許君

摘 要：本文研究了南京地鐵機(jī)場線幾鐘典型的刀具更換方法，原有的換刀方法費時費力，通過現(xiàn)場刀具磨損規(guī)律和裝配方法，提出了自動和半自動更換刀具的創(chuàng)意，節(jié)約換刀時間和成本，增加換刀安全系數(shù)。

關(guān)鍵詞：復(fù)合盾構(gòu);自動換刀;創(chuàng)新

中圖分類號：TG51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0050-02

1 研究背景

南京地鐵機(jī)場線盾構(gòu)區(qū)間單線全長約13km，分為9個盾構(gòu)區(qū)間，穿越地層復(fù)雜。按照巖層強度高低排列，分為微風(fēng)化安山巖、中風(fēng)化安山巖、破碎狀中風(fēng)化安山巖、中風(fēng)化粉細(xì)砂巖等。其中安山巖抗壓強度較高，最高達(dá)80mpa～110mpa。中風(fēng)化粉細(xì)砂巖雖然抗壓強度相對較小，但富含石英的特性加快了刀具的磨損速度。統(tǒng)計下來平均推進(jìn)80米左右就需更換刀具，推進(jìn)方法不當(dāng)也會大大增加換刀頻率。

現(xiàn)有換刀方法首先靠人工測量刀具的磨損量，確認(rèn)超標(biāo)后再進(jìn)行更換。單把單刃滾刀重約160kg，雙刃滾刀重約200kg，在寬約70cm的土倉空間內(nèi)，選取合適的吊點，依靠人工和葫蘆配合，拆除原有磨損刀具再更換新刀，正常情況下，平均更換一把滾刀（從拆除到安裝）需要3～4個小時。若刀座變形或者刀具加工精度誤差過大，時間會花費更多。除了滾刀的磨損，貝殼刀和刮刀也會出現(xiàn)磨損或者脫落的情況，由于刮刀的受力特性，一般都會存在刀座變形嚴(yán)重，更換困難等現(xiàn)象。在掌子面不夠穩(wěn)定或無法常壓換刀的狀況下，爭取能快速換刀顯得尤為重要[1]。

綜上所述，刀具磨損發(fā)現(xiàn)不及時、土倉內(nèi)狹小的空間、惡劣的操作環(huán)境、掌子面不穩(wěn)定等因素，給換刀帶來了繁重的體力勞動和較大安全風(fēng)險。為了更快、更省力地更換刀具，本文設(shè)想將自動檢測刀具磨損和自動更換刀具的方法結(jié)合在一起，降低勞動強度，提高換刀效率。

2 刀具更換現(xiàn)狀

分析現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)刀盤換刀方法，將四種典型的換刀方法優(yōu)缺點及對刀箱的影響說明如下。

2.1 奧村盾構(gòu)——卡槽式

卡槽式換刀圖1所示：換刀第一步：滾刀沿著箭頭向下平移，直到與刀軸卡相平行的位置;換刀第二步：滾刀沿著箭頭向右平移，抵達(dá)刀軸卡為止;換刀第三步：滾刀刀位后裝上楔塊做以固定。

操作特點：將滾刀卡入刀箱的卡槽，操作較復(fù)雜。楔塊由于直面受力，不容易變形，更容易拆除，節(jié)省拆刀時間。對刀箱影響：刀座與刀座卡槽為可拆卸式，更好地保護(hù)刀箱，刀箱使用壽命提高。

2.2 海瑞克盾構(gòu)——斜槽式

斜卡式換刀圖2所示：換刀第一步：滾刀沿著箭頭向下移，直到與刀軸卡相平的位置;換刀第二步：滾刀刀軸移動到位后，楔塊斜插入固定刀軸。

特點：換刀操作過程簡單，但拆刀的時候由于楔塊斜面受力，容易變形，不容易拆除，增加換刀時間。對刀箱影響：刀座與刀座卡為整體式，刀座卡變形后不易修復(fù)，刀箱使用壽命減低。

