陳科鋒
(浙江交工集團(tuán)股份有限公司地下工程分公司,浙江 杭州 310000)
盾構(gòu)機(jī)作為一種大型工程機(jī)械,在城市地鐵、鐵路隧道、公路隧道、市政管網(wǎng)、引水隧道等大型工程建設(shè)領(lǐng)域扮演著重要角色。一般盾構(gòu)機(jī)與所選的地質(zhì)是相對應(yīng)的,而作為盾構(gòu)機(jī)牙齒的刀具也和地質(zhì)情況緊密聯(lián)系。因此,為了保證盾構(gòu)機(jī)的牙齒可以正常且高效地工作,支撐它的刀箱就顯得分外重要,以往定位刀盤上的刀箱需要將體積大且笨重的滾刀與對應(yīng)的刀箱配合后整體焊接至刀盤上,這樣操作能十分準(zhǔn)確地保證刀箱位置度,但是卻也存在這樣的缺點(diǎn):刀具體積大,質(zhì)量重;容易受到刀具廠家供貨限制,影響生產(chǎn)計(jì)劃;操作復(fù)雜,花費(fèi)在組裝配合上的時(shí)間比例大。針對這一情況,提供了一種盾構(gòu)機(jī)滾刀刀箱輔助定位裝置,該裝置可以有效克服以往刀箱的這些缺點(diǎn),又能保證重要配合尺寸,實(shí)現(xiàn)刀箱的準(zhǔn)確定位。
盾構(gòu)機(jī)完整的滾刀由刀軸、密封裝置、刀圈、刀體、刀轂、端蓋、軸承等部件組成。滾刀有單聯(lián)、雙聯(lián)和多聯(lián)之分,圖1為盾構(gòu)機(jī)雙聯(lián)滾刀結(jié)構(gòu)示意圖。完整的滾刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜,質(zhì)量大,若利用此滾刀來定位刀箱不易操作,稍有不慎便會(huì)傷及自身。
圖1 盾構(gòu)機(jī)雙聯(lián)滾刀結(jié)構(gòu)示意圖
滾刀和刀箱的結(jié)構(gòu)如圖2所示,刀具與刀箱配合時(shí)主要是依靠螺桿使刀軸兩端的平面、斜面和楔形塊緊密配合,而對于滾刀其他的外形尺寸,只有螺紋孔的位置和刀圈的直徑有關(guān),所以可以設(shè)計(jì)一種工裝,只需要能夠保證配合面精度、位置度、平行度、對稱度,還要盡量減輕整體質(zhì)量。觀察圖2中裝配圖可發(fā)現(xiàn),刀軸兩端與端蓋配合,端蓋上有與刀箱和楔形塊配合的面,利用連接螺栓通過楔形塊將滾刀安裝到刀箱上[1-3]。
圖2 滾刀和刀箱的結(jié)構(gòu)示意圖
針對上述缺陷,設(shè)計(jì)思路是:縮小滾刀體積,減輕刀具重量;保留或者體現(xiàn)刀具重要配合面和尺寸;設(shè)計(jì)吊裝螺栓,提高工作效率。
針對盾構(gòu)機(jī)傳統(tǒng)滾刀刀箱在應(yīng)用中存在的缺點(diǎn),提供了一種重量輕、便于運(yùn)輸與刀箱安裝定位的盾構(gòu)機(jī)滾刀刀箱輔助定位裝置,該裝置的結(jié)構(gòu)如下頁圖3所示。該裝置主要包括左刀座、右刀座、連接軸、楔形面、底面、螺紋孔、連接螺孔、螺栓組件等部件。
從圖3可知,固定連接于左刀座和右刀座之間設(shè)置有連接軸,連接軸軸面上有若干個(gè)呈弧形或圓形的刀片,左刀座和右刀座具有與刀箱配合的楔形面和放置底面,楔形面和放置底面上設(shè)有貫穿左刀座和右刀座的螺紋孔,刀片的外徑與滾刀的外徑一致。
圖3 新型盾構(gòu)機(jī)滾刀刀箱輔助定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖
上述刀片呈弧形,其處于連接軸的最高處;連接軸呈管狀,連接軸由圓鋼或無縫鋼管支撐,能大幅降低自重,便于安裝定位。連接軸穿設(shè)于左刀座和右刀座內(nèi),左刀座和右刀座的上端面上分別開設(shè)有連接螺孔,連接軸通過分別連接于連接螺孔內(nèi)的螺栓組件與左刀座和所述右刀座相固定連接。刀片有兩個(gè),其對應(yīng)雙聯(lián)滾刀的安裝刀箱。
