盾構機掘進中刀具損壞檢查與維修技術分析

崔笑天

（中交二公局鐵路工程有限公司，陜西 西安 710000）

隧道在建設的過程中盾構機占有非常重要的作用，其不僅使用廣泛，而且安全性較高。但在實際開展盾構機掘進的過程中，由于地形和巖層比較復雜，選擇適合的刀具開展作業非常重要。只有這樣，才可以降低刀具的損耗，為工程向下推進奠定良好的基礎。

1 盾構機刀具的工作原理及選擇方式

（1）刀具的工作原理。盾構機刀具的工作原理主要有兩種：一是滾壓式破巖；二是切削式破巖。滾壓式破巖就是在盾構機底層以圓形滾刀的方式來碾壓巖石，常用于巖石較多、硬土區域或砂粒豐富的地區開展作業，使用的刀具以滾刀為主。切削式破巖就是利用切刀將巖層外層的巖石打碎，適用于土層、砂層或較軟質地的巖石等等，使用的刀具以切刀為主。

（2）選擇刀具的方式。盾構機能否順利完成施工，取決于盾構機刀具的敏銳度，因此選擇刀具是非常重要的環節。在實際開展掘進工作時，操作人員需要以施工位置的實際情況、地質環境和巖石的硬度為基礎，對刀具和破巖方式進行選擇。

2 盾構機掘進速度和刀具損壞對施工整體的影響

由于地形條件不同，在開展掘進工作時容易造成不同程度的刀具損壞，因此必須要替換刀具，保障刀具的鋒銳度，使其能夠在規定時間內完成掘進工程。在更換盾構機的刀具時需要弄清楚以下兩個問題：一是盾構機在進行掘進施工時，操作人員需要根據巖層的實際情況選擇更換合適的刀具，將盾構機最大的效能發揮出來。二是操作人員需要采用科學的方式判斷刀具的磨損程度，計算刀具的磨損系數，當達到磨損最大值時需要立即對其進行更換。

3 刀具的檢查手段、更換方式及具體的維修技術

3.1 檢查刀盤刀具

一是檢查刀盤。操作人員需要對刀盤的磨損程度進行記錄，確認主軸承的油脂狀態是否正常；還需要對刀盤的操作面板和軸承支柱的完好度進行檢查，一旦出現形變或開裂情況必須對其進行更換。二是檢查刀具。操作人員需要對刀具與刀盤的連接狀態進行檢查，確認其是否牢固；固定零件及刀具的螺絲是否出現丟失或損壞情況；刀具周圍的擋圈是否出現移位現象，確認刀圈的完好度。三是計算刀圈的磨損數值。刀圈在沒有任何損壞跡象的前提下，采用正確的方式測量刀圈的磨損程度是更換刀具的主要參考依據，需要利用特別的模板對其進行測量。

3.2 刀具更換的具體原則

在適當的時候更換刀具不僅可以降低刀具損壞的非正常概率，還可以弱化意外損壞更換時間對工程開展的影響，有利于盾構機強化自身的工作效率，而更換刀具需要嚴格按照三個原則：一是合理原則。一方面，刀具參數需要與地質條件合理；另一方面，更換刀具計劃需要合理的約束。刀具基本參數是否適用于地質條件，能夠決定盾構機的掘進進程。在掘進較為堅硬的巖石層時，需要采用滾刀刀具；在掘進較為松軟的土質層時，需要采用切刀刀具和齒刀刀具，以保障刀具對地質層的適應能力，強化施工的可靠性。同時根據地質環境制定更換刀具的磨損數值和計劃。通常情況下，刀具更換的最大值分別為：雙刃中心滾刀—25mm；邊滾刀—20mm；正滾刀—25mm，但實際需要更換的數值都比理論值小5mm。二是批量原則。為了確保盾構機設備的工作效率，控制更換刀具的次數，需要按照計劃進行批量更換，力爭做到正滾刀批量生產、中心刀批量生產、邊滾刀批量生產。三是快速原則。更換刀具的場所需要盡可能的保持密閉，由于許多不可控因素的影響，需要快速進行刀具更換，這樣才能夠最大程度的保障操作人員的人身安全，維護機械設備的正常運行。

3.3 更換刀具時確認刀盤的有效位置

在更換盾構機的刀具時先要確定參照物的位置，按照參照物的位置確定更換刀具刀盤最適宜的旋轉角度，禁止在刀盤開口與土倉口重疊的時候進行換刀操作，否則將會增加倉口操作人員受傷的概率。以海瑞克盾構機的刀具更換為例，在更換前，可以先利用仿真模型和傳感裝置對旋轉角度進行測量，以便提升刀具更換位置的精準度。

