盾構機掘進中刀具損壞及維修措施探討

武 帥

（中鐵上海工程局集團有限公司城市軌道交通工程分公司，上海 200040）

隧道工程施工是我國鐵路工程中最主要的內容之一，隧道工程施工一般是在地下進行，其施工難度相對較大，并且安全風險性相對較低，對施工作業人員的生命安全有著嚴重的威脅。盾構法施工是該工程中較為常見的技術之一，施工技術有著機械化較高、施工速度較快的優點，因此也就得到了大部分施工企業的支持，逐漸發展成現如今運用范圍較廣的施工技術。但技術發展的同時，其也會因為地理環境的原因造成一些較難的施工問題，例如在進行施工過程中，若是遇到地質環境較為復雜并且在之前的勘察過程中沒有發現的情況，就會對盾構機的挖掘工作產生一定的阻礙。并且在進行掘進的過程中，不利于施工的地形、巖石還會對其刀片造成一定的傷害，因此，在進行掘進施工的前期，對于地形的勘察工作、刀盤的擺設工作以及刀具的選購工作都十分重要，還需要根據不同的地形巖石來對刀盤和刀具進行有效的選擇。

1 盾構機刀具分析

1.1 刀具破巖辦法分析

切削破巖原理就是運用切削氏的刀具根據所制定的運行軌跡來進行碾壓切碎巖石。這種方式的使用會引發地層震動的情況，從而也會爆發出沉降問題、地下水問題。因此，在進行盾構機掘進施工過程中還需要注意控制土壤壓力和泥水壓力，要保障工作的穩定性以及破碎切削面的穩定[1]。

1.2 刀具的選擇工作

在施工的過程中，其刀具的質量能夠直接影響掘進施工質量，因此刀具的選購工作十分重要。在具體掘進施工過程中，一般還需要根據實際的地形條件、巖石硬度、地質環境等進行破巖辦法和刀具的選購。在進行刀具選購環節，還需要對生產刀具的企業進行深入的研究和調查，通過綜合的分析和對比，對刀具進行相應的質量檢驗工作，從而更好地保障施工需求，確保挖掘施工的效率。

1.3 盾構機挖掘的速度、刀具的損害情況對于工程施工的影響分析

盾構機在進行挖掘施工的過程中，由于地形的復雜性和特殊性，其刀具受到的損傷情況也有著一定的差異。因此，刀具屬于易耗產品，需要及時更換，從而更好地保障施工進度。在對刀具進行更換的過程中，還需要注意以下幾方面的問題：

在進行施工前期還未對刀具進行更換的時候，首先，要對施工的具體環境做出有效的勘察工作，更好地保障設備的性能能夠滿足對巖層破碎的需求。其次，對刀具的損壞情況做出有效的判斷分析，對其磨損的數值進行核算[2]，只有保障磨損的數值到達之后才能進行更換作業。

2 刀具損壞情況的分析

在進行施工的過程中，通常是采取觀察外部情況、聽儀器聲音、聞氣味、檢測、數據分析等方式進行相應的判斷，具體分析如下：

2.1 觀察

觀察主要是直接對設備的外部具體情況進行觀察工作，或者在挖掘的過程中、開挖面不夠穩定、無法進艙檢查的情況下，對挖掘出來的土壤進行相應的觀察和研究工作，這樣也能對其進行有效的判斷分析，并且這種方法相對較為實用，分析出來的結果也相對準確。例如，可以根據切削出來的碎石的實際形狀、大小以及其含量等來分析開挖面的實際情況，從而來對此類碎石是否運用滾刀手法進行碾壓破碎。通常情況下，渣土片狀的碎石超過一半概率，且其直徑在2-5厘米左右，那么就可得出滾刀效果相對較好，且刀具屬于均勻損耗。若是碎石呈現出粉末現狀，那么說明破碎性能相對較低，主要是靠研磨的方式[3]，從而也就推斷出設備的性能不強，或者刀具已經耗損過度，需要進行更換。

2.2 聽聲音

當刀盤在進行轉動的過程中，可以通過聽滾刀和巖面之間摩擦的聲音進行判斷，若在進行挖掘的過程中，有特殊的聲響，且挖掘的參數也出現特殊情況，那么就需要及時進行檢查。當開挖的面層有較為堅硬的巖石或者較為柔軟的土壤的情況下，若是盾構機設備運行速度過快時，其刀盤震動的聲音也是十分明顯的，若是設備遭受到卡頓的情況，就會聽到噼啪的震動聲音。

