盾構機軟土刀盤改造復合刀盤

馬俊江 孫相志

摘 要：介紹了一種在隧道施工中用于開挖隧道的掘進機刀盤改造，本文主要針對將6米盾構機刀盤由軟土刀盤改造為復合刀盤的設計，分別從其結構改造設計、重新布置刀具設計，以及其改造的工藝過程。

關鍵詞：盾構機;軟土刀盤;復合刀盤;結構;刀具布置

1刀盤改造概述

盾構機是隧道施工機械設備，通過刀盤旋轉切削隧道土體實現隧洞開挖，并通過主推進油缸的推進力實現隧道掘進。所以盾構機刀盤在施工中的作用就顯得尤為重要，因為各個地域的隧道地質不同，所以盾構機設備需要針對不同的地質要求針對性設計確定符合掘進對應地層的要求。由于近些年環保意識和環保政策的發展促進，使得工程機械再制造產業有很大發展，盾構機行業也不例外，隨著全國隧道行業大發展，現在盾構機的市場保有量很高，所以再制造也就隨之興起，這樣既能環保又能很大程度上降低制造成本。下面主要介紹一種6米軟土刀盤改造為復合刀盤的過程和特點。

2刀盤分類介紹

2.1軟土刀盤

切削型刀具適用于未固結成巖的軟土地層和某些全風化或強風化的軟巖地層，一般破巖能力在單軸抗壓強度20MPa以下。對于如上海地區、天百津、西安、鄭州等均一的軟土地層，通常只使用刮刀和撕裂刀配合使用就可以了。這類刀盤度結構相對簡單，通常稱為輻條式刀盤或軟土刀盤。

2.2復合型刀盤

在盾構施工工程中，大部分地層往往是有軟巖也有硬巖，一段軟一段硬，或上軟下硬、密實膠結卵石土等軟硬不勻的地層，這種地層在廣州地鐵、深圳地鐵、成都地鐵、北京地鐵工程江底版隧道中普遍存在，這時刀盤配備的刀具不但要有滾刀，還要有刮刀和撕裂刀，即可安裝滾刀，也可安裝切削刀，這樣的刀盤通常稱為復合刀盤或混合刀盤。如廣州地鐵盾構刀盤，刀具的合理選擇和應用在這類刀盤上也顯得尤為必要。

2.3全斷面硬巖刀盤

盤形滾刀適用于硬巖地層，對于均一的全斷面硬巖地層通常只用滾刀（配以刮板），鐵路、公路隧道、引水工程隧道常常是這類地層。作成的刀盤通常稱為硬巖刀盤或TBM刀盤，目前主要是17寸盤型滾刀。

3軟土刀盤改造復合型刀盤

因為目標工程的地質要求，刀盤應該選用復合型刀盤，所以需要將一個庫存軟土刀盤改造為復合型刀盤以適應目標地層。

舊軟土刀盤是常規設計的六輻條軟土刀盤，如圖1所示。

1.60度滾刀輻條;2.240度滾刀輻條;3.30度外周滾刀輻條;4.90度外周滾刀輻條;5.150度滾刀輻條;6.210度外周滾刀輻條;7.270度外周滾刀輻條;8.330度滾刀輻條;9.保徑滾刀;10.60度和240度異形輻條板;11.內圈板;12.輻條補強板;13.外圈板;14.補強筋板。

原軟土刀盤為六輻條，開挖直徑Φ6590mm配備刮刀和撕裂刀，刀盤配有中心泥材注入口一個、輻條泥材注入口五個，仿形刀兩把，磨損檢測刀具兩把，攪拌翼五個，刀盤盤體與主驅動連接法蘭通過牛腿連接。

改造方案需要實現：刀盤開挖直徑Φ6385mm，17寸滾刀軌跡布滿盤面滾刀刀具90mm，同時配備軌跡布滿盤面的刮刀和撕裂刀，配備中心泥材注入口一個、輻條泥材注入口五個，仿形刀兩把，磨損檢測刀具一把。根據改造方案要求，需要對刀盤主體結構進行很大改動，盤體結構改造如下：為了布置滾刀，首先需要將60度刀盤輻條和240度刀盤輻條連同牛腿管切除，新制60度和240度異形滾刀輻條板與主驅動法蘭焊接，如圖2所示，并增加150度和330度滾刀輻條與60度和240度滾刀輻條垂直焊接，新增30度、120度、210度和270度外周滾刀小幅條，增加內圈板和各輻條補強板，新制外圈板。在焊接新輻條結構時，應該用滾刀刀箱或工裝作為輻條支撐，防止焊接變形。將盤體結構改造后，就能實現滾刀布刀。

刀盤的主體結構改造后，來看下滾刀的布置，如圖3和圖4所示。

從圖3和圖4可以看出，滾刀已經完全布滿盤面，滾刀刀高165mm而且滿足刀具90mm，中心采用2組雙聯滾刀作為中心刀箱，中心刀偏心49mm，刀盤外周傾斜的3道滾刀軌跡采用偏心滾刀得以實現其軌跡線。配合滾刀的正面撕裂刀刀高150mm，正面刮刀刀高145mm，保徑滾刀刀高110mm，保徑撕裂刀刀高110mm，保徑刮刀刀高90mm。這樣改造后可滿足各種刀具的布置要求。最終計算刀盤開口率約45%左右，可滿足施工要求。

4泥材注入口和攪拌翼重新布置

由于刀盤結構和刀具布局變化很大，所以刀盤的注入口和攪拌翼的位置也要隨著盤體結構的改變而發生變化，具體如圖5所示。

5結語

綜上所述，該刀盤改造方案是可行的，這樣既能縮短制做工期還能節能環保。由軟土刀盤改造為復合刀盤后，該復合刀盤可以在軟巖加硬巖或密實膠結卵石土等軟硬不勻的地層中掘進，為施工質量和進度提供有力保障。