3.4 更換刀具的具體程序

當應用盾構機對質地較硬的巖石進行掘進時，地殼自身的穩定能力較強，這時開展無壓力的換刀作業最為適宜。

（1）更換刀具的具體規劃。操作人員在工作時需要與土木工程人員保持良好的溝通關系，對地質條件有更深層次的了解，并且對施工計劃的重點和難點進行特別關注。在設計刀具及配件的相關方案時，相關人員需要對特殊部位磨損刀具的程度進行估算，制定科學的換刀方案，同時保持與其他工作人員的有效溝通，共同商討出最佳的開倉位置。另外，還要根據設計方案準備充分的材料，做好相關人員的培訓工作。

（2）物資設備的供應。想要以最快的速度完成換刀工作，就必須要準備足夠的原材料和輔助設備，如風動吊機、風動扳手或倒鏈等等。在進行換刀工作前，操作人員需要對盾構機的系統性能進行檢查和調試，確認各個設備都處于正常的運行狀態，營造良好的換刀環境。

（3）操作人員的內部培訓。施工單位需要篩選技術成熟、動作敏捷的操作人員進行換刀工作，為更換刀具的速度提供保障，同時開展內部培訓，強化操作人員的綜合素養。培訓內容涉及的層面較多，如更換刀具的具體操作、換刀工具的維修養護、不同刀具更換的操作規范等等，培養操作人員對突發情況和問題的判斷能力，提升刀具更換的安全性和準確性。

（4）設立緊急處理小組。由于更換刀具的危險系數較高，施工單位必須要制定緊急處理預案，設立緊急處理小組，降低意外發生的概率，同時加深施工安全在操作人員頭腦中的地位。

（5）開倉的審批流程。施工單位需要制定科學的開倉方案，并與其他崗位工作人員開會對方案的可行性進行討論，通常審批的流程為：機電部門總工和土木部門總工進行聯合確認后上報項目經理，項目經理確認方案無誤后，再上報到工程監理和業主手中，待雙方同時確認后即可打開倉門。這樣做不僅明確了各級崗位的責任制，而且提供施工單位的管理能力。

（6）更換刀具的具體步驟。一是清理刀盤。待倉門開啟后，操作人員需要先利用設備向內輸送7分鐘左右的高壓風，這樣既可以降低刀盤的溫度，還可以增加內部環境的氧氣值；然后再用水沖洗刀盤，尤其是更換刀片的位置；最后再利用螺旋輸送設備將碴放置到主軸承下部位置，為刀具的檢查提供便利。二是拆除刀具。操作人員需要應用大功率風動扳手拆卸刀盤上的螺絲釘，并將刀具運送回碴倉，需要注意的是操作過程需要以安全操作規范為基準，控制割槍內氧氣的流量和乙炔的流量，降低過度損壞的情況發生。三是組裝刀具。操作人員在重組刀具時，需要保證各個零件的干燥度和整潔度，對于拆除時的損傷應及時進行打磨和修復。

3.5 維修刀具的具體技術

（1）按照正確的步驟安裝刀圈。刀圈雖然是鋼制品，但其硬度和形變能力較好，且原材料中涵蓋許多元素。因此在安裝的過程中，需要根據刀體的大小匹配適當內徑的刀圈。通常情況下，安裝刀圈都是以熱裝為主，即將刀圈放置在烤箱中進行加熱。當溫度達到一定值時刀圈的延展性最好，此時將其放置在刀體的正確位置，冷卻后即可成功安裝刀圈。（2）檢查軸承及調整預緊度。盾構機設備的軸承是非常重要的部分，它可以根據施工條件而改變設備的手里方向，一般常用的軸承以直徑受力的圓錐軸承為主。軸承的故障一般都是外部環境的腐蝕和刀具的密封狀態，也可以適當調節刀具軸承的松緊度，使其能夠滿足工程的實際需求。（3）安裝的密封性和氣密性檢查。操作人員在安裝刀具時，需要在密封的條件下進行安裝，同時密封表面的光潔度也是需要關注的部分，平面度也要符合盾構機設備的實際需求，并且在開始安裝前，刀具及刀盤的整潔程度和研磨工作也是非常重要的。當結束維修刀具的工作后，需要在刀體中注入一定量的壓縮氣體，若在固定時間內氣壓可以維持在正常值，就說明刀體的氣密性優良。

4 結語

綜上所述，想要保障盾構機的工作性能和安全性，就必須要建立科學的管理制度，實現“專人專崗”，以培訓和考核為導向定期對技術人員進行考核，使其掌握專業的操作技能。另外，盾構機刀具的維修養護技術也是培訓中非常重要的內容，既可以保障操作人員的安全，還可以加快施工效率。