淺談盾構施工過程中刀盤的維修

李 偉 劉曙光 任 潔

（濟南重工股份有限公司，濟南 250109）

隨著現代社會經濟的發展，交通、環境和空間的壓力逐步增大，為改善交通和拓展城市空間，近幾十年以來對盾構機的需求逐步增大，刀盤作為盾構機上的主要部件之一，對盾構施工能否順利進行起著至關重要的作用，但在使用過程中會不定期發生影響施工進度的故障，而對刀盤進行維修是保證施工能否安全順利進行的重要因素，常規的維修方法是將刀盤通過工作井吊出，而后由維修人員進行維修，這樣既費時費力，又嚴重影響盾構施工的進度，而且增加了施工成本。本文為施工過程進行盾構機刀盤維修提供了解決的方案，對因維修造成的施工影響起到了一定的改善作用。

1 刀盤簡述

盾構機是在地面以下暗挖隧道的一種集機械、電氣、液壓、流體、光、傳感及信息技術于一體的大型復雜隧道自動化施工設備。刀盤是盾構機中重要的組成部件，其在施工過程中受力復雜，工作環境惡劣，施工中主要承擔著開挖掌子面、穩定掌子面以及攪拌土體的作用。刀盤主要由刀盤結構件、刀盤管路、刀具、耐磨復合鋼板等組成。具體如圖1所示。

維修盾構機刀盤的主要目的是對設備施工中設備存在的問題進行處理，對損壞、老化的元件進行處理，使之符合產品的持續使用要求。

表1 刀盤常見故障分析及處理方法

以下為關于盾構施工過程中刀盤部分的維修的分析，以及常見故障的處理方法。

2 盾構施工中刀盤常見故障分析及其處理方法

3 盾構施工過程中刀盤維修

3.1 所需主要設備

水泵、鼓風機、角磨機、焊接設施、氣動扳手、泡沫塑料板等。

3.2 前期準備

（1）切斷電器開關，用水泵將土倉內的地下水排除。

（2）確定工作空間。在盾構施工過程中，刀盤與開挖面土體緊密接觸，要對刀盤進行焊接需要在開挖面上加工出工作空間，工作空間的大致尺寸為直徑1500mm，深度400mm，如圖6所示。

圖1 刀盤結構及刀具布置圖

圖2 滾刀偏磨

圖3 邊刮刀崩刃

圖4 刀盤周邊磨損

圖5 刀盤結泥餅

圖6 維修工作空間示意圖

（3）保證工作空間的安全。在工作人員進入土倉前，必須檢查土倉的空氣質量，達到安全要求時，才允許人員進入，并用鼓風機保持工作環境的通風良好。安排專職的安全人員，時刻檢查開挖面的情況，確保工作人員的安全。

3.3 零部件更換維修

3.3.1 損壞筋板的修復

（1）清除殘根。用角磨機、氧焊，對面板筋板殘根以及刀箱刀具殘根進行清理，按照設計圖紙的要求加工出坡口，以方便后續的焊接作業。

（2）筋板修復。對殘存的部分進行標記拓樣，依據設計圖紙確定修補復原筋板的泡沫塑料樣板的尺寸，然后根據樣板加工所需鋼板，為保證焊接質量，對接口處加工45°角坡口。待鋼板加工完成后，將筋板殘根與鋼板焊接。采用多層焊接將坡口填平，焊接完成后，按照設計要求，檢查焊縫的焊接質量。

3.3.2 泡沫噴嘴堵塞

渣土進入泡沫孔中，可采用高壓水沖洗疏通管路，注意壓力不能超過16bar；為避免泡沫噴嘴發生堵塞和損壞現象，可加裝噴口保護塊，保護噴嘴結構不受土體堵塞，使泡沫能夠加入土體；檢查刀盤噴嘴注入孔單向閥有無損壞，如損壞及時更換；更換刀盤泡沫噴口橡膠彈性壓環。

3.3.3 刀盤磨損修復

檢查刀盤表面是否還有嚴重的磨損部位，如有磨損，首先需對磨損部位進行切割去除，然后用氣刨工具打磨光滑，達到焊接的要求，而后用耐磨焊絲進行堆焊處理。

3.3.4 更換損壞嚴重的刀具

在盾構掘進過程中適時更換刀具，不但能避免刀具的非正常損耗，還可以降低刀具頻繁更換帶來的時間浪費，更換刀具時遵循“合理、批量、迅速”的原則。

3.3.4.1 滾刀總成的更換

（1）刀盤面位置確定。為進行刀箱定位，需要確定刀盤面的平面位置。因為刀盤是在盾體上安裝的情況下修復，如果刀盤平面與鉛垂面不是同一平面。可采用在前盾上焊接六根定位鋼筋的辦法確定一個與前盾面平行的平面，此平面從定位鋼筋上掛線相交確定，作為刀箱定位的參考基準面。

（2）刀箱定位。根據參考基準面及圖紙尺寸，定出刀箱與刀盤的相對位置，保證刀刃相對于盤面的高度一致。為保證刀間距及刀具的同心度，要在刀盤上精確定位圓心，利用中心點與圖紙標示的刀間距確定刀箱位置。先在土倉內進行刀箱后部的焊接，而后在盤面上用薄鋼板（0.5～2mm）將刀盤與外筋板的焊縫填實。為保證刀箱與筋板的焊接質量，要在筋板與刀箱接縫的筋板上加工45°角的坡口。

（3）滾刀的安裝。為滿足安裝所需角度，結合現場情況，用木板制作所需角度的樣板尺，從而保證所需的安裝角度，然后用鎖緊螺栓將其鎖緊即可。

3.3.4.2 邊刮刀的更換

（1）拆除損壞刀具。對刀盤清洗完成后，利用大扭矩的風動扳手將需要更換的刀具螺栓拆除，檢查變接螺紋套的螺紋有無損壞，如損壞一同更換變接螺紋套。

（2）安裝邊刮刀。檢查要更換的刀具是否完好，保證表面的清潔干燥，由于刀具是通過螺栓與刀座鏈接的，因此，更換時只需將其用螺栓安裝到安裝孔中，根據要求的扭矩力矩鎖緊牢固即可。

3.3.4.3 刮刀的更換

（1）拆除損壞刀具。對刀盤清洗完成后，利用大扭矩的氣動扳手將需要更換的刀具螺栓拆除。

（2）安裝刮刀。檢查要更換的刀具是否完好，保證表面的清潔干燥，由于刀具是通過螺栓與刀座鏈接的，因此，更換時只需將其用螺栓安裝到安裝孔中，根據要求的扭矩力矩鎖緊牢固即可。

4 結語

在施工過程中通過對盾構機刀盤進行維修，可以使損壞的零部件得到及時有效的維修和更換，提高刀具的使用壽命和盾構機的掘進能力，尤其是砂卵石地層的掘進能力，極大降低了設備的使用成本，提高了設備在使用過程中的可維修能力，對工程施工能否如期完成具有重要的現實意義。