土壓平衡盾構機刀盤裝配要點

毋文濤

摘 要：盾構機是目前非常重要的地下隧道開挖的大型成套工藝設備，被大量的應用到城市隧道開挖施工作業環節。而刀盤則是盾構上的主要結構部件，直接影響盾構掘進作業環節，本文具體通過結合刀盤結構形式，分析研究刀盤裝配要點，為盾構機的正常掘進施工工作提供基礎與先決條件。

關鍵詞：土壓平衡盾構機;刀盤裝配;要點

1 盾構機整機設計

盾構機整機長度約86米，分為主機和后配套系統，由連接橋和牽引桿連接。

2 盾體結構

2.1 刀盤設計特點

（1）圓形輻條有利于土砂流動，渣土能夠快速的進入土倉。

（2）刀盤重量相對較輕，從而使主機中心相對靠后，避免出現盾構機“磕頭現象”。

（3）盾構機支撐方式為中間支撐，刀盤盤體、牛腿與土倉中間隔板是相對轉動的關系，避免土倉中間部位結泥餅。

（4）刀盤中間大開口，避免刀盤中間部位結泥餅。

（5）刀盤正面與刀盤外圈面為垂直關系，避免在開挖過程中出現沉降現象。

2.2 刀盤方案

（1）結構形式：輻條面板式，6輻條+6面板。

（2）刀具配置：中心刀（1把）、外周保護刀（12把）、主刀（86把）、強化型貝殼刀（輻條32把、面板12把）、仿形刀（2把）、注入口保護刀（6把）。

（3）開口率50%，中心部位較大開口，防止泥餅產生。

（4）渣土改良噴口數量：共7個，4路泡沫，3路膨潤土。

（5）刀盤鋼結構采用Q345B材料，輻條為φ400 mm壁厚為80 mm的鋼管，外圈板厚度為60 mm，刀盤面板厚度為60 mm，保證刀盤有足夠的強度和剛度。

2.3 渣土改良添加口

刀盤面板均勻布置7個刀盤噴口，4路泡沫，2路膨潤土，1路預留注水口（與膨潤土口共用，平時可兼作加泥口），其余每個噴口均為單管單泵設計。

2.4 土倉中心攪拌設計

主驅動采用中間支承方式，土倉隔板是固定的，刀盤旋轉時牛腿和攪拌棒對土倉內的土進行有效的攪拌，中心不易結泥餅。設置有6個主動攪拌棒和1個被動攪拌棒，被動攪拌棒上設置有高壓噴水口，可以對刀盤中間部進行沖洗，能夠有效防止土倉中心泥餅產生。

3 刀盤刀具裝配要點

以當前的測量方式作為基礎，為了能夠達到裝配效率與精度標準，設計專用工裝進行裝配。刀具安裝到刀盤規定位置，3個方向尺寸全部符合要求，即高度、徑向、角度。當前角度方向主要是通過輻條位置確定，保證刀具的高度與徑向坐標符合要求即可，將刀盤加工表面作為裝配作業的基準面，按照工藝標準增加輔助基準，然后確定專用工裝形式。

該工裝由旋轉、上下垂直運動兩個自由度，伸縮拉桿進行標尺、垂直度調節;進行頂絲調節，可以保證回轉中心與刀盤表面垂直度符合要求;升降桿方式調節高差，保證水平位置精度合格。

通過下述幾項操作保證刀盤相對位置精度合格：

①標尺回轉一周，測量確定標尺同一點為和基準面2的距離，然后利用頂絲調節保證距離相同，確保標尺回轉中心和刀盤表面保持垂直的狀態。②工裝旋轉一周測檢測確定多處L型標尺部件的里面和基準面1的間距，然后進行工裝的調節，保證回轉底座在刀盤頂面，確保回轉中心和刀盤中心是完全重合存在的。③測量標尺底部最大位置分別和基準面2、3的間距參數，然后進行伸縮桿的調整保證該高差參數達到855 mm的要求，確保標尺和刀盤表面平行度的要求。

經過調解之后的工裝，刀座或者刀具測量點利用標尺直接定位到刀盤坐標部位，標尺能夠達到刀具水平的基本要求，也可以根據需要作為徑向測量的工具，進而可以達到刀具定位精度要求。該工裝可以保證刀具定位的精度，操作也非常方便，生產效率得以提升，工作人員強度下降，使得盾構機刀盤制作精度合格，為盾構機正常工作運行提供基礎。

4 刀盤焊接管路組的安裝

4.1 刀盤焊接管路組的特點

刀盤焊接管路組中，在刀盤基體輻條垂直表面設置有4路泡沫/膨潤土噴口，刀盤中間設置有1路泡沫/膨潤土噴口，在刀盤90°方向設置有1路磨損檢測器管路，在0°與180°方向設置有4路超挖刀液壓管路，管路數量較多，均為隱蔽安裝，且安裝管路中由軟管與硬管交叉排布，如不設置好管路與刀盤基體的安裝順序，會導致管路滿焊后無法回裝到刀盤基體，或者無法實施管路對接處的焊接。

4.2 刀盤管路附件的安裝

結合刀盤基體的結構特點，按照以下順序管理附件，進行裝配：

①將小法蘭吊裝到與刀盤基體對應位置處，輔助定位泡沫管路（注意其方向要正確）。②預制支腿內部泡沫管路，包括中心蓋板及小法蘭上的泡沫管路。③將小法蘭吊離刀盤基體，取出預制的泡沫管路進行滿焊。④管路滿焊完成后，置于對應位置，再次將小法蘭吊裝到與刀盤基體輔助定位管路，定位完成后，將泡沫管路接頭處進行焊接。⑤對所有管路按圖進行壓力試驗，保證規定時間內不泄露。⑥再次將小法蘭吊離刀盤基體，將中心背板吊裝到與刀盤基體對應位置處，進行滿焊。⑦最后再將小法蘭吊裝到刀盤基體上，翻身一次進行滿焊，焊接完成后，對焊接部位進行檢測。按照此裝配順序方可將所有管路及刀盤基體其余部件安裝到位，且能保證裝配精度。

參考文獻：

[1]周慶祥，郭京波，楊亮，等.微型土壓平衡盾構機刀盤的設計[J].機械工程與自動化，2019（1）：18-19.

[2]梁小龍.關于某土壓平衡盾構機刀盤選型及設計[J].中國戰略新興產業，2019（26）：45-46.

[3]丁一.小議復合式土壓平衡盾構機刀盤開口模式設計[J].百科論壇電子雜志，2019（1）：66-67.