土壓平衡盾構機刀具的維護與管理措施

田樂樂

摘 要：德國海瑞克公司生產的土壓平衡式盾構機是目前世界上先進的盾構機，廣泛應用于世界各國城市地鐵的施工建設。由于盾構機是目前最昂貴的施工設備，因此，對盾構機最主要部件—— 刀具進行維護與管理能夠大大提高其使用壽命。

關鍵詞：盾構機 刀具維護 刀具管理

中圖分類號：TG71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0066-02

本文主要介紹了盾構機的主要部件—— 刀具，刀具在盾構施工中帶來很大的作用，因此，本文著重講述盾構機的刀具性能以及作用，另外綜合闡述了盾構機刀具的維護與管理，從而延長刀具的使用壽命以降低施工成本，從而為盾構施工帶來經濟效益與社會效益。

1 盾構機刀具的特點和刀具布局

1.1 刀盤的特點

本文將目前所在項目部使用的德國海瑞克公司生產的S-425和S-426兩臺盾構機進行介紹分析。事實上根據地層不同則對刀盤性能的要求也就不同，一般刀盤分為軟巖刀盤、硬巖刀盤、復合刀盤。軟巖刀盤一般適用于土地層較軟的地層，而我國很多地區具有著軟土土質層的省份城市，例如：上海、天津、西安等地區，這種刀盤結構一般比較簡單，代表的有輻條式與軟土刀盤。而硬巖刀盤較適用于質地較硬的硬巖地層，在進行地下作業的時候常常運用到這種刀盤，只配有滾刀即可，例如：隧道、地鐵、引水等。復合型刀盤一般適應于很多種地層，包括：硬巖地層、軟硬不勻地層、軟巖地層等等，這種盾構機刀盤不但配有滾刀而且還配有刮刀，因此，這樣的刀盤被稱為復合型刀盤。

1.2 刀具分布及數量

在盾構機的中心區就是刀盤的中心，其特點就是空間較小、滾刀轉徑較小，正因為如此滾刀滑動加滾動承受軸向力較大。中心刀相較于滾刀的區別有如下幾點：第一，成組安裝位為兩個一組、三個一組、六個一組；第二，其密封形式為單密封環，且與軸承配對；第三，軸承角度與預緊力較大；第四，對刀圈韌性指標要求較高。正面區工作的刀具，其具有一定的轉彎半徑且有著足夠的布置空間，被稱之為正滾刀，且這種刀的使用壽命較長。另外，刀盤邊緣區域由于承擔著破巖量大、刀具復雜力、開挖直徑等工作，因此常常將刀量分布較多，且刀具之間的間距較小，在邊緣還設有7把滾刀，這樣不僅可以保護切刀與刮刀，而且保證在斷面巖層、硬巖地段都可以掘進。

1.3 刀具使用效果

1.3.1 適應硬巖

項目部使用的S-425和S-426兩臺盾構機為根據南京地質情況進行定制生產的土壓平衡復合式盾構機，刀盤上配置的刀具具備破巖的能力，因此可以適用于地質條件復雜的巖層開挖工程。

1.3.2 適應土層與高粘性地層

S-425和S-426兩臺盾構機在土層和高粘性地層都也能很好的作業，在這些土層作業的時候要求刀盤上的部分滾刀更換為齒刀、刮刀等刀具。因此，S-425和S-426兩臺盾構機也能有效地對土體進行開挖、切割，其出土性能狀態也很好。

1.3.3 適應軟硬不勻的復合地層

在軟硬不勻的復合地層作業，通過調整刀盤的推力與扭轉參數以及添加渣土改良劑改良土質，項目部使用的S-425和S-426兩臺盾構機能很好的在軟硬不勻的復合地層作業。

1.3.4 適應曲線段施工

眾所周知曲線段施工開挖最小半徑都比盾構機機身要寬，因此需要在盾構機的刀盤上配置一把超挖刀，這種刀可以通過盾構機調整姿態或者曲線轉彎時進行局部超挖，從而實現在曲線段的有效施工。在南京地鐵一號線南延線TA05標項目部施工 “南～岔盾構區間”時區間走勢為“S”形轉彎半徑小。項目部使用的S-425和S-426兩臺盾構機刀盤上的超挖刀就發揮了較高的作用。

