土壓平衡盾構(gòu)機(jī)刀盤的修復(fù)

李 桐

（中鐵科工集團(tuán)軌道交通裝備有限公司 武漢）

一、引言

近年來，我國盾構(gòu)裝備制造及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，城鎮(zhèn)化步伐加快。盾構(gòu)機(jī)市場前景廣闊。但由于國內(nèi)尚不成熟的自主設(shè)計(jì)技術(shù)以及全球大力提倡的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，因此盾構(gòu)機(jī)的循環(huán)利用和修復(fù)改造勢在必行。在隧道掘進(jìn)過程中，刀盤刀具直接與土體相互作用，是最容易受到損害的部件之一。對磨損的盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)改造，既提高了施工效率、縮短了建設(shè)工期、消除了安全隱患，又在節(jié)約成本、節(jié)約能源、節(jié)約材料、保護(hù)環(huán)境等方面開辟了很大空間，因此成為實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要技術(shù)途徑。

依托武漢地鐵過江隧道項(xiàng)目中S509土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的修復(fù)實(shí)例，對其復(fù)合刀盤磨損情況進(jìn)行檢測評估，并從刀盤結(jié)構(gòu)修復(fù)和刀具改造兩方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

二、刀盤結(jié)構(gòu)的修復(fù)

刀盤的結(jié)構(gòu)由肋板、面板、側(cè)板和補(bǔ)強(qiáng)板組成，各種面板通過焊接構(gòu)成刀盤的整體結(jié)構(gòu)，S509盾構(gòu)機(jī)的刀盤結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不同程度的磨損（圖1），因此需要對其進(jìn)行分區(qū)修復(fù)。

1.刀盤肋板、面板、側(cè)板和補(bǔ)強(qiáng)板的修復(fù)

圖1 刀盤磨損狀況圖

在對刀盤肋板、面板、側(cè)板和補(bǔ)強(qiáng)板進(jìn)行修復(fù)時(shí)，首先需對磨損的殘板進(jìn)行切割去除、打磨光滑，達(dá)到焊接的要求（圖2），然后對殘缺的刀盤筋板、面板、側(cè)板、補(bǔ)強(qiáng)板等進(jìn)行測量，下料加工出需要的殘缺板料，并在其焊接連接處開坡口，焊接完成后，進(jìn)行堆焊處理，增加其耐磨性能。以補(bǔ)強(qiáng)板為例，其修復(fù)流程如下。

圖2 補(bǔ)強(qiáng)板殘根切除

（1）采用氧焊及氣刨工具，對補(bǔ)強(qiáng)板殘根進(jìn)行清理，將清理后的刀盤連接面和預(yù)焊接面用磨光機(jī)打磨平整，達(dá)到焊接要求條件；

（2）根據(jù)圖紙要求（或現(xiàn)場測量尺寸）機(jī)械加工出所要求的的補(bǔ)強(qiáng)板；

（3）對焊條進(jìn)行保溫處理，對施焊范圍內(nèi)的基體和耐磨環(huán)除油、除銹、除潮濕并預(yù)熱；

（4）將補(bǔ)強(qiáng)板與刀盤焊接。為保證焊接質(zhì)量，在對接口處加工30°角坡口，采用多層焊接將坡口填平；

（5）焊后處理施焊完成后，對補(bǔ)強(qiáng)板用高耐磨焊絲焊接一層耐磨網(wǎng)。

2.外周鋼環(huán)的修復(fù)（圖3）

采用氧焊及氣刨工具，切除磨損刀盤上的鋼環(huán)，并清理殘根。對與鋼環(huán)焊接的側(cè)板打磨出坡口面，為焊接工作做好準(zhǔn)備。鋼環(huán)構(gòu)件采用100 mm厚的Q345C板卷制為（外徑）Φ6490 mm×100 mm×260 mm圓環(huán)，再與側(cè)板焊接。待部件均焊接完畢，采用立車進(jìn)行外圓機(jī)加工，以保證刀盤外周與連接法蘭的同心度。機(jī)加工完畢后，在鋼圈表面焊接復(fù)合鋼板，以增強(qiáng)其耐磨性能。

3.攪拌棒的修復(fù)

攪拌棒磨損嚴(yán)重、變形程度大，已無法修復(fù)使用，因此需割除原攪拌棒，重新裝焊。攪拌棒采用Q345C為主材，并在其外周焊接復(fù)合鋼板，以增強(qiáng)耐磨性能。根據(jù)實(shí)際地質(zhì)，為降低泥餅的形成幾率，在刀盤中心附近另增設(shè)3處T形攪拌棒。

圖3 外周鋼環(huán)修復(fù)

三、磨損刀具及其附屬結(jié)構(gòu)的修復(fù)

