損壞。

5.3.2 碴土改良

進(jìn)行碴土改良不僅可以保障盾構(gòu)機(jī)的施工安全，而且能夠順利、快速完成施工項目，是盾構(gòu)施工中不可或缺的重要技術(shù)。這種技術(shù)是通過在刀盤面、土艙等注入泡沫，然后攪拌使得添加劑與土碴混合，從而解決碴土黏度過大問題，以實現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)施工效果。另外一方面改良碴土工程的主要措施有在螺旋機(jī)輸送機(jī)中注入泡沫、在刀盤面、土艙內(nèi)注入泡沫以減少泥餅的形成或者排碴量。

5.3.3 防泥餅措施

盾構(gòu)機(jī)作業(yè)的時候，刀盤以及刀盤中心容易產(chǎn)生泥餅，為解決這個問題需要采取以下措施：第一，進(jìn)行盾構(gòu)施工地質(zhì)、泥土加強(qiáng)預(yù)測；第二，為減少碴土粘附性在刀盤前部注入泡沫，從而降低泥餅的形成率；第三，及時處理形成的泥餅；第四，采用土艙頂部加氣的方法土壓平衡模式掘進(jìn)來防止泥餅的形成；第五，通過改良碴土技術(shù)來防止泥餅形成。

5.3.4 刀具磨損的統(tǒng)計分析

對刀具磨損進(jìn)行統(tǒng)計分析，從而為后期盾構(gòu)施工帶來科學(xué)的指導(dǎo)意義。

5.3.5 刀具檢查和換刀作業(yè)

在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工作業(yè)的時候，要定期檢查刀具，將磨損厲害的刀具進(jìn)行更換。另外換刀作業(yè)是高危險性的操作技術(shù)，因此需要嚴(yán)格按照換刀作業(yè)程序來執(zhí)行，從而保證盾構(gòu)機(jī)換刀作業(yè)順利的進(jìn)行。

6 結(jié)語

本文對盾構(gòu)機(jī)的刀具工作的特點以及布局進(jìn)行簡單闡述，而著重論述了盾構(gòu)機(jī)刀具的維護(hù)與管理，并提出幾點維護(hù)刀具的相關(guān)有效措施。另外將盾構(gòu)機(jī)刀具類型以及刀具的失效形式進(jìn)行簡單介紹，從而讓更多的人來了解盾構(gòu)機(jī)刀具的性能以及特點，以上內(nèi)容都是為了延長刀具的使用壽命，從而降低盾構(gòu)機(jī)施工的成本，更重要的是為了給后期盾構(gòu)施工作業(yè)提供指導(dǎo)作用。

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[3] 李德洋，吳欽剛，劉汝東，等.北京地鐵9號線3標(biāo)盾構(gòu)機(jī)刀具的破壞形式及刀具的改造[C]//2011中國盾構(gòu)技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集.2011.

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[6] 鄭仔弟，周政，耿富林，等.土壓平衡盾構(gòu)機(jī)輻條式刀盤刀具失效分析及應(yīng)對措施[C]//2009中國城市地下空間開發(fā)高峰論壇論文集.2009.

[7] 吳欽剛，汪健，鄭林有，等.無水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)管理[C]//2011中國盾構(gòu)技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集.2011.endprint

5 盾構(gòu)機(jī)刀具的管理

5.1 刀具管理的重要性

由于刀具對于盾構(gòu)機(jī)而言有著極其重要的位置，因此，對刀具管理進(jìn)行制度完善的管理計劃與方案能夠有效的保障工程進(jìn)度，同時還可以對施工成本進(jìn)行控制，另外，刀具管理的完善還能保證施工安全。

5.2 刀具管理流程

刀具管理流暢之間相互緊密聯(lián)系，是一套完整的管理體系，包括對地質(zhì)分析、管理計劃的制定、換刀作業(yè)、維修刀具、掘進(jìn)作業(yè)中的刀具管理等，如圖3所示。

5.3 在掘進(jìn)過程中對刀具的管理

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)的時候進(jìn)行刀具管理，而刀具管理是盾構(gòu)機(jī)施工中的一項重要工作內(nèi)容。

5.3.1 推動控制

第一，保證油缸推力在一定范圍內(nèi)，不宜過大也不宜過小；第二，刀盤的轉(zhuǎn)速需要進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)速不宜過大；第三，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度進(jìn)行控制，不易過快，否則會造成刀具損壞。

5.3.2 碴土改良

進(jìn)行碴土改良不僅可以保障盾構(gòu)機(jī)的施工安全，而且能夠順利、快速完成施工項目，是盾構(gòu)施工中不可或缺的重要技術(shù)。這種技術(shù)是通過在刀盤面、土艙等注入泡沫，然后攪拌使得添加劑與土碴混合，從而解決碴土黏度過大問題，以實現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)施工效果。另外一方面改良碴土工程的主要措施有在螺旋機(jī)輸送機(jī)中注入泡沫、在刀盤面、土艙內(nèi)注入泡沫以減少泥餅的形成或者排碴量。

5.3.3 防泥餅措施

盾構(gòu)機(jī)作業(yè)的時候，刀盤以及刀盤中心容易產(chǎn)生泥餅，為解決這個問題需要采取以下措施：第一，進(jìn)行盾構(gòu)施工地質(zhì)、泥土加強(qiáng)預(yù)測；第二，為減少碴土粘附性在刀盤前部注入泡沫，從而降低泥餅的形成率；第三，及時處理形成的泥餅；第四，采用土艙頂部加氣的方法土壓平衡模式掘進(jìn)來防止泥餅的形成；第五，通過改良碴土技術(shù)來防止泥餅形成。

5.3.4 刀具磨損的統(tǒng)計分析

對刀具磨損進(jìn)行統(tǒng)計分析，從而為后期盾構(gòu)施工帶來科學(xué)的指導(dǎo)意義。

5.3.5 刀具檢查和換刀作業(yè)

在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工作業(yè)的時候，要定期檢查刀具，將磨損厲害的刀具進(jìn)行更換。另外換刀作業(yè)是高危險性的操作技術(shù)，因此需要嚴(yán)格按照換刀作業(yè)程序來執(zhí)行，從而保證盾構(gòu)機(jī)換刀作業(yè)順利的進(jìn)行。

6 結(jié)語

本文對盾構(gòu)機(jī)的刀具工作的特點以及布局進(jìn)行簡單闡述，而著重論述了盾構(gòu)機(jī)刀具的維護(hù)與管理，并提出幾點維護(hù)刀具的相關(guān)有效措施。另外將盾構(gòu)機(jī)刀具類型以及刀具的失效形式進(jìn)行簡單介紹，從而讓更多的人來了解盾構(gòu)機(jī)刀具的性能以及特點，以上內(nèi)容都是為了延長刀具的使用壽命，從而降低盾構(gòu)機(jī)施工的成本，更重要的是為了給后期盾構(gòu)施工作業(yè)提供指導(dǎo)作用。

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