2 刀具的類型

2.1 有關刀具的介紹

刀具可以分為刮削刀具與滾動刀具兩類，如圖1、2所示。滾動刀具具有破巖力，并且具有自轉能力而且也可以隨著刀盤的轉動而轉動，按刀刃的形狀可以分為：齒形滾刀、盤形滾刀等。刮削刀具也具有破巖力，但是它只能隨著刀盤的轉動而轉動，而沒有自身自轉，只能在滾刀切削后進行巖土破碎，且在硬巖掘進時容易刀刃崩裂、鑲齒脫落。

2.2 分析滾刀的結構組成

滾刀結構主要由以下構件組成：刀圈、刀體、軸承、金屬浮動、刀蓋等等，而最重要的是滾刀的內部結構，包括軸承、密封、潤滑油脂等組成。

2.3 滾刀刀圈的材料要求

由于刀圈的工作環境要求，其刀圈必須具備以下性能：第一，刀刃不得被高應力壓潰變形；第二，為減少刀圈磨損，則需要增加其硬度以提高耐磨性；第三，具備良好的沖擊韌性，以防止被斷裂；第四，具有耐高溫性能；第五，同時具備熱加工、冷加工工藝性能。

3 刀具的失效形式

3.1 刮刀的失效

刮刀失效有以下幾種狀況：正常磨損、刮刀刀刃崩裂、刮刀刀體斷裂、刮刀掉齒等。

3.2 滾刀的失效形式

滾刀失效形式最重要的是刀圈被磨損，另外滾刀的失效與軸承、密封、刀圈斷裂有著很大的關系，而刀圈斷裂與軸承損壞都會影響滾刀的正常使用，因此，要注意保護滾刀以延長其壽命。

4 盾構機刀具的維護

刀具維修包括刀具維修項目的判定、刀具清理、刀具拆解、刀具部件更換、刀具組裝等，這些都需要對其進行維護。

4.1 刀具維修項目的判定

通過觀察刀具的具體情況而判定需要維修的項目。

4.2 刀具部件的更換

為保證刀具的維修質量，需要嚴格進行對刀具每個部件的維修。

4.3 刀具的裝配

由于進行刀具對熱裝件裝配的時候要嚴格控制加熱溫度，同時對緊固件進行嚴格控制緊固力矩。另外一方面，選用刀圈既要滿足實際工程需要，又要滿足其性能需求，此外值得一提的是在焊擋圈的時候一定避開刀圈。endprint

5 盾構機刀具的管理

5.1 刀具管理的重要性

由于刀具對于盾構機而言有著極其重要的位置，因此，對刀具管理進行制度完善的管理計劃與方案能夠有效的保障工程進度，同時還可以對施工成本進行控制，另外，刀具管理的完善還能保證施工安全。

5.2 刀具管理流程

刀具管理流暢之間相互緊密聯系，是一套完整的管理體系，包括對地質分析、管理計劃的制定、換刀作業、維修刀具、掘進作業中的刀具管理等，如圖3所示。

5.3 在掘進過程中對刀具的管理

在盾構機掘進作業的時候進行刀具管理，而刀具管理是盾構機施工中的一項重要工作內容。

5.3.1 推動控制

第一，保證油缸推力在一定范圍內，不宜過大也不宜過小；第二，刀盤的轉速需要進行控制，轉速不宜過大；第三，盾構機掘進速度進行控制，不易過快，否則會造成刀具損壞。

5.3.2 碴土改良

進行碴土改良不僅可以保障盾構機的施工安全，而且能夠順利、快速完成施工項目，是盾構施工中不可或缺的重要技術。這種技術是通過在刀盤面、土艙等注入泡沫，然后攪拌使得添加劑與土碴混合，從而解決碴土黏度過大問題，以實現盾構機施工效果。另外一方面改良碴土工程的主要措施有在螺旋機輸送機中注入泡沫、在刀盤面、土艙內注入泡沫以減少泥餅的形成或者排碴量。

