盾構機刀具磨損類型和維修技術

摘要：在說明盾構機刀具磨損不良影響的基礎上，分別闡述了切刀、滾刀刀具磨損類型，詳細闡述了刀具選擇、刀具檢查、刀具更換、安裝滾刀刀圈、檢查調整滾刀軸承、檢測安裝質量等方面的盾構機刀具維修技術，可供隧道盾構施工技術人員、盾構機維修技術人員、盾構機操作人員參考。

關鍵詞：盾構機;刀具磨損;維修技術

0" "序言

盾構機具有施工效率高，對圍巖及環境干擾小等優點，在隧道掘進施工中得到了廣泛的應用。為了確保盾構機進行正常掘進施工，施工單位應當配備相關維修設備和維修技術人員，操作人員應了解刀具磨損規律、掌握刀具的正確使用方法、儲備一些維修知識和維修技能，維修技術人員應能夠準確判斷刀具磨損程度和磨損原因并采取及時、有效的維修方法予以修復。

1" "刀具磨損的不良影響

按照刀具作用機理來劃分，國內盾構機使用的刀具主要分為滾刀和切刀兩大類型。這兩種刀具的適用環境存在差異，滾刀主要用于硬巖掘進，切刀主要用于軟土切削。受到盾構掘進施工的影響，特別是遇到硬巖和堅固土層時，刀具會加快磨損直至損壞。刀具磨損嚴重時，就會降低盾構機的掘進速度和施工效率，甚至會給隧道盾構的安全施工帶來不良影響。

2" "刀具磨損類型

2.1" "切刀磨損

根據技術規程的要求，在盾構掘進施工中使用切刀時，應根據不同地層設置合理的掘進參數，例如刀盤轉速與主機盾體推進速度的匹配、渣土改良方式的選擇等。若掘進參數設置不合理，渣土改良方式選擇不正確，會造成切刀磨損。切刀磨損的類型主要分為4種，如下所述。

2.1.1" "正常磨損

在盾構機持續掘進過程中，推進缸持續推進。刀盤在推進缸的推力和主驅動裝置的驅動下，一邊前進一邊旋轉，將掌子面的土體不斷切削下來。在切削過程中，刀具和刀盤不斷磨損，盾構機前進速度越快，刀具和刀盤的磨損就越快。切刀磨損特點是從外向內、由點到面磨損，刀盤外部刀具運動的線性距離比較長，磨損量較大。相反，刀盤內側刀具運動的線性距離短，磨損程度比較小。

2.1.2" "刀刃崩裂

如果遭遇硬質巖石地層，盾構機掘進施工會受到較大影響，尤其是當巖石硬度大于切刀本身的硬度時，其刀刃就會崩裂。

2.1.3" "刀刃斷裂

在正式進行盾構掘進施工之前，如果施工人員沒有查看地質勘察報告、不了解施工區域的地質情況，選擇了性能和材質不符合施工實際的切刀、或者采用了劣質切刀時，在盾構機掘進施工時會造成刀刃斷裂。

2.1.4" "刀頭掉落

切刀的硬質合金刀頭鑲嵌在刀體的前端，如果鑲嵌質量不合格或遇到堅硬巖石地層時，均可造成其刀頭掉落，導致延誤盾構施工。

2.2" "滾刀

滾刀是盾構機隧道硬巖掘進施工的常用刀具，其磨損概率較高。根據滾刀磨損的位置和原因，可將滾刀磨損分為4種類型，如下所述。

2.2.1" "刀圈磨損

在盾構機掘進過程中，滾刀出現轉動困難、刀圈結構不穩定等問題時，刀圈工作效率就會下降，進而造成滾刀單邊或多邊刀圈的磨損。

2.2.2" "刀圈斷裂

在盾構機掘進過程中遇到堅硬地質情況時，推進缸的推力會增加，滾刀刀圈承受的沖擊力也隨之增加，會造成刀圈開裂。此時若操作人員未能及時停止作業，刀圈會從刀體上崩落。若操作人員沒有根據施工具體情況選擇規格適合的刀圈，也會造成刀圈斷裂。

2.2.3" "軸承磨損

軸承是滾刀的關鍵組成部分。相關研究表明，現階段我國滾刀的平均使用壽命為700h，配備軸承密封件的滾刀，其使用壽命可達900h。但是如果滾刀長時間、高強度作業，就會加速軸承及其密封件的磨損、縮短滾刀的使用壽命。

2.2.4" "密封不嚴

盾構機在施工過程中，有的滾刀會出現漏油現象。滾刀漏油后，泥沙就會沿著漏油縫隙進入軸承密封裝置、浸入軸承內部，加速軸承磨損。造成這一情況的根本原因就是滾刀軸承的密封有問題。造成滾刀軸承密封件不嚴密的因素較多，如密封件質量不合格、裝配不佳、磨損等。

