土壓平衡盾構機刀盤裝配難點解析

張建忠

（中鐵二十局集團第二工程有限公司，陜西西安 710000）

盾構機刀盤是盾構機開挖破碎巖土的核心部件，刀盤通過轉動帶動多種刀具，以此完成開挖面巖土的切削工作，在刀盤背面裝有攪拌設備，旋轉時啟動攪拌設備對渣土進行攪拌，具有開挖攪拌過流巖土、支撐掘進面等作用，可見刀盤裝配在盾構機中的重要性。因此，需選擇或設計合理的盾構機刀盤，確保盾構機在使用過程中的可靠性和安全性。

1 盾構刀盤的特點

1.1 滾刀破巖

滾刀在和巖石接觸之后有外力產生，經過一段時間后會有核狀物出現。如果滾刀不移除，與巖石接觸的頻率會越來越高，施加給巖石的外力越來越大，當外力上升到一定程度，核狀物周圍會出現許多裂紋。隨著力度的不斷增加，各裂縫之間頻繁接觸會出現巖石破碎的現象。當巖石受到的外力超出了自身能力承受范圍時，會出現自動剝落。

1.2 切刀切削巖土

在盾構機工作過程中，切刀在反復旋轉時會開挖巖土，巖石、刀具同時會受到應力、結構形變等，來自外界因素的影響，開挖時會導致土體受到破壞。需要對切削的荷載量進行計算，并做好分析工作。正常情況下，盾構機在使用時會有不同的荷載產生，可分為兩類，分別是受破壞的巖土產生荷載和土體荷載。由于荷載的類型不同，在進行檢驗時應使用不同的測試方法。

2 刀盤裝配難點分析

2.1 刀盤刀具裝配

刀盤6 410 mm，將133把刀具焊接在毛坯管面上，從裝配高度、半徑來看，最外側刀具半徑誤差不得超過3 mm。在進行安裝時，如果不能達到圖紙要求，刀具將難以磨損均勻。在對地層進行開挖時，部分刀具需要提前進行更換，降低了工作效率。在對刀具進行安裝時，刀盤輻條、面板是否安裝到位，位置、平面度是否一致也是難點所在。刀盤表面未經過加工，使用傳統裝配方法會耗費大量人力，時間較長，且難以做到裝配精細化。

為了提高裝配精度，使其更好地用于工程施工，專門的工裝設計必不可少，同時可有效提高工作效率。確保刀具在裝配時能夠準確定位，高度、角度、徑向尺寸等方面均須滿足要求。刮刀的刀刃是一條直線，呈現出圓環面的刀削軌跡。為了使工作效率能夠得到保障，在輻條上裝配刮刀時，需要留有一定角度，保證刀削方向和旋轉方向相切。如土壓平衡盾構機開挖直徑為6 280 mm，半徑為1 200 mm，設定刮刀角度為25°；半徑區間為1 200～1 600 mm，刮刀角度為20°；半徑區間為1 600～2 000 mm，刮刀角度為15°；半徑區間2 000～2 400 mm，刮刀角度10°；半徑為2 400 mm，刮刀角度5°。先確定角度方向，再對刀具高度和徑向坐標進行有效控制，將刀盤加工表面作為基準，在輔助基準增加后提出專用工裝。在對土壓平衡盾構機的刀盤進行設計時，旋轉方式為雙向，刮刀在結構方面比較特殊，其刀刃面僅朝一個方向切削。因此，對刮刀進行設置時，其位置應設在輻條兩側，使其可以朝兩個方向進行切削。刮刀裝配角度如圖1所示，刀具焊接專用工裝如圖2所示。

圖1 刮刀裝配角度

圖2 刀具焊接專用工裝

該工裝自由度分為兩個方向：旋轉和垂直，將拉桿進行伸縮可對標尺和回轉中心垂直度進行調整。將頂絲調整后，可調整回轉中心和刀盤表面垂直度，如果刀具處在不同的高差下，通過升降桿可進行水平定位的調整。針對所描述的工裝，調整和刀盤之間的位置精度時需要做到以下幾點：