5.3.3 防泥餅措施

盾構機作業的時候，刀盤以及刀盤中心容易產生泥餅，為解決這個問題需要采取以下措施：第一，進行盾構施工地質、泥土加強預測；第二，為減少碴土粘附性在刀盤前部注入泡沫，從而降低泥餅的形成率；第三，及時處理形成的泥餅；第四，采用土艙頂部加氣的方法土壓平衡模式掘進來防止泥餅的形成；第五，通過改良碴土技術來防止泥餅形成。

5.3.4 刀具磨損的統計分析

對刀具磨損進行統計分析，從而為后期盾構施工帶來科學的指導意義。

5.3.5 刀具檢查和換刀作業

在盾構機進行施工作業的時候，要定期檢查刀具，將磨損厲害的刀具進行更換。另外換刀作業是高危險性的操作技術，因此需要嚴格按照換刀作業程序來執行，從而保證盾構機換刀作業順利的進行。

6 結語

本文對盾構機的刀具工作的特點以及布局進行簡單闡述，而著重論述了盾構機刀具的維護與管理，并提出幾點維護刀具的相關有效措施。另外將盾構機刀具類型以及刀具的失效形式進行簡單介紹，從而讓更多的人來了解盾構機刀具的性能以及特點，以上內容都是為了延長刀具的使用壽命，從而降低盾構機施工的成本，更重要的是為了給后期盾構施工作業提供指導作用。

參考文獻

[1] 蔣建敏，趙學彬，賀定勇，等.北京地區盾構機刀具失效分析及再制造研究[J].中國表面工程，2006（3）.

[2] 蔣建敏，賀定勇，趙學彬，等.盾構機刀具制造用耐磨耐沖擊堆焊藥芯焊絲的研究[J].焊接，2008（3）.

[3] 李德洋，吳欽剛，劉汝東，等.北京地鐵9號線3標盾構機刀具的破壞形式及刀具的改造[C]//2011中國盾構技術學術研討會論文集.2011.

[4] 張國京.土壓平衡盾構掘進施工技術管理[C]//北京市政第一屆地鐵與地下工程施工技術學術研討會論文集.2005.

[5] 郭陜云.論我國隧道和地下工程技術的研究和發展[C]//中國土木工程學會第十一屆、隧道及地下工程分會第十三屆年會論文集.2004.

[6] 鄭仔弟，周政，耿富林，等.土壓平衡盾構機輻條式刀盤刀具失效分析及應對措施[C]//2009中國城市地下空間開發高峰論壇論文集.2009.

[7] 吳欽剛，汪健，鄭林有，等.無水砂卵石地層土壓平衡盾構掘進參數管理[C]//2011中國盾構技術學術研討會論文集.2011.endprint

5 盾構機刀具的管理

5.1 刀具管理的重要性

由于刀具對于盾構機而言有著極其重要的位置，因此，對刀具管理進行制度完善的管理計劃與方案能夠有效的保障工程進度，同時還可以對施工成本進行控制，另外，刀具管理的完善還能保證施工安全。