2.3 聞氣味

部分滾刀廠家在滾刀極度磨損的情況下，首先就會在設備上設定好相應的味道，一旦設備磨損到一定的位置的時候，味道就會隨著散發出來，專業的技術人員聞到味道便知道其磨損程度。

2.4 自動檢測

種方式主要就是在刀具周邊一定位置安裝相應的傳感設備，從而更加及時地觀察到刀具的耗損情況。現階段，尤其是在大型工程盾構施工的過程中，這種方法得到了較為廣泛的普及，避免刀具遭受到過度的損耗，從而損傷到刀具。關于自動損耗檢測主要分成三種辦法，即超聲波、液壓、電氣。前面一種方式主要是通過測量被挖掘出來的土壤溫度，從而來確定滾刀的耗損情況，若是溫度過高，那就說明刀具耗損過度。另外兩種方式應用相對廣泛，并且這種辦法成本相對比較經濟[4]。

2.5 綜合分析

這種方法主要是對設備的掘進參數進行相應的分析，并且根據地質環境來對刀具的耗損情況進行相應的判斷。例如，當地質環境相同或者土艙密封，被動土的壓力和推動一樣的情況下，若是運行速度逐漸降低，刀盤增大的情形，那么就代表刀盤耗損的情況相對嚴重。若是推動力相對較大、掘進的速度以及扭矩相對較小，或者密封艙的積土較少，發生這種情況的原因有兩種：

一是總推力過強，但是實際的推力過低，這就可能是設備周邊摩擦力過大。

二是兩個推力都過大，這也就意味著刀具的損耗過于嚴重。

2.6 綜合判斷

這種辦法主要是將上述的方式都綜合在一起研究，且更加的精準。當長距離施工的過程中，其刀具很容易因為過多的耗損，從而需及時地更換，避免將刀盤被損壞，造成相應的安全事故。若是地層發生變化，采取該方法可更好地保障工程的安全性以及施工進度的合理性，但是所替換的刀具也必須與地層條件相適應。

3 刀具、盤的檢查和更換工作

3.1 刀盤檢查工作

在進行刀盤檢查工作的過程中，需要做好相應的準備工作。首先，要對刀盤的實際耗損情況進行相應的檢查，對于主軸承設備的密封情況進行相應的檢查。對于刀盤是否有裂縫或者變形情況進行相應的檢查。其次，針對刀盤的硬度和穩定性能進行相應的質檢，確保每一個螺栓都沒有出現松動的情況，保障設備沒有出現損壞的現象，確保擋圈也沒有出現斷裂和脫落的問題發生。

3.2 刀具更換的原則

在進行掘進施工的過程中，有效進行刀具更換工作不僅能夠讓刀具減少過度損耗，還能有效地控制由于刀具經常性地更換所造成的時間浪費問題，同時還大大地強化了施工的效率，因此，刀具的更換工作需要根據科學、大量、快速等原則進行[5]。

3.3 刀具更換刀盤位置分析

當盾構刀具發生問題時需要進行更換工作，在工作展開之前還需要確定好刀盤轉角的位置，不能將刀盤的開口處與土壓艙口相對應，以保障相關人員的工作安全，減少企業風險等。

3.4 刀盤更換工作分析

3.4.1 全面規劃

當盾構機在進行施工的過程中，相關的技術人員、設計人員、勘察人員等都應當先建立起有效的溝通機制，從而對其進行相應的分析，保障每個人員都能對施工現場的環境進行全面的了解和分析，并且還需要時刻地觀察地形、地理環境中存在的施工重難點。在相關的技術人員進行選購刀具及其配件的過程中，還需要考慮環境的特殊性可能會對設備造成的損耗程度，在進行更換的過程中，還需要根據專業人員的有效建議，從而確定開倉地點的最優性以及保障刀具順利更換。

3.4.2 設備物資供需

盾構刀具在進行更換過程中做好相應的信息收集和準備的主要目的就是在短時間內有效地進行刀具的更換工作。因此，只有保障相關的設備、資料都是完善的狀態下，才能進行后期工作。