2.3 三菱盾構(gòu)——直卡式

直卡式換刀圖3所示：換刀第一步：滾刀沿著箭頭向下移，直到與刀軸卡相平的位置;換刀第二步：滾刀移動到位后，斜向插入固定。

特點：操作性簡單，但楔塊由于斜面受力，容易變形，不容易拆除，增加拆刀時間。對刀箱影響：其刀座與刀座卡為整體式，刀座卡變形后不易修復(fù)，刀箱使用壽命減低。

2.4 小松盾構(gòu)——卡旋式

卡旋式換刀圖4所示：換刀第一步：滾刀垂直裝入刀箱;換刀第二步：滾刀垂直裝入刀箱后，旋轉(zhuǎn)90度后裝入楔塊固定。

特點：操作復(fù)雜，在拆裝刀的時候需要旋轉(zhuǎn)90度，增加換刀時間和難度。對刀箱影響：其刀座與刀座卡為整體式，刀座卡變形后不易修復(fù)，刀箱使用壽命減低。

上述四種換刀模式，各具特點，其中三菱的刀具更換操作簡單，但楔塊及刀座易變形，易影響拆刀速度。小松刀具更換較復(fù)雜，但旋轉(zhuǎn)式方法給了一些自動換刀及更改切削面的啟示。

3 自動換刀的初步想法

針對南京機(jī)場線的換刀狀況，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外的發(fā)展，提出一些自動換刀的初步設(shè)想[2]：

（1）統(tǒng)一刀座大小和支承形式，方便將滾刀、撕裂刀及其它切削刀進(jìn)行互換;例如，當(dāng)盾構(gòu)從穿越全斷面巖層過渡到上軟下硬地層后，中心的滾刀對付粘土作用不大，有不能進(jìn)行常壓開倉，可以考慮使用撕裂刀來自動替換滾刀。（2）刀具磨損自動檢查裝置能更好地配合自動換刀，尤其在掌子面不穩(wěn)定的狀況下能發(fā)揮快速換刀的優(yōu)勢;比較常見的滾刀磨損感應(yīng)裝置則是采用液壓油缸從刀盤伸出至滾刀刃尖，通過比較伸出行程與磨損前行程的差值判斷滾刀的磨損量。此外還有一些采用液壓短路、光纖維短路或超聲波等方式來判斷滾刀磨損的感應(yīng)裝置。（3）在土壓平衡模式下，需要考慮土倉及滾刀大小。而在TBM中，由于沒有滿倉掘進(jìn)工況，可以考慮在倉內(nèi)增加后備滾刀。（4）相對來說，刮刀的自動更換比滾刀更容易實現(xiàn);刮刀尺寸比滾刀要小得多，在土倉內(nèi)安裝備用刮刀不是難以實現(xiàn)，可以考慮部分易磨損的刮刀采取備用刮刀及時跟進(jìn)的形式。（5）對于拆刀和裝刀，可以利用千斤頂伸縮功能實現(xiàn)刀具進(jìn)退。液壓卡鉗代替楔塊實現(xiàn)對滾刀的卡緊和松開。還可以利用卡緊裝置，監(jiān)測滾刀的磨損量。土倉內(nèi)設(shè)置可伸縮換刀千斤頂，保證刀具安裝一次到位，該千斤頂特點：自重輕，所有刀具位置都可以使用，同時有電動葫蘆作為輔助，采用電動或者液壓閘，取代現(xiàn)有的壓塊與螺栓連接方式，待刀具安裝到位后，啟動電動卡緊完成刀具最終的固定。

4 結(jié)語

總之，以上僅僅是提出的一些初步想法，在實踐中需要解決很多的技術(shù)問題，尤其是卡緊裝置具體的尺寸和如何保證卡緊效果。在接下來的過程中，將進(jìn)一步結(jié)合實際換刀情況，對自動換刀裝置進(jìn)行落實和完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 史海歐，鞠世健，竺維彬.廣州地鐵三號線盾構(gòu)隧道工程施工技術(shù)研究[M].暨南大學(xué)出版社，2007.

[2] 竺維彬，王暉，鞠世健.復(fù)合地層中盾構(gòu)滾刀磨損原因分析及對策[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2006（4）：72-76.