5.2 刀具管理流程

刀具管理流暢之間相互緊密聯系，是一套完整的管理體系，包括對地質分析、管理計劃的制定、換刀作業、維修刀具、掘進作業中的刀具管理等，如圖3所示。

5.3 在掘進過程中對刀具的管理

在盾構機掘進作業的時候進行刀具管理，而刀具管理是盾構機施工中的一項重要工作內容。

5.3.1 推動控制

第一，保證油缸推力在一定范圍內，不宜過大也不宜過小；第二，刀盤的轉速需要進行控制，轉速不宜過大；第三，盾構機掘進速度進行控制，不易過快，否則會造成刀具損壞。

5.3.2 碴土改良

進行碴土改良不僅可以保障盾構機的施工安全，而且能夠順利、快速完成施工項目，是盾構施工中不可或缺的重要技術。這種技術是通過在刀盤面、土艙等注入泡沫，然后攪拌使得添加劑與土碴混合，從而解決碴土黏度過大問題，以實現盾構機施工效果。另外一方面改良碴土工程的主要措施有在螺旋機輸送機中注入泡沫、在刀盤面、土艙內注入泡沫以減少泥餅的形成或者排碴量。

5.3.3 防泥餅措施

盾構機作業的時候，刀盤以及刀盤中心容易產生泥餅，為解決這個問題需要采取以下措施：第一，進行盾構施工地質、泥土加強預測；第二，為減少碴土粘附性在刀盤前部注入泡沫，從而降低泥餅的形成率；第三，及時處理形成的泥餅；第四，采用土艙頂部加氣的方法土壓平衡模式掘進來防止泥餅的形成；第五，通過改良碴土技術來防止泥餅形成。

5.3.4 刀具磨損的統計分析

對刀具磨損進行統計分析，從而為后期盾構施工帶來科學的指導意義。

5.3.5 刀具檢查和換刀作業

在盾構機進行施工作業的時候，要定期檢查刀具，將磨損厲害的刀具進行更換。另外換刀作業是高危險性的操作技術，因此需要嚴格按照換刀作業程序來執行，從而保證盾構機換刀作業順利的進行。

6 結語

本文對盾構機的刀具工作的特點以及布局進行簡單闡述，而著重論述了盾構機刀具的維護與管理，并提出幾點維護刀具的相關有效措施。另外將盾構機刀具類型以及刀具的失效形式進行簡單介紹，從而讓更多的人來了解盾構機刀具的性能以及特點，以上內容都是為了延長刀具的使用壽命，從而降低盾構機施工的成本，更重要的是為了給后期盾構施工作業提供指導作用。

參考文獻

[1] 蔣建敏，趙學彬，賀定勇，等.北京地區盾構機刀具失效分析及再制造研究[J].中國表面工程，2006（3）.

[2] 蔣建敏，賀定勇，趙學彬，等.盾構機刀具制造用耐磨耐沖擊堆焊藥芯焊絲的研究[J].焊接，2008（3）.

[3] 李德洋，吳欽剛，劉汝東，等.北京地鐵9號線3標盾構機刀具的破壞形式及刀具的改造[C]//2011中國盾構技術學術研討會論文集.2011.

[4] 張國京.土壓平衡盾構掘進施工技術管理[C]//北京市政第一屆地鐵與地下工程施工技術學術研討會論文集.2005.

[5] 郭陜云.論我國隧道和地下工程技術的研究和發展[C]//中國土木工程學會第十一屆、隧道及地下工程分會第十三屆年會論文集.2004.

[6] 鄭仔弟，周政，耿富林，等.土壓平衡盾構機輻條式刀盤刀具失效分析及應對措施[C]//2009中國城市地下空間開發高峰論壇論文集.2009.

