房山線北延盾構(gòu)刀具磨損檢查與修復(fù)技術(shù)

王智 白朝旭 王金明

摘 要：北京房山線北延線首經(jīng)貿(mào)站—豐益橋南站區(qū)間左線盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至 130 環(huán)后，盾構(gòu)推力持續(xù)增大，掘進(jìn)困難。施作檢修井后發(fā)現(xiàn)刀盤刀具磨損嚴(yán)重，為此制定刀盤檢修方案對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具進(jìn)行檢修，檢修后盾構(gòu)各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)趨于正常，施工進(jìn)展順利。文章針對(duì)刀具磨損嚴(yán)重原因進(jìn)行分析，提出刀盤更換修復(fù)技術(shù)方案，以期對(duì)類似盾構(gòu)隧道施工具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;盾構(gòu);刀盤刀具;磨損;檢修

中圖分類號(hào)：U213.9

1 工程概況

首經(jīng)貿(mào)站—豐益橋南站盾構(gòu)區(qū)間自豐益橋南站始發(fā)，下穿16號(hào)線換乘站后橫穿京滬鐵路及西三環(huán)南路，然后沿芳菲路向南到達(dá)首經(jīng)貿(mào)站北端盾構(gòu)接收井，最后平移至盾構(gòu)井處吊出。

區(qū)間隧道穿越的地層主要為卵石層，其特點(diǎn)為：雜色，稍濕～飽和，密實(shí)，呈亞圓型，母巖成份以石英巖、砂巖及花崗巖為主，含量約占55%～60%，一般粒徑20～190mm，最大粒徑約210 mm，含約10%～20%的中粗砂及少量黏性土充填。

根據(jù)詳勘報(bào)告及現(xiàn)場降水井水位數(shù)據(jù)，本次勘察揭露的深度范圍內(nèi)的地下水主要為潛水，水位埋深23.5～33.2 m，檢修井水位標(biāo)高約為20.4 m，含水層主要為卵石層，由于潛水受大氣降水影響較大，水位有一定的變化，變化幅度一般為2～3 m。地下水位在隧道中心以下1 m。

2 刀盤檢查

盾構(gòu)左線始發(fā)下穿加固區(qū)直徑1 m 的C20素混凝土樁1排，下穿16號(hào)線車站直徑1 m 的C30混凝土玻璃纖維圍護(hù)樁2排。下穿老豐草河后，55環(huán)開始下穿永豐、京滬鐵路，112環(huán)開始下穿鐵路，從130環(huán)開始盾構(gòu)機(jī)推力持續(xù)增大，為此，在161環(huán)停機(jī)，采用人工挖孔方式對(duì)刀盤進(jìn)行檢修。

2.1 盾構(gòu)檢修井施作

根據(jù)檢修井施作計(jì)劃，施作內(nèi)徑為1.8 m、護(hù)壁厚度為150 mm、深度為24.508 m的檢修井，如圖1所示。檢修井場地位于西三環(huán)與永豐京滬鐵路東南角拆遷空地內(nèi)，檢修井采用人工挖孔井作業(yè)，刀具檢修完成后立即回填檢修井并恢復(fù)盾構(gòu)推進(jìn)。

2.2 刀盤磨損情況

根據(jù)檢修井觀察，刀具磨損較為嚴(yán)重，需更換。磨損較為嚴(yán)重的刀具集中位于外周圈，內(nèi)圈刀具基本無磨損。外周圈12把保徑刀已全部磨損，如圖2所示。最外側(cè)2圈主切刀磨損較為嚴(yán)重，如 圖3所示。

3 刀盤磨損原因分析

（1）盾構(gòu)左線始發(fā)下穿加固區(qū)直徑1 m 的C20素混凝土樁1排，下穿16號(hào)線車站直徑1m 的C30混凝土玻璃纖維圍護(hù)樁2排，對(duì)刀具磨損嚴(yán)重。

（2）盾構(gòu)隧道與16號(hào)線豐益橋南站維護(hù)樁夾角為102°，使得盾構(gòu)推進(jìn)過程中左、右側(cè)刀盤受力不均勻，對(duì)刀具磨損、刀具結(jié)構(gòu)有較大影響和破壞。盾構(gòu)與樁關(guān)系示意圖如圖4所示。

（3）樁體對(duì)保徑刀刀座磨損嚴(yán)重。圍護(hù)樁體混凝土標(biāo)號(hào)較高，盾構(gòu)推進(jìn)過程中對(duì)耐磨焊層磨損較大，耐磨焊層磨損完后更進(jìn)一步加快刀盤母材及刀具的磨損;盾構(gòu)推進(jìn)土層為卵石，當(dāng)耐磨焊層磨損后，盾構(gòu)推進(jìn)過程中土體中的卵石撞擊刀具導(dǎo)致合金塊脫落，刀具破壞嚴(yán)重。