3.4.3 加強員工能力

強化技術人員的工作技能能夠有效地保障換刀工作的順利完成，因此，相關的技術培訓工作十分重要，只有保障技術人員的綜合素養才能更好地保障替換工作質量和效率。其培訓工作主要是對刀具的替換、維護等工作說明、各個類型刀具更換的注意說明，并且還需要強化技術人員的刀盤刀具設置工作以及對刀具耗損情況的準確判斷，除此之外，技術人員還要有刀具安裝的技能以及對突發事故的應急應變能力。

3.4.4 構建安全管理小組

由于工作安全性能相對較低，且存在較大的安全隱患，因此在展開工作前期，還需要安排相應的安管小組對突發事件做好相應的防護工作，從而更好地保障員工的生命安全。

3.4.5 開倉審批工作

所謂的開倉審批，就是要保障各個部門在展開施工之前都做好相應的論證，并且施工還需要得到相關人員的批準和簽字，確保相關人員審核之后，才能進行開倉作業，保障所有施工責任都能落實到具體的人員身上，保障開倉安全。

3.4.6 刀具更換流程

首先，要做好刀盤的清理工作，且加強對工作的重視程度，并實時監測清洗作業的展開情況，確保作業在低溫有氧環境下展開，尤其是對刀位區域的清理。其次，保障清理工作完成之后，還需要將大扭矩的扳手中的螺栓進行一一卸除，并將刀具運輸出去。關于螺栓螺帽情況，還需要運用專業工具進行去除，為了更好地降低其底座和刀具螺栓孔問題的發生概率，在進行操作的過程中，需要明確好規范的操作流程，保障作業的安全。最后，就是進行安裝作業，但在安裝前期，需要進行二次清潔工作，要保障各個位置的干凈，沒有一點水珠，保障刀具的干燥性，從而避免后期出現銹蝕的情況，降低刀具的使用期限，對于刀具上面有損傷的區域，還需要及時進行修復和打磨施工。

3.5 刀具安裝工作

在進行刀具更換的前期，需要對其進行全面的檢查，確保其質量無損。在進行更換的過程中，要保障其的清潔性，刀具位置擺放的合理性。在完成更換工作后，還需要對其做好相應的檢查更換作業，避免出現遺漏問題，從而造成掘進施工對設備造成損傷，并對整個工作流程做好相應的記錄。

4 刀具維修技術分析

4.1 刀圈的安裝工作

刀圈是較為特殊的一種鋼原料，其硬度、耗損性能、剛度、防變形性能等相對優良，金相組織是幾種元素組合而成。在進行刀圈的安裝工作時，要保障其內徑與刀體相匹配，且安裝工作必須在高溫環境下進行，利用工業的烤箱設備將其加熱到合理的溫度中，在溫度加熱兩個小時之后，再將其安裝在正確的位置。

4.2 軸承檢查工作和調整進度

在進行施工的過程中，盾構機刀具中的軸承使用需要根據施工條件的差異性選擇其合適的受力方向，在大部分情況中都是選擇圓錐型軸承，從而也就很容易出現配件銹蝕問題發生，或者刀具的密封性能過低造成的一系列問題，例如銹蝕、燒蝕問題。針對軸承裂痕情況，由于參數不夠準確，還需要根據實際情況來進行松緊度的調節工作，保障力度符合施工要求。一般刀具軸承的松緊度都是通過對兩軸承之間隔膜厚度進行調節，從而更好地保障刀具各種力矩在合適的范圍之內。

4.3 安裝密封工作和密封性檢查

在進行刀具的密封安裝工作過程中，要對其表面的光滑度和平整度進行相應檢查，保障其符合要求。在安裝前期，還需做好相應的密封清潔和研磨作業。在完成維修維護工作之后，還需對其密封性進行檢查，要保障在規定的時間范圍內，其氣壓保持穩定，使用性能合格。

5 結語

要想加強盾構機設備施工的效率，保障施工的安全，首先要完善相應的管理制度，強化人員的綜合能力，保障每一位人員都能夠熟練地將技術掌握到位，加強安全防護意識并做好相應的安全管理工作，由于設備中的刀盤刀具養護工作能夠直接影響工程效益，因此還需加強重視。