盾构机掘进中刀具损坏及维修措施探讨
2018-5-9 来源： 中国水利水电第四工程局有限公司 作者：田得梅
摘要：随着我国经济水平及科学技术的不断发展，我国建筑企业迅速兴起。纵观这几年国家对建筑行业的重视程度，一些规模较大的工程正在不断地修建与竣工投入使用。各个工程施工速度的明显加快及施工质量的提高标志着我国建筑行业的兴起。以盾构为主的隧道施工工艺是我国建筑行业施工技术取得明显突破的标志。盾构机在掘进过程中碰到较硬的岩层时很容易使刀具受到损坏，对盾构掘进带来很大的影响。本文就盾构机刀具的损坏情况进行详细分析，并针对刀具的损坏情况提出了相应的维修措施。
关键词：盾构机；掘进；刀具；损坏；维修
隧道施工是我国铁路及地铁修建中常遇到的主要工程内容。隧道施工由于其位于地下，施工难度较大且危险性高，常对施工人员作业安全带来威胁。盾构法施工是一种常见的隧道施工技术，其作业过程机械化程度较高、施工速度快等优点被越来越多的施工企业采用。盾构施工技术已逐渐发展成为目前应用较广泛的施工技术，但盾构施工中也会由于某些因素导致施工出现问题。盾构机在掘进的过程中由于地下地质情况的复杂性会遇到一些在前期勘察过程中未发现的复杂地形导致盾构机掘进出现障碍。盾构机在掘进时所遇到的复杂地形及坚硬岩石等会对盾构机刀片产生损害。因此盾构机在掘进时所遇到的地形及岩石性能决定了盾构机所在刀盘的摆设以及刀具的挑选，刀盘的设置与刀具的选取要凭借具体地形及岩石情况来选择。
1.盾构刀具
1.1 刀具的破岩方式介绍
盾构机在工作的过程中其掘进时破除岩石及土基的方式主要有滚压破岩式和切削破岩式。滚压破岩式其原理是利用滚刀在岩石上旋转产生冲击压与剪切压来碾碎或压碎岩石的一种破岩方式。切削破岩可根据切削刀具的运动轨迹切削岩石。上述过程中由于在破岩过程中容易引起地层扰动，易发生沉降及地下水涌入现象。因此在盾构掘进过程中应注意土压及泥水压的控制，确保切削面稳定，使得盾构掘进过程中不出现异常事故，保障工作人员安全。
1.2 刀具的选择
盾构机的刀具是依据盾构施工地点的地形、地质条件及地层岩石硬度来选用合适的刀具及破岩方式进行挖掘作业。刀具选择前应对刀具生产企业进行详细调查与比对，同时做好刀具的检验工作。
2.盾构掘进速度和刀具消耗对盾构施工的影响
盾构机在掘进过程中常由于刀片损害或地形异常等因素而对刀具进行更换，以适应新环境下的正常掘进要求。盾构机在更换刀具时要特别注意以下两个地方，第一点为前面的岩层情况是否可以适合盾构机工作的条件；一般情况下，在盾构机挖掘时需根据以前施工土地质量的探查的资料开始对土地表层第一次探析。第二点是工具的磨坏度是否达到了估计磨坏数值和工具是否破坏，若未达到上述磨坏数值可不进行处理。
3.刀具到盘的检查及更换
3.1 刀盘刀具的检查
（1）刀盘检查。在对刀盘进行检查时应做以下工作。检查刀盘的具体磨损程度；检查主轴承及密封油脂的情形是否处于正常状态；查看刀盘面板和辐条支柱有没有出现缝隙或者是已经改变了原来的形状。
（2）对于刀具的检验应查看刀盘上全部刀具的坚实性和稳定性；查看起固定作用的螺栓是否出现松动，是否已经脱落或者已经破损等情况；查看挡圈是否折断或已经存在脱落的情况发生。
3.2 刀具更换的原则
在盾构掘进过程中适时地更替刀具，不但能够避免刀具的非正常损耗，还可以降低因刀具的频繁更换带来的时间浪费，同时还有效地增强了盾构工作运行效率。刀具的替换应该遵循的原则有“合理、批量、迅速”。
3.3 刀具更换时刀盘转角位置的确定
当盾构刀具已经出现故障需要更换，在盾构机刀具更换前首先应确定刀盘转角所处位置，严禁刀盘开口对准土压仓口，保证进仓作业人员的安全及减少企业损失。在对刀盘的定位时要确定刀盘在任一时刻相对同一参照物的旋转角度，若对于海瑞克盾构机等在对刀盘进行定位时可利用仿形刀的旋转角度测量传感器对刀盘进行准确定位以消除人为定位产生的误差。
3.4 刀具更换程序
3.4.1 总体规划