刀具與刀盤連接方式有3種，一種是直接焊接在面板上，一種是通過螺栓固定于側(cè)板上的基座上，第三種是通過裝配固定在刀箱內(nèi)，而刀箱則焊接與刀盤結(jié)構(gòu)內(nèi)。對于第一種，首先，用氧炔焰把損壞的刀具從根部切除，打磨，然后將相應(yīng)的刀具焊接于原處。對于第二種，若基座完好，則只需清潔基座，用螺栓把硬質(zhì)合金刀具固定在上面。若基座損壞，則需先在輻板上焊接新的基座，然后再作同樣處理。對于安裝在刀箱內(nèi)的滾刀，如刀箱完好，則直接將新滾刀安裝在刀箱內(nèi)，如刀箱磨損過度，則刨去刀箱，重新裝焊。

S509盾構(gòu)機(jī)刀盤上的刀具包括切刀、羊角刀、貝殼刀、周邊刮刀及滾刀。為確保刀具安裝精度，需使用定位工裝（圖4）。

1.切刀及其附屬結(jié)構(gòu)的修復(fù)

根據(jù)對刀盤切刀各部分的檢測，針對性地制定出各自的修復(fù)措施。切刀刀具部分，切刀均磨損嚴(yán)重，需全部更換，之后進(jìn)行耐磨處理。切刀的刀座部分，根據(jù)磨損程度的不同，采取相應(yīng)修復(fù)方法。刀座幾乎沒有磨損，只需進(jìn)行耐磨處理（焊接一層耐磨材料）；刀座磨損量在4 mm以下，磨損部分采用焊接材料堆焊，以達(dá)到刀座的強(qiáng)度要求；刀座磨損量在10 mm左右，不能安裝刀具，須重新制作刀座；刀座已變形，安裝孔已變形，須更換刀座。

2.羊角刀及附屬結(jié)構(gòu)修復(fù)

羊角刀作為切割刀具，尺寸要求嚴(yán)格。根據(jù)檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)羊角刀刀具和刀座全部發(fā)生磨損或變形。因此均需按原尺寸重新配置，并利用殘根和圖紙標(biāo)定的尺寸進(jìn)行刀座定位和刀具的安裝。

3.貝殼刀及附屬結(jié)構(gòu)修復(fù)

貝殼刀作為刀盤周邊的先行刀，需滿足線速度大的要求。據(jù)其檢測結(jié)果顯示，刀座沒有磨損，可以繼續(xù)使用。但其刀具已產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，因此需換上匹配新刀具，并進(jìn)行耐磨處理。

4.刮刀及附屬結(jié)構(gòu)修復(fù)

刮刀作為周邊的切削刀具，其線速度大，行程大。據(jù)其檢測結(jié)果顯示，周邊刮刀的刀座部分則保存完好，可以繼續(xù)使用，只需對其進(jìn)行耐磨處理。周邊刮刀的側(cè)向刀具和外側(cè)的球形刮刀均強(qiáng)烈磨損或已脫落，所以周邊刮刀需進(jìn)行更換。若無需更換刀座，則周邊刮刀的修復(fù)流程與貝殼刀基本相同。若更換刀座，其修復(fù)流程與羊角刀相同。

5.刀座安裝注意事項(xiàng)

（1）刮刀刀座的安裝。以刀盤實(shí)際測繪基準(zhǔn)面，利用殘根和圖紙標(biāo)定的尺寸進(jìn)行刀座的定位。先在內(nèi)、外兩端各定一把刀座，而后利用角鋼定出其它同一直線刀座的位置，刀座全部定位后進(jìn)行加固焊接。

（2）邊緣刮刀刀座的安裝。保證正面區(qū)域的小刮刀在同一平面上，邊緣區(qū)域與設(shè)計(jì)相符，保證開挖圓周的直徑，定位后焊接牢固。

6.滾刀及附屬結(jié)構(gòu)修復(fù)

滾刀和刀箱磨損嚴(yán)重并變形，不利于二次安裝滾刀。因此，需刨除原刀箱，重新定位后，焊接新的刀箱，然后安裝滾刀（圖5）。

圖4 刀具定位工裝示意

圖5 滾刀更換安裝

四、結(jié)語

由于刀具間距對刀盤的受力有重要影響，不合理的刀具間距會(huì)極大降低刀盤的使用壽命，所以刀盤修復(fù)后需進(jìn)行檢測以及進(jìn)一步調(diào)試。S509盾構(gòu)機(jī)的刀盤在公司修復(fù)改造完成后，已于2014年6月順利完成過江隧道的開挖。該刀盤的成功修復(fù)具有重要的實(shí)踐價(jià)值，既為盾構(gòu)機(jī)刀盤磨損得修復(fù)提了參考和借鑒，也是對我國盾構(gòu)制造技術(shù)的提升和補(bǔ)充。

1 宋云，張君，張立宇.成都地鐵施工中盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2008，25（1）:68-71

2 張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構(gòu)隧道[M].北京：人民交通出版社，2004.

3 竺維彬，鞠世健.復(fù)合地層中的盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2006

4 陳饋，洪開榮，吳學(xué)松.盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2011