（1）標尺回轉一周后，測量同一點與基準面2的距離，通過不斷對頂絲進行調整，使其距離相等，使標尺回轉中心垂直于刀盤頂面。

（2）工裝旋轉一周后，對L形位置立面與基準面1間的距離進行精準的測量，并對回轉底座位置進行合適的移動，使回旋中心與刀盤中心能夠有效重合。

（3）確定標尺底部最大位置所在，測量其與基準面2、3之間的高差距離，對伸縮拉桿重新調配整頓，使其適應新的情況和要求，高差距離設為855 mm，并維持這一距離，確保標尺和刀盤頂面一直處于平行狀態。

專用工裝安裝位置如圖3所示。

圖3 專用工裝安裝位置圖（單位：mm）

工裝調整工作結束，在標尺的作用下對刀具測量點進行定位，保證其與刀盤坐標位置吻合。通過此工裝的使用，可精準確定刀具所在的具體位置，節省了大量時間。

2.2 刀盤焊接管路組的安裝

進行刀盤焊接時，各部位組件不同。首先在刀盤中間會有1路泡沫和膨潤土噴口；刀盤垂直處設有1路磨損檢測器管路；在0°與180°位置設有4路超挖刀液壓管路，管路安裝具有隱蔽性，在排布時是軟管、硬管交叉組合。只有將管路和刀盤基體按順序進行安裝，才能成功焊接。

在刀盤面板背部安裝刀盤管路，對焊接管路安裝好后，對其進行酸洗，摩擦焊接處部位，直至其表面光滑無毛刺等雜物。再對其進行焊接，否則可能會產生氣孔或包砂等不良情況，影響焊縫的修復效果，使其不能正常修復，應重新對焊縫進行焊接，使其不影響正常的工作進度。應根據圖紙設計要求對其進行打壓，符合要求后方可安裝管路保護罩。在對管路連接箱進行裝配時，其作為刀盤與盾構機液壓系統連接的重要部件，隨著刀盤的轉動而轉動，其直接影響工件的裝配和使用，因此，在制備時應注意其尺寸，以確保工件的準確度。安裝刮刀、刀，螺栓涂抹樂泰膠，力矩須滿足圖紙要求，焊接部位打磨呈金屬光澤如圖4所示。

圖4 焊接部位打磨呈金屬光澤

為了保證結構在焊接后沒有裂紋或缺陷，在焊接前需要檢查其是否存在裂紋。確定其完整無缺后，再消除其內部殘余內應力，避免結構外形出現裂縫，使結構的尺寸更加精確，延長使用壽命。為防止工件在焊接后，出現開裂的情況，在對其制造修復后，應注意加強對焊縫進行保溫，避免因突然冷卻，造成變形或其他不良情況。在溫度較低時，刀盤主梁與大圓環焊接完成后，需要對其包覆一層保溫棉進行保溫，延長焊縫冷卻的時間，降低裂紋出現的可能性，以保證焊接的質量能夠符合要求。

2.3 刀盤管路附件的安裝

充分考慮到刀盤基體結構特點，對附件管理裝配時應按順序進行。

（1）在對泡沫管路進行定位時，做好小法蘭的吊裝工作，吊裝位置與刀盤基體相對應。

（2）對支腿內部泡沫管路包括中心蓋板和小法蘭上的泡沫管路，做好預制工作。

（3）在刀盤基體中將小法蘭吊離，并將預制的泡沫管路取出，隨后進行滿焊。

（4）待滿焊結束后將管路放好，再次吊裝小法蘭并做好定位，焊接泡沫管路接頭處。

（5）以圖為依據對管路壓力進行試驗。

（6）再次將小法蘭從刀盤基體吊離，在相應位置做好中心背板吊裝并進行滿焊。

（7）最后再做一次吊裝和滿焊，并進行相應檢測。按照該順序進行，可保證所有的部件均安裝到位，裝配精度高。

3 結語

從盾構機核心部件的角度來看，不同的地質形式會對刀盤結構形式、安裝方法產生不同的影響，工裝、管路附件應調整標尺、底座，適用于大多數的土壓平衡盾構機。在刀盤的表面設置刀具時，需要對刀盤結構、運動特點等進行全方位的考慮，真正達到合理、實用。