田得梅

（中國水利水電第四工程局有限公司第二分局，河北 涿州 072750）

盾構機掘進中刀具損壞及維修措施探討

田得梅

（中國水利水電第四工程局有限公司第二分局，河北 涿州 072750）

隨著我國經(jīng)濟水平及科學技術的不斷發(fā)展，我國建筑企業(yè)迅速興起?？v觀這幾年國家對建筑行業(yè)的重視程度，一些規(guī)模較大的工程正在不斷地修建與竣工投入使用。各個工程施工速度的明顯加快及施工質(zhì)量的提高標志著我國建筑行業(yè)的興起。以盾構為主的隧道施工工藝是我國建筑行業(yè)施工技術取得明顯突破的標志。盾構機在掘進過程中碰到較硬的巖層時很容易使刀具受到損壞，對盾構掘進帶來很大的影響。本文就盾構機刀具的損壞情況進行詳細分析，并針對刀具的損壞情況提出了相應的維修措施。

盾構機；掘進；刀具；損壞；維修

隧道施工是我國鐵路及地鐵修建中常遇到的主要工程內(nèi)容。隧道施工由于其位于地下，施工難度較大且危險性高，常對施工人員作業(yè)安全帶來威脅。盾構法施工是一種常見的隧道施工技術，其作業(yè)過程機械化程度較高、施工速度快等優(yōu)點被越來越多的施工企業(yè)采用。盾構施工技術已逐漸發(fā)展成為目前應用較廣泛的施工技術，但盾構施工中也會由于某些因素導致施工出現(xiàn)問題。盾構機在掘進的過程中由于地下地質(zhì)情況的復雜性會遇到一些在前期勘察過程中未發(fā)現(xiàn)的復雜地形導致盾構機掘進出現(xiàn)障礙。盾構機在掘進時所遇到的復雜地形及堅硬巖石等會對盾構機刀片產(chǎn)生損害。因此盾構機在掘進時所遇到的地形及巖石性能決定了盾構機所在刀盤的擺設以及刀具的挑選，刀盤的設置與刀具的選取要憑借具體地形及巖石情況來選擇。

1.盾構刀具

1.1 刀具的破巖方式介紹

盾構機在工作的過程中其掘進時破除巖石及土基的方式主要有滾壓破巖式和切削破巖式。滾壓破巖式其原理是利用滾刀在巖石上旋轉產(chǎn)生沖擊壓與剪切壓來碾碎或壓碎巖石的一種破巖方式。切削破巖可根據(jù)切削刀具的運動軌跡切削巖石。上述過程中由于在破巖過程中容易引起地層擾動，易發(fā)生沉降及地下水涌入現(xiàn)象。因此在盾構掘進過程中應注意土壓及泥水壓的控制，確保切削面穩(wěn)定，使得盾構掘進過程中不出現(xiàn)異常事故，保障工作人員安全。

1.2 刀具的選擇

盾構機的刀具是依據(jù)盾構施工地點的地形、地質(zhì)條件及地層巖石硬度來選用合適的刀具及破巖方式進行挖掘作業(yè)。刀具選擇前應對刀具生產(chǎn)企業(yè)進行詳細調(diào)查與比對，同時做好刀具的檢驗工作。

2.盾構掘進速度和刀具消耗對盾構施工的影響

盾構機在掘進過程中常由于刀片損害或地形異常等因素而對刀具進行更換，以適應新環(huán)境下的正常掘進要求。盾構機在更換刀具時要特別注意以下兩個地方，第一點為前面的巖層情況是否可以適合盾構機工作的條件；一般情況下，在盾構機挖掘時需根據(jù)以前施工土地質(zhì)量的探查的資料開始對土地表層第一次探析。第二點是工具的磨壞度是否達到了估計磨壞數(shù)值和工具是否破壞，若未達到上述磨壞數(shù)值可不進行處理。

3.刀具到盤的檢查及更換

3.1 刀盤刀具的檢查

（1）刀盤檢查。在對刀盤進行檢查時應做以下工作。檢查刀盤的具體磨損程度；檢查主軸承及密封油脂的情形是否處于正常狀態(tài)；查看刀盤面板和輻條支柱有沒有出現(xiàn)縫隙或者是已經(jīng)改變了原來的形狀。

（2）對于刀具的檢驗應查看刀盤上全部刀具的堅實性和穩(wěn)定性；查看起固定作用的螺栓是否出現(xiàn)松動，是否已經(jīng)脫落或者已經(jīng)破損等情況；查看擋圈是否折斷或已經(jīng)存在脫落的情況發(fā)生。

3.2 刀具更換的原則

在盾構掘進過程中適時地更替刀具，不但能夠避免刀具的非正常損耗，還可以降低因刀具的頻繁更換帶來的時間浪費，同時還有效地增強了盾構工作運行效率。刀具的替換應該遵循的原則有“合理、批量、迅速”。

3.3 刀具更換時刀盤轉角位置的確定

當盾構刀具已經(jīng)出現(xiàn)故障需要更換，在盾構機刀具更換前首先應確定刀盤轉角所處位置，嚴禁刀盤開口對準土壓倉口，保證進倉作業(yè)人員的安全及減少企業(yè)損失。在對刀盤的定位時要確定刀盤在任一時刻相對同一參照物的旋轉角度，若對于海瑞克盾構機等在對刀盤進行定位時可利用仿形刀的旋轉角度測量傳感器對刀盤進行準確定位以消除人為定位產(chǎn)生的誤差。