[7] 吳欽剛，汪健，鄭林有，等.無水砂卵石地層土壓平衡盾構掘進參數管理[C]//2011中國盾構技術學術研討會論文集.2011.endprint

5 盾構機刀具的管理

5.1 刀具管理的重要性

由于刀具對于盾構機而言有著極其重要的位置，因此，對刀具管理進行制度完善的管理計劃與方案能夠有效的保障工程進度，同時還可以對施工成本進行控制，另外，刀具管理的完善還能保證施工安全。

5.2 刀具管理流程

刀具管理流暢之間相互緊密聯系，是一套完整的管理體系，包括對地質分析、管理計劃的制定、換刀作業、維修刀具、掘進作業中的刀具管理等，如圖3所示。

5.3 在掘進過程中對刀具的管理

在盾構機掘進作業的時候進行刀具管理，而刀具管理是盾構機施工中的一項重要工作內容。

5.3.1 推動控制

第一，保證油缸推力在一定范圍內，不宜過大也不宜過小；第二，刀盤的轉速需要進行控制，轉速不宜過大；第三，盾構機掘進速度進行控制，不易過快，否則會造成刀具損壞。

5.3.2 碴土改良

進行碴土改良不僅可以保障盾構機的施工安全，而且能夠順利、快速完成施工項目，是盾構施工中不可或缺的重要技術。這種技術是通過在刀盤面、土艙等注入泡沫，然后攪拌使得添加劑與土碴混合，從而解決碴土黏度過大問題，以實現盾構機施工效果。另外一方面改良碴土工程的主要措施有在螺旋機輸送機中注入泡沫、在刀盤面、土艙內注入泡沫以減少泥餅的形成或者排碴量。

5.3.3 防泥餅措施

盾構機作業的時候，刀盤以及刀盤中心容易產生泥餅，為解決這個問題需要采取以下措施：第一，進行盾構施工地質、泥土加強預測；第二，為減少碴土粘附性在刀盤前部注入泡沫，從而降低泥餅的形成率；第三，及時處理形成的泥餅；第四，采用土艙頂部加氣的方法土壓平衡模式掘進來防止泥餅的形成；第五，通過改良碴土技術來防止泥餅形成。

5.3.4 刀具磨損的統計分析

對刀具磨損進行統計分析，從而為后期盾構施工帶來科學的指導意義。

5.3.5 刀具檢查和換刀作業

在盾構機進行施工作業的時候，要定期檢查刀具，將磨損厲害的刀具進行更換。另外換刀作業是高危險性的操作技術，因此需要嚴格按照換刀作業程序來執行，從而保證盾構機換刀作業順利的進行。

6 結語

本文對盾構機的刀具工作的特點以及布局進行簡單闡述，而著重論述了盾構機刀具的維護與管理，并提出幾點維護刀具的相關有效措施。另外將盾構機刀具類型以及刀具的失效形式進行簡單介紹，從而讓更多的人來了解盾構機刀具的性能以及特點，以上內容都是為了延長刀具的使用壽命，從而降低盾構機施工的成本，更重要的是為了給后期盾構施工作業提供指導作用。

參考文獻

[1] 蔣建敏，趙學彬，賀定勇，等.北京地區盾構機刀具失效分析及再制造研究[J].中國表面工程，2006（3）.

[2] 蔣建敏，賀定勇，趙學彬，等.盾構機刀具制造用耐磨耐沖擊堆焊藥芯焊絲的研究[J].焊接，2008（3）.

[3] 李德洋，吳欽剛，劉汝東，等.北京地鐵9號線3標盾構機刀具的破壞形式及刀具的改造[C]//2011中國盾構技術學術研討會論文集.2011.

[4] 張國京.土壓平衡盾構掘進施工技術管理[C]//北京市政第一屆地鐵與地下工程施工技術學術研討會論文集.2005.

[5] 郭陜云.論我國隧道和地下工程技術的研究和發展[C]//中國土木工程學會第十一屆、隧道及地下工程分會第十三屆年會論文集.2004.

[6] 鄭仔弟，周政，耿富林，等.土壓平衡盾構機輻條式刀盤刀具失效分析及應對措施[C]//2009中國城市地下空間開發高峰論壇論文集.2009.

[7] 吳欽剛，汪健，鄭林有，等.無水砂卵石地層土壓平衡盾構掘進參數管理[C]//2011中國盾構技術學術研討會論文集.2011.endprint