分瓣式刀盤的洞內拆卸探討

（中鐵工程裝備集團有限公司，河南 鄭州 450016）

在新加坡地鐵隧道施工過程中，大多數盾構在施工完成后都要面臨洞內拆機的情況，需要將整個盾構的所有設備從施工完成的隧道內拆除和運輸，結合盾構自身特點和洞內的空間條件，通過設計合理的盾構刀盤結構以及合理的拆卸方案保證刀盤的二次利用。下面以新加坡T311 項目為例詳細介紹刀盤的設計及拆卸過程。

1 刀盤設計校核

結合新加坡的施工要求以及后期的恢復的便利性，特設計了新型的刀盤結構，如圖1 所示，將刀盤總體分為3 塊，2 塊面板，刀盤扭腿和法蘭為1 塊。

圖1 刀盤分塊圖

2 個面板之間通過螺栓和定位銷進行連接，大大減少了后期的焊接的工作量。對刀盤分塊的連接螺栓進行有限元強度計算，校核其是否滿足強度要求，如圖2 所示，對刀盤模型劃分網格。

圖2 刀盤模型網格劃分

計算結果如圖3 所示，最大等效應力發生在最外側連接螺栓上，大小為177.3MPa。螺栓為10.9 級高強度螺栓，材料屈服強度為900MPa，許用應力為630MPa，因此螺栓滿足強度要求。

圖3 刀盤連接螺栓有限元分析

由于刀盤在實際使用過程中會發生刀盤的正反轉，為了提高扭腿與面板之間的連接強度，面板和刀盤采用螺栓加焊接的方式，對螺栓及焊縫的強度進行計算，計算過程如下。

1）忽略焊縫的影響，只考慮扭腿法蘭上的螺栓預緊力，定義螺栓預緊力產生的摩擦力為F1，F1能夠傳遞的F1矩為T1。

式中P——M36 螺栓預緊力；

μ——法蘭間的摩擦系數；

n——螺栓的數量；

ri——螺栓中心到刀盤中心的距離（圖4)。

圖4 螺栓中心到刀盤中心的距離圖

2）在沒有螺栓的情況下，扭腿法蘭上的焊縫能夠承受的最大剪切力為F2。

如圖5所示，計算刀盤扭腿處焊縫連接強度。

圖5 刀盤扭腿與面板的焊接情況

件68 尺寸如圖6 所示，因其與件67 采用圓周角焊縫連接，焊縫計算長度為Σlf=2794mm；焊接計算高度為hf=23mm；焊接時，Q345B 材料的焊接許用切應力為[τh]1。

圖6 件68尺寸圖

式中 [σ]為Q345B 材料的最大許用應力。

計算得到焊接時焊縫承受的最大剪切力

以焊縫距中心最小距離為力臂L2=1.348m，則焊縫可提供的力矩為

根據栓焊理論計算栓焊強度比a為

在此種焊縫承載力遠大于螺栓承載力的情況下，螺栓承載力充分發揮，可達自身能力的98%～100%，在總扭矩T=6000kNm力矩的情況下，螺栓承受5 305.23～5 413.5kNm 的扭矩，焊縫承受的扭矩為T2′=T-T1=6000-5413.5（5305.23）=586.5～694.77kNm。按照螺栓承受最小的扭矩計算、螺栓可承受88%的扭矩，焊縫承受12%的扭矩。T2′＜T2′因此實際情況焊縫承受較小的扭矩，但有充足的余量，滿足工況使用要求。因此扭矩主要是靠連接螺栓承受，焊縫作為輔助連接作用，平鍵作為安全保障。

2 刀盤拆卸

2.1 刀盤拆卸準備

盾構完成掘進后，主機進入加固區，要保證在拆機時地質穩定，并且防止地下水泄露將隧道淹沒。通過超挖刀將加固區內單邊擴挖100mm，之后通過主動鉸接將主機進行后退，保證刀盤前部有一定的操作空間。停機時將刀盤面板的分塊法蘭水平放置，刀盤面板小塊在上，大塊在下。將刀盤上的可拆卸的刀具進行拆除，例如滾刀、刮刀等，以減輕刀盤的重量，并且為刀盤拆卸騰出空間，拆除刀盤以外的其余部件，并運出洞外。

如圖7 所示，在拆卸主驅動之前將刀盤與盾體進行固定，采用12 個固定的卡板，分別將刀盤的四周進行固定。

圖7 刀盤與盾體的固定卡板

2.2 刀盤扭腿拆卸

在盾體和扭腿上選擇合適的吊點懸掛倒鏈，將扭腿和面板之間的焊縫刨除，并松掉螺栓；利用倒鏈將刀盤扭腿放置在運輸車上，并將其運出洞外（圖8）。

圖8 刀盤扭腿的拆卸過程

2.3 刀盤上塊拆卸

如圖9 所示，在刀盤的上塊、下塊分別焊接5 個吊耳，5 個吊耳分別布置在刀盤的中間、左下、右下、左上、右上，用于拆卸時調節使用，左下、右下和中間的吊耳懸掛20t 的葫蘆，在右上和左上的吊耳懸掛10t 的葫蘆。

在下塊上懸掛倒鏈并拉緊，將下塊的卡板割除，拆除上塊和下塊的連接螺栓，慢慢地下放下塊，將下塊落到底，之后再將下塊用卡板進行重新固定，保證下塊不會傾倒。

在上塊上懸掛倒鏈并拉緊，將上塊的卡板割除，利用上塊上的5 個倒鏈慢慢下放上塊，并傾斜上塊，將一側慢慢移近盾體內部，并慢慢旋轉，將上塊一側全部慢慢移入盾體，并將上塊平放。

圖9 刀盤上的吊點布置

圖10 刀盤上塊的拆卸過程

2.4 刀盤下塊拆卸

下塊的拆卸與上塊的拆卸類似，同樣利用5個倒鏈慢慢將下塊拆卸完成，并放置到運輸車上。

3 結語

新加坡T311 項目刀盤的設計以及拆機得到了成功的應用，但是由于洞內拆卸刀盤的情況復雜多樣，這種方式也有局限性，希望可以為類似的工程提供參考價值。