（4）16號(hào)線車站圍護(hù)樁在盾構(gòu)掌子面內(nèi)樁體為玻璃纖維筋，其余為鋼筋。施工中圍護(hù)樁位置可能存在偏差，盾構(gòu)刀盤可能切割鋼筋混凝土樁。

4 刀盤更換修復(fù)技術(shù)方案

4.1 刀具更換

需更換刀具包括，刀圈保徑刀12把，刀圈保護(hù)刀18把，主切刀保徑刀12把，輻條第2圈主切刀12把，總計(jì)54把刀具，如圖5所示。刀具更換過程如下。

（1）刀圈保護(hù)刀在刀盤外側(cè)刨除凹槽后焊接，刀圈保徑刀焊接完畢后高出盾殼15 mm，以保證開挖直徑。

（2）刀圈保徑刀底座與外刀圈平齊，端頭傾斜，以盾殼為基準(zhǔn)，高出盾殼20 mm。

（3）刀具焊接完畢后兩側(cè)加擋塊，高度比刀具低10mm。

（4）刀具更換完畢后，對(duì)刀圈進(jìn)行耐磨焊加固。

（5）保徑刀焊接縫需用耐磨焊保護(hù)，對(duì)刀盤耐磨層磨損部位補(bǔ)充耐磨焊。

（6）耐磨板焊接時(shí)將原有耐磨層清除干凈，在耐磨板四周焊接，焊縫高度與耐磨板厚度一致。

（7）保徑刀兩側(cè)擋塊需耐磨板保護(hù)，耐磨板采用網(wǎng)格狀4面全面焊接，保徑刀刀座兩側(cè)根據(jù)實(shí)際情況增加耐磨板。

更換后的刀具如圖6、圖7所示。刀具更換完畢后，盾構(gòu)推力趨于穩(wěn)定，盾構(gòu)推進(jìn)速度加快，沿線上覆地面變形穩(wěn)定。

4.2 刀具更換修復(fù)施作要求

（1）在工作井內(nèi)對(duì)刀具進(jìn)行焊接，空間狹小，需要合理安排設(shè)備和器具，以保證作業(yè)人員對(duì)刀盤進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)有適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)空間，下井人員為2人（1個(gè)焊工和1 個(gè)配合人員），地面1人，換刀位置定于12點(diǎn)方向。

（2）為保證換刀人員的安全，只有確認(rèn)換刀人員和所有設(shè)備器具從護(hù)壁內(nèi)撤出后才能旋轉(zhuǎn)刀盤，刀盤旋轉(zhuǎn)位置可從操作屏幕中的仿形刀位置推算出。

（3）做好工具、材料的準(zhǔn)備。包括工具（焊接設(shè)備、起重設(shè)備等物料）的搬運(yùn)，焊接、切割設(shè)備接線（注意防止焊接設(shè)備漏電），安裝坑內(nèi)起重裝置（如起重葫蘆等）和工作平臺(tái)，安裝通風(fēng)換氣設(shè)備。

（4）注意工具及物料搬運(yùn)安全，保證井下和井上的協(xié)調(diào)配合，時(shí)刻檢查運(yùn)輸設(shè)備的良好性。

（5）換刀人員與盾構(gòu)機(jī)操作人員通過對(duì)講機(jī)時(shí)刻保持聯(lián)系，盾構(gòu)機(jī)操作人員要操作準(zhǔn)確、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，保證刀盤停留的位置有利于刀具檢查、更換和減少對(duì)周邊土體的擾動(dòng)。當(dāng)?shù)侗P處積土很多時(shí)，要排出適量的土體，以利于刀具檢查、更換作業(yè)。

5 結(jié)語

北京房山線首經(jīng)貿(mào)站—豐益橋南站左線盾構(gòu)掘進(jìn)過程中推力較大，盾構(gòu)掘進(jìn)困難。經(jīng)施作盾構(gòu)檢修井對(duì)刀盤刀具進(jìn)行檢查，并對(duì)刀具磨損原因進(jìn)行分析，制定了刀具更換修復(fù)方案及施作要求。刀具更換修復(fù)后，盾構(gòu)各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)恢復(fù)正常，掘進(jìn)速度加快。本次盾構(gòu)刀盤檢修工作對(duì)后續(xù)盾構(gòu)右線以及類似的盾構(gòu)隧道施工有一定借鑒意義。

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收稿日期 2019-03-06

責(zé)任編輯 朱開明