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        盾構(gòu)機掘進中刀具損壞及維修措施探討

        2019-11-28 14:27:26張春輝
        商品與質(zhì)量 2019年40期
        關(guān)鍵詞:施工

        張春輝

        中國鐵建大橋工程局集團有限公司 天津 300000

        1 刀具的原理及分類

        目前盾構(gòu)機刀盤按其適應(yīng)地質(zhì)一般分為軟土刀盤、復合刀盤及硬巖刀盤。刀盤的掘進施工最終都是靠刀具來完成,刀具按切削原理一般分為滾壓刀具及切(刮)削刀具。滾壓刀具的工作原理主要是依靠刀具推力來沖擊擠壓巖層;再加上刀具旋轉(zhuǎn)扭矩連續(xù)滾壓破巖,這類刀具在掘進過程中會隨刀盤一起公轉(zhuǎn),同時自身還繞刀軸進行自轉(zhuǎn)。滾壓類刀具對巖石作用力大,常用于硬巖或大直徑圓礫地層隧道掘進中,也可用于復合地層,主要分為單刃滾刀、雙刃滾刀和三刃滾刀等。切削刀具的工作原理主要是盾構(gòu)機向前推進的同時刀具隨刀盤旋轉(zhuǎn),刀刃不斷嵌入土體并對開挖面土體產(chǎn)生軸向剪切力和徑向切削力,分為切刀、中心魚尾刀、撕裂刀、先行刀、保徑刀和邊刮刀等形式;此類刀具一般用于軟土地層及軟巖地層中,或用于硬巖及復合地層輔助切削中[1]。

        2 刀具磨損對于盾構(gòu)機使用的重要影響

        首先,盾構(gòu)機由盾構(gòu)主機和后配套設(shè)備共同構(gòu)成,其中,盾構(gòu)刀盤負責盾構(gòu)機的開挖作業(yè),主要借助盾構(gòu)刀具對機體前方土體進行切割,這意味著盾構(gòu)機的作業(yè)速率完全由刀具的鋒利程度來決定,只有刀具與土體結(jié)構(gòu)相適應(yīng),盾構(gòu)機才能較為快速地前行。由于復合地層土質(zhì)較為復雜,工作人員在選擇盾構(gòu)刀具時往往會比較困難,這就使得盾構(gòu)刀具容易在復雜多樣的土層作用下快速磨損,進而在短時間內(nèi)出現(xiàn)刀具老化問題。其次,雖然在長期的探索實踐中,有關(guān)盾構(gòu)機刀具磨損規(guī)律的相關(guān)理論已初步完善,但針對不同土層的刀具磨損尚未得到完全掌握,其中,包括刀具負荷、磨損速率等要素在內(nèi)的相關(guān)研究仍處于相對匱乏狀態(tài),這導致在實際盾構(gòu)機作業(yè)中,即使選用了較為負荷土層特點的盾構(gòu)刀具,但仍無法判斷刀具的更換周期,因此,刀具很容易在長期使用中,因更換不及時而徹底喪失作用,并影響地下作業(yè)的工作進度。最后,由于我國盾構(gòu)刀具研究較少,大多數(shù)地下施工企業(yè)購買的盾構(gòu)刀具均來自國外,導致施工成本增加,使得國內(nèi)盾構(gòu)機作業(yè)乃至整個地下交通施工事業(yè)的發(fā)展均受到制約。