設(shè)計(jì)的新型滾刀刀箱輔助定位裝置具有以下技術(shù)特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單,便于運(yùn)輸,操作簡便,生產(chǎn)效率有明顯提高,同時(shí)也能保證刀箱的位置精度,為滾刀提供安全的支撐作用。
首先將對應(yīng)的滾刀主要的幾何尺寸、配合尺寸測繪出來,利用各種型材制成各必要部件,如:刀座(對應(yīng)滾刀中的刀座)、刀片(對應(yīng)滾刀中的刀圈)、連接軸(對應(yīng)滾刀的刀軸)等拼接組裝成定位裝置(對需要有配合要求的位置進(jìn)行機(jī)加工),代替滾刀來組裝刀箱,定位刀箱,從而保證后期滾刀在掘進(jìn)過程中不會(huì)出現(xiàn)刀圈偏磨、刀圈崩裂、刀圈卷刃以及其他異常損壞。
濟(jì)南軌道交通R2線7標(biāo)段區(qū)間采用盾構(gòu)法施工,使用中鐵裝備土壓平衡盾構(gòu)機(jī),該機(jī)配套輻條面板式刀盤,裝有單刃滾刀、齒刀等刀具,中心為18寸四聯(lián)雙刃滾刀。該項(xiàng)自右線盾構(gòu)推進(jìn)至622環(huán)時(shí),發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)速度異常緩慢,結(jié)合地勘資料以及現(xiàn)場出渣情況斷定當(dāng)時(shí)所處地質(zhì)為中風(fēng)化灰?guī)r(取樣實(shí)驗(yàn)該處巖石單軸抗壓強(qiáng)度105 MPa)。初步判斷盾構(gòu)機(jī)刀具有損壞,經(jīng)停機(jī)進(jìn)一步開倉檢查發(fā)現(xiàn)四聯(lián)中心刀掉落、刀箱結(jié)構(gòu)磨損、擠壓嚴(yán)重變形(如圖4所示),需要更換滾刀及中心刀箱。
圖4 雙聯(lián)滾刀結(jié)構(gòu)刀箱嚴(yán)重變形示意圖
1)進(jìn)一步檢查工作環(huán)境。經(jīng)過開倉實(shí)際勘察確定盾構(gòu)機(jī)前方掌子面為全斷面中風(fēng)化灰?guī)r,巖層穩(wěn)定,此處隧道覆土深度17.5 m,確定采用常壓作業(yè)可行。進(jìn)一步探明目前圍巖滲水量約300 m3/h,土艙內(nèi)需要降水作業(yè)。
2)確定方案及工藝流程。明排降水→人工破除刀箱前工作洞口→搭建焊接工作平臺→測量安裝刀箱位置定位尺寸→割除原損壞刀箱→倒出損壞中心刀箱一測量安裝刀箱位置尺寸→倒入中心刀箱→刀箱整體定位(采用盾構(gòu)機(jī)滾刀刀箱輔助定位裝置→焊接刀箱→刀箱限位板定位焊接→安裝新刀具→恢復(fù)掘進(jìn)。
本次更換刀箱工期為10 d,在恢復(fù)掘進(jìn)一環(huán)后開倉對刀具螺栓復(fù)緊,利用此機(jī)會(huì)對刀箱焊接質(zhì)量進(jìn)行檢查。在后續(xù)掘進(jìn)過程中注意及時(shí)對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,及時(shí)開倉檢查,更換磨損刀具,整個(gè)區(qū)間共1 100環(huán),盾構(gòu)機(jī)出洞后對更換刀箱進(jìn)行了檢查,狀況良好。盾構(gòu)機(jī)滾刀刀箱輔助定位裝置的應(yīng)用,有效保障了盾構(gòu)機(jī)滾刀刀箱的更換質(zhì)量和速度,該裝置結(jié)構(gòu)簡單,便于運(yùn)輸,操作簡便,生產(chǎn)效率有明顯提高,同時(shí)也能保證刀箱的位置精度,為滾刀提供安全的支撐作用[4-6]。
針對盾構(gòu)機(jī)刀箱更換中存在的問題,提供了一種盾構(gòu)機(jī)滾刀刀箱輔助定位裝置,該裝置主要包括有左刀座、右刀座、連接軸、楔形面和放置底面螺紋孔等部件,裝置結(jié)構(gòu)簡單,便于運(yùn)輸和操作。在濟(jì)南軌道交通R2線7標(biāo)段土壓平衡盾構(gòu)機(jī)刀箱更換中對該裝置進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用,效果理想,有效保證了刀箱的位置精度,為滾刀提供安全的支撐作用。