盾構機掘進中刀具損壞及維修措施探討
2018-5-9 來源： 中國水利水電第四工程局有限公司 作者：田得梅
摘要：隨著我國經濟水平及科學技術的不斷發展，我國建筑企業迅速興起。縱觀這幾年國家對建筑行業的重視程度，一些規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量的提高標志著我國建筑行業的興起。以盾構為主的隧道施工工藝是我國建筑行業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。
關鍵詞：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，其作業過程機械化程度較高、施工速度快等優點被越來越多的施工企業采用。盾構施工技術已逐漸發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問題。盾構機在掘進的過程中由于地下地質情況的復雜性會遇到一些在前期勘察過程中未發現的復雜地形導致盾構機掘進出現障礙。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，易發生沉降及地下水涌入現象。因此在盾構掘進過程中應注意土壓及泥水壓的控制，確保切削面穩定，使得盾構掘進過程中不出現異常事故，保障工作人員安全。
1.2 刀具的選擇
盾構機的刀具是依據盾構施工地點的地形、地質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。刀具選擇前應對刀具生產企業進行詳細調查與比對，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以前施工土地質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值和工具是否破壞，若未達到上述磨壞數值可不進行處理。
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；查看刀盤面板和輻條支柱有沒有出現縫隙或者是已經改變了原來的形狀。
（2）對于刀具的檢驗應查看刀盤上全部刀具的堅實性和穩定性；查看起固定作用的螺栓是否出現松動，是否已經脫落或者已經破損等情況；查看擋圈是否折斷或已經存在脫落的情況發生。
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
當盾構刀具已經出現故障需要更換，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，保證進倉作業人員的安全及減少企業損失。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生的誤差。
3.4 刀具更換程序
3.4.1 總體規劃
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，加強對施工現場地質及地層巖石情況的詳細了解，并密切注意地質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，素質較好的換刀工人是保證換刀質量和速度的前提。培訓的內容主要包括對換刀工具的操作及維修內容；各種類型刀具更換的安全操作規程及注意事項說明；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，并且要經過企業的總工的同意，以及總經理的簽字，完成業主、監理工程師方面的審批，這樣才能順利地實施開倉，實現責任落實到人，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問題，在操作時候需要明白下面內容，確保施工作業過程安全：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，盾構掘進時對設備產生破壞；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、剛性等其他功能優良，金相組織包含鎳，鉆，鐵，釩，鑰等元素。刀圈內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整
在施工中盾構機刀具軸承的使用是根據不同的施工條件而采取不同的受力方向，在大多數情況下是采用徑向受力的圓錐滾子軸承，并且發生狀況也基本以軸承內部的銹蝕為多，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的不準確，解決此問題采用調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整一般采用調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定的數值之內。
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定要求之內，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，根據其能不等在規定期限內，維持穩定的氣壓，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，并配備專業的技術人員。對于盾構機的工作必須熟練掌握其專業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護維修關乎整個工程的效益，必須加以重視.
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