        3 盾構(gòu)機中刀具的更換和維修

        3.1 刀具更換的具體原則

        在適當?shù)臅r候更換刀具不僅可以降低刀具損壞的非正常概率,還可以弱化意外損壞更換時間對工程開展的影響,有利于盾構(gòu)機強化自身的工作效率,而更換刀具需要嚴格按照三個原則:一是合理原則。一方面,刀具參數(shù)需要與地質(zhì)條件合理;另一方面,更換刀具計劃需要合理的約束。刀具基本參數(shù)是否適用于地質(zhì)條件,能夠決定盾構(gòu)機的掘進進程。在掘進較為堅硬的巖石層時,需要采用滾刀刀具;在掘進較為松軟的土質(zhì)層時,需要采用切刀刀具和齒刀刀具,以保障刀具對地質(zhì)層的適應(yīng)能力,強化施工的可靠性。同時根據(jù)地質(zhì)環(huán)境制定更換刀具的磨損數(shù)值和計劃。通常情況下,刀具更換的最大值分別為:雙刃中心滾刀-25mm;邊滾刀-20mm;正滾刀-25mm,但實際需要更換的數(shù)值都比理論值小5mm。二是批量原則。為了確保盾構(gòu)機設(shè)備的工作效率,控制更換刀具的次數(shù),需要按照計劃進行批量更換,力爭做到正滾刀批量生產(chǎn)、中心刀批量生產(chǎn)、邊滾刀批量生產(chǎn)。三是快速原則。更換刀具的場所需要盡可能的保持密閉,由于許多不可控因素的影響,需要快速進行刀具更換,這樣才能夠最大程度的保障操作人員的人身安全,維護機械設(shè)備的正常運行[2]。

        3.2 檢查刀盤刀具

        一是檢查刀盤。操作人員需要對刀盤的磨損程度進行記錄,確認主軸承的油脂狀態(tài)是否正常;還需要對刀盤的操作面板和軸承支柱的完好度進行檢查,一旦出現(xiàn)形變或開裂情況必須對其進行更換。二是檢查刀具。操作人員需要對刀具與刀盤的連接狀態(tài)進行檢查,確認其是否牢固;固定零件及刀具的螺絲是否出現(xiàn)丟失或損壞情況;刀具周圍的擋圈是否出現(xiàn)移位現(xiàn)象,確認刀圈的完好度。三是計算刀圈的磨損數(shù)值。刀圈在沒有任何損壞跡象的前提下,采用正確的方式測量刀圈的磨損程度是更換刀具的主要參考依據(jù),需要利用特別的模板對其進行測量。

        3.3 巧妙選擇刀具配置

        針對不同地層與盾構(gòu)機刀具的不同適應(yīng)性,可進一步優(yōu)化刀具配置,選擇符合地層構(gòu)成特點的最佳刀具。其中,針對軟弱土地層,刀具配置應(yīng)以切刀、刮刀為主,同時刀盤應(yīng)采用面板式結(jié)構(gòu),并在切刀及刮刀刃口處設(shè)置合金耐磨材料,從而起到增加刀具耐磨性、延長刀具使用周期的效果。此外,針對較為復雜的砂層,按照砂層特點合理選擇魚尾刀、仿形刀等特殊刀具,借助多種刀具的不同優(yōu)勢促使盾構(gòu)機作業(yè)有序完成[3]。

        3.4 重視刀具參數(shù)設(shè)計

        基于參數(shù)設(shè)計對于刀具磨損程度的影響,需就刀具及盾構(gòu)機參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。一方面,針對滾刀磨損問題,可適當增加滾刀轉(zhuǎn)動力矩,并在滾刀刀鼓上配以耐磨材料,進而有效防止礦物顆粒對刀體造成磨損;另一方面,針對切削刀磨損問題,可進一步改進刮刀制作材料,并采用更加符合渣土流動狀態(tài)的幾何形狀來進行刮刀制作。

        4 結(jié)語

        在盾構(gòu)機施工中,刀具選擇和維修對掘進的速度和效率有密切關(guān)系,在具體施工中,要根據(jù)地質(zhì)條件,選擇合理的掘進參數(shù),才能最大限度延長刀具使用的壽命,降低換刀的頻率。嚴格按照相應(yīng)的規(guī)范和標準,按照刀具要求,綜合刀具使用經(jīng)驗,及時反饋結(jié)果,為后期施工提供數(shù)據(jù)支持和理論指導。

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