3.4 刀具更換程序

3.4.1 總體規(guī)劃

在盾構施工過程中，刀具工程師應在正常工作中多與施工項目技術工程師或勘察設計人員進行詳細地溝通，加強對施工現(xiàn)場地質(zhì)及地層巖石情況的詳細了解，并密切注意地質(zhì)資料中反映的可能在施工工程中存在的重點和難點。項目技術負責人在制定刀具及刀具配件計劃時，應充分估計特殊區(qū)段可能對刀具破壞的嚴重程度；制定換刀計劃時應及時有效地與土木工程師、項目技術負責人及盾構掘進司機仔細溝通與協(xié)商，確定最佳的開倉地點以完成刀具更換工作。

3.4.2 設備物資供應

盾構刀具更換過程中前進行完整的設施與資料預先準備是實現(xiàn)快速更換刀具目標的核心保障。在確認普通設施（機具）、資料都具備的狀況下才可進行換刀工作。

3.4.3 人員培訓

換刀工人的技能提升可以對換刀工作的順利完成提供支持?？梢哉f培訓一批技術過硬，素質(zhì)較好的換刀工人是保證換刀質(zhì)量和速度的前提。培訓的內(nèi)容主要包括對換刀工具的操作及維修內(nèi)容；各種類型刀具更換的安全操作規(guī)程及注意事項說明；同時應教會換刀工人關于刀盤刀具的布置并具有對刀具使用狀態(tài)做出合理判斷的能力；除此之外換刀工人應能判斷一把待安裝刀具是否滿足安裝條件，具備對緊急情況的應付能力。

3.4.4 成立緊急救援小組

換刀工種存在非常大的安全隱患，在操作之前必須準備好應對一切突發(fā)事件的準備，最大限度地保證人員安全。

3.4.5 開倉審批

所謂開倉技術，應該保證能夠和工程部、設物部進行詳細地論證，并且要經(jīng)過企業(yè)的總工的同意，以及總經(jīng)理的簽字，完成業(yè)主、監(jiān)理工程師方面的審批，這樣才能順利地實施開倉，實現(xiàn)責任落實到人，滿足開倉程序要求。

3.4.6 刀具更換

（1）刀盤清理。對于需要清潔的關鍵的刀盤是要隨時保持密切重視的，在清洗的這一過程中一定要在低溫和有氧的情況下進行，尤其是刀位部分。

（2）刀具拆除。刀盤沖洗干凈后，利用大扭矩的風動扳手將需更換刀具的螺栓拆下，并將刀具運送出碴倉。就螺栓螺帽來講，可以使用割槍去掉。為防止底座和刀具的螺栓孔出現(xiàn)問題，在操作時候需要明白下面內(nèi)容，確保施工作業(yè)過程安全：割槍的氧氣和乙炔的流量開的小些，防止火焰損毀刀座與刀具的螺栓孔。

（3）刀具的組裝。在道具組裝時候最重要的就是要保證清潔。尤其是刀具各個部位應清潔干凈，然后保證上面沒有水珠，要保證刀具各部分的干燥不能潮濕以防銹蝕。對采用割除等方法而遭到損傷的接觸面要進行修復、打磨。

3.5 安裝注意事項

更換刀具的時候應該提前檢查刀具是否仍完好無損；在更換過程中必須按照拆裝的工序進行，保證潔凈，刀具的位置居中；刀具更換完畢后認真檢查更換時所用的工具，防止遺忘在土艙內(nèi)，盾構掘進時對設備產(chǎn)生破壞；做好詳細的刀具更換記錄。

4. 刀具維修的關鍵技術

4.1 刀圈的正確安裝

車圈通常來用罕見的鋼種，硬度、材料變形時吸收變形力的能力、材料的耐磨損性能、剛性等其他功能優(yōu)良，金相組織包含鎳，鉆，鐵，釩，鑰等元素。刀圈內(nèi)徑與刀體的配合應合適。刀圈的安裝一般為熱裝，即采用工業(yè)烤箱進行刀圈的加熱，一般加熱到2000℃左右，加熱2h，然后套裝于刀體正確位置。

4.2 軸承的檢查及預緊度的調(diào)整

在施工中盾構機刀具軸承的使用是根據(jù)不同的施工條件而采取不同的受力方向，在大多數(shù)情況下是采用徑向受力的圓錐滾子軸承，并且發(fā)生狀況也基本以軸承內(nèi)部的銹蝕為多，也不乏刀具的密封性能出問題引起的一系列問題致軸承燒蝕，對于軸承破裂的問題，一般由于其俱進參數(shù)的不準確，解決此問題采用調(diào)整刀具軸承的松緊度，使其符合使用要求。刀具軸承預緊度的調(diào)整一般采用調(diào)整兩軸承之間隔圈厚度的方法，從而保證刀具的啟動力矩和回轉力矩在規(guī)定的數(shù)值之內(nèi)。

4.3 密封的安裝及氣密性的檢查

刀具密封安裝時注意兩密封表面的配合光潔度和平面度在規(guī)定要求之內(nèi)，安裝前應進行動密封的清潔和研磨。在對刀具進行相關的維修之后應當對其氣密性進行相應地檢查，也就是說，往刀體重注入壓縮的氣體，并且，根據(jù)其能不等在規(guī)定期限內(nèi)，維持穩(wěn)定的氣壓，進而判斷它是否合格。

結語

提高盾構機施工的效率并加強施工的安全性，首先要建立良好的制度并加以完善，并配備專業(yè)的技術人員。對于盾構機的工作必須熟練掌握其專業(yè)的操作技能以及高效的維護技能；盾構機的挖掘刀具及刀盤的養(yǎng)護維修關乎整個工程的效益，必須加以重視。

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