3" "刀具選擇與檢修

3.1" "刀具選擇

刀具的性能和材質，對盾構機的掘進能力影響很大。施工技術人員必須立足施工實際，綜合考慮地形、巖層與項目要求等多種因素，選擇性能良好，材質穩定的刀具，確保刀具的型號、性能、材質符合施工實際需要。例如，掘進施工需要采用大型刀盤進行切削時，應選用魚尾刀，并使魚尾刀的高度超出其他刀具600mm。

3.2" "刀具檢查

在盾構機正式投入掘進施工之前，施工技術人員要對刀具進行全面檢查，檢測刀具質量是否達標，檢查刀具規格是否符合施工要求、刀盤與刀具是否存在問題。刀具檢查方法如下：首先，對刀盤的磨損程度進行評估，檢查滾刀軸承和密封件是否可以繼續使用，觀察刀盤面板、刀盤支撐、安裝刀具的輻條是否存在裂縫等缺陷。其次，檢測刀具是否結實耐用，是否穩定地安裝在刀盤和輻條上。若發現刀具安裝不穩定，要及時檢查連接螺栓是否松動與磨損，并采取相應維修措施。還要檢查滾刀的刀圈是否存在折斷或脫落現象，若有折斷或脫落應及時更換，確保滾刀能夠正常使用。

3.3" "刀具更換

盾構機在隧道掘進施工中，如果發現刀具磨損，應及時維修或更換，嚴格按照“合理、迅速、科學、安全”的原則進行刀具更換作業。

3.3.1" "確定刀盤位置

維修人員在刀盤附近設置參照物，采用專用傳感器，精準定位刀盤的位置。在更換刀盤時，不得將刀盤開口處對準土倉渣土口，以免威脅維修人員的人身安全。

3.3.2" "清理刀盤

如果刀盤面板出現泥餅或土倉泥土發生板結，刀盤的工作效率就會受到影響。因此需要對刀盤進行清理。根據地層地質條件，選擇常壓開倉或者帶壓開倉環境清理刀盤和土倉，從而保持刀盤的清潔性。

3.3.3" "拆除磨損的刀具

在完成刀盤清理工作后，拆除已經磨損的刀具及其零部件。拆除時可采用風動扳手、氣割等專用設備，拆除刀具的螺栓、螺帽，并將拆除下來的刀具運輸到事先確定的存放現場，集中統一進行處理[1]。

3.3.4" "安裝新刀具

在安裝新刀具時，要將刀座螺栓孔徹底清理干凈，不能殘留泥沙和水，否則會影響新刀具緊固性和可靠性。在使用割除法時，要注意不要傷害焊接刀具的主體結構，如果有損傷，應修復損傷部位。

3.4" "安裝滾刀刀圈

滾刀刀圈通常選用含有鉻、錳、釩的模具鋼制作，以此提高刀圈的硬度和耐磨性能。在對磨損的滾刀更換刀圈時，維修人員應根據刀體上與刀圈配合外圓的尺寸選擇刀圈，同時采用熱裝方式安裝刀圈。刀圈的熱裝過程如下：采用工業烤箱將刀圈加熱到熱膨脹所需溫度，使刀圈內圓受熱膨脹到大于滾刀刀體上的配合外圓之后，立即將刀圈裝配到滾刀刀體上。待刀圈冷卻后，刀體與刀圈即可達到預期的過盈配合。

3.5" "檢查調整滾刀軸承

由于地下工況復雜，滾刀軸承需要承擔較大的沖擊力。如果發現滾刀軸承磨損，可判斷滾刀及其密封件均已磨損，應及時更換軸承及其密封件，并調整軸承的游隙。為了提高軸承承受沖擊力的性能，應選擇圓錐滾子軸承，雙列或四列圓錐滾子軸承為最佳選擇。選用“密封+防塵”新型密封技術，能夠延長軸承使用周期，降低潤滑劑損耗，實現控制施工成本的目標[2]。

3.6" "檢測安裝質量

嚴格按照技術規范和要求進行刀具安裝作業，并對刀具安裝質量進行檢測。要特別注重滾刀密封件的安裝作業，要將滾刀密封處仔細清理干凈，并將密封件正確安裝到位。滾刀完成安裝后，應采用氣密性檢測技術，檢測滾刀密封部位的氣密性，以此判斷滾刀的安裝質量。經檢測判定滾刀的氣密性合格后，方可在盾構機掘進施工中使用。

4" "結語

綜上所述可知，刀具磨損是盾構機在掘進過程中無法回避的問題之一。在刀具嚴重磨損后，維修技術人員應判斷刀具磨損的類型、分析磨損的原因，采取有針對性的維修技術，及時修復或更換磨損嚴重的刀具，為盾構機順利進行掘進作業提供有力支持，實現提高盾構施工效率和降低施工成本的雙重目標。

參考文獻

[1] 夏常遠.盾構機掘進中刀具磨損及維修措施探討[J].設備管理與維修，2020（16）：60-61.

[2] 崔笑天.盾構機掘進中刀具磨損檢查與維修技術分析[J].中國設備工程，2019（21）：68-70.