在盾构施工过程中，刀具工程师应在正常工作中多与施工项目技术工程师或勘察设计人员进行详细地沟通，加强对施工现场地质及地层岩石情况的详细了解，并密切注意地质资料中反映的可能在施工工程中存在的重点和难点。项目技术负责人在制定刀具及刀具配件计划时，应充分估计特殊区段可能对刀具破坏的严重程度；制定换刀计划时应及时有效地与土木工程师、项目技术负责人及盾构掘进司机仔细沟通与协商，确定最佳的开仓地点以完成刀具更换工作。
3.4.2 设备物资供应
盾构刀具更换过程中前进行完整的设施与资料预先准备是实现快速更换刀具目标的核心保障。在确认普通设施（机具）、资料都具备的状况下才可进行换刀工作。
3.4.3 人员培训
换刀工人的技能提升可以对换刀工作的顺利完成提供支持。可以说培训一批技术过硬，素质较好的换刀工人是保证换刀质量和速度的前提。培训的内容主要包括对换刀工具的操作及维修内容；各种类型刀具更换的安全操作规程及注意事项说明；同时应教会换刀工人关于刀盘刀具的布置并具有对刀具使用状态做出合理判断的能力；除此之外换刀工人应能判断一把待安装刀具是否满足安装条件，具备对紧急情况的应付能力。
3.4.4 成立紧急救援小组
换刀工种存在非常大的安全隐患，在操作之前必须准备好应对一切突发事件的准备，最大限度地保证人员安全。
3.4.5 开仓审批
所谓开仓技术，应该保证能够和工程部、设物部进行详细地论证，并且要经过企业的总工的同意，以及总经理的签字，完成业主、监理工程师方面的审批，这样才能顺利地实施开仓，实现责任落实到人，满足开仓程序要求。
3.4.6 刀具更换
（1）刀盘清理。对于需要清洁的关键的刀盘是要随时保持密切重视的，在清洗的这一过程中一定要在低温和有氧的情况下进行，尤其是刀位部分。
（2）刀具拆除。刀盘冲洗干净后，利用大扭矩的风动扳手将需更换刀具的螺栓拆下，并将刀具运送出碴仓。就螺栓螺帽来讲，可以使用割枪去掉。为防止底座和刀具的螺栓孔出现问题，在操作时候需要明白下面内容，确保施工作业过程安全：割枪的氧气和乙炔的流量开的小些，防止火焰损毁刀座与刀具的螺栓孔。
（3）刀具的组装。在道具组装时候最重要的就是要保证清洁。尤其是刀具各个部位应清洁干净，然后保证上面没有水珠，要保证刀具各部分的干燥不能潮湿以防锈蚀。对采用割除等方法而遭到损伤的接触面要进行修复、打磨。
3.5 安装注意事项
更换刀具的时候应该提前检查刀具是否仍完好无损；在更换过程中必须按照拆装的工序进行，保证洁净，刀具的位置居中；刀具更换完毕后认真检查更换时所用的工具，防止遗忘在土舱内，盾构掘进时对设备产生破坏；做好详细的刀具更换记录。
4. 刀具维修的关键技术
4.1 刀圈的正确安装
车圈通常来用罕见的钢种，硬度、材料变形时吸收变形力的能力、材料的耐磨损性能、刚性等其他功能优良，金相组织包含镍，钻，铁，钒，钥等元素。刀圈内径与刀体的配合应合适。刀圈的安装一般为热装，即采用工业烤箱进行刀圈的加热，一般加热到2000℃左右，加热2h，然后套装于刀体正确位置。
4.2 轴承的检查及预紧度的调整
在施工中盾构机刀具轴承的使用是根据不同的施工条件而采取不同的受力方向，在大多数情况下是采用径向受力的圆锥滚子轴承，并且发生状况也基本以轴承内部的锈蚀为多，也不乏刀具的密封性能出问题引起的一系列问题致轴承烧蚀，对于轴承破裂的问题，一般由于其俱进参数的不准确，解决此问题采用调整刀具轴承的松紧度，使其符合使用要求。刀具轴承预紧度的调整一般采用调整两轴承之间隔圈厚度的方法，从而保证刀具的启动力矩和回转力矩在规定的数值之内。
4.3 密封的安装及气密性的检查
刀具密封安装时注意两密封表面的配合光洁度和平面度在规定要求之内，安装前应进行动密封的清洁和研磨。在对刀具进行相关的维修之后应当对其气密性进行相应地检查，也就是说，往刀体重注入压缩的气体，并且，根据其能不等在规定期限内，维持稳定的气压，进而判断它是否合格。
结语
提高盾构机施工的效率并加强施工的安全性，首先要建立良好的制度并加以完善，并配备专业的技术人员。对于盾构机的工作必须熟练掌握其专业的操作技能以及高效的维护技能；盾构机的挖掘刀具及刀盘的养护维修关乎整个工程的效益，必须加以重视.
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