富水巖溶發育堅硬地層盾構刀盤修復技術研究

周旋 雷波 熊若愚

（中建鐵路投資建設集團有限公司，北京 102600）

一、工程基本概況

本工程盾構法區間單線長度約為770m，線路埋深9.31m～15.72m。該區間地下水為填土中的上層滯水、潛水及基巖裂隙水，且潛水及基巖裂隙水兩層連通。區間地層為黏土、中風化泥灰巖及中風化灰巖復合地層，其中泥灰巖、灰巖均含有巖溶，且較為發育，鉆孔見洞率75.7%，溶洞主要以充填型為主，充填物為硬可塑狀褐黃黏土夾灰巖碎塊。干燥單軸抗壓強度平均值fr=47.99MPa，飽和單軸抗壓強度平均值fr=36.12MPa（范圍12.01MPa～109.35MPa）。

二、刀盤刀具損壞情況

區間右線掘進時，經開倉檢查存在正面滾刀崩刃、中心滾刀磨損嚴重、刀箱隔板與刀梁焊接處，刀盤扭腿與回轉中心面板及刀盤結構連接處均出現裂紋，扭腿焊縫處裂紋長度25～30cm,寬度約1mm，大圓環處的裂縫為貫穿性裂縫，裂縫從圓盤內圈延伸至外圈，長度約40cm,寬度約5mm，深度約7cm。經開倉檢查，情況如下。

刀箱磨損

泡沫管損壞

滾刀磨損

刀盤裂紋

經綜合考慮地層情況、盾體上部覆土厚度及盾構開倉作業條件驗收專家論證會議判定區間右線刀盤所處地層穩定，掌子面無坍塌風險，修復均采用常壓開倉作業。

三、刀盤刀具修復

（一）靜力破碎工藝

掌子面與刀盤之間間隙小，且斷面中心巖石嵌入中心刀箱，考慮掌子面圍巖強度高，常規風鎬施工困難，采用靜態爆破法為修復創造作業面，然后進行刀盤刀具修復。

為保證人員安全，采用SCA 破碎劑靜態爆破圍巖，空間開挖總尺寸3m 寬、3m 高、2m 深（深度指向掌子面方向）根據土倉施工作業面特點，爆破順序分步從區域1 至區域3，從外向內分兩層打孔，每層孔深1 米，每次打、鉆孔埋藥1 m2區域范圍。如圖所示先對1 區域A 組孔裝藥破碎，依次分別推遲12～24h，對B、C…孔裝藥破碎。

掌子面開挖空間側視圖、正視圖 靜態破碎斷面布孔圖

（二）刀盤刀具修復

1.刀盤結構修復。（1）刨除中心區域磨損滾刀刀箱、刮刀刀座、加強筋板，對磨損刀梁進行打磨或火焰切割，打磨完后測量磨損刀梁各部位剩余寬度。（2）通過測定數值現場校核每塊鋼板下料尺寸，并進行局部修整。（3）運送結構鋼板至洞內，并復核好平面度、位置及尺寸。

2.新滾刀刀箱定位和焊接。（1）需根據刀盤總圖明細表，分別采購相應數量中心雙聯滾刀刀箱及安裝所需螺栓。（2）在拼焊中心滾刀刀箱時，短中心刀箱可以在地面拼焊完成，由人倉運入土倉內部，長中心刀箱需在土倉內部完成拼焊。（3）考慮土倉作業環境，滾刀刀箱定位時，可根據刀箱背部進行定位，具體根據刀盤已安裝滾刀刀箱，使重新定位滾刀刀箱背部與已安裝滾刀刀箱均處于同一平面；針對中心滾刀刀箱，若刀盤中心結構未產生變形，則可以根據舊刀箱位置做標記定位，或者通過工裝或重錘線，使單刃滾刀刀箱安裝新刀后，該刀尖與中心滾刀刀箱安裝新刀刀尖處于同一平面。

3.新制刀盤噴口，定位和焊接。（1）新制損壞掉落刀盤噴口。（2）定位并焊接固定刀盤噴口，同時管路與噴口焊接，管路焊接完后，需焊接直徑10mm 的鋼板對管路進行保護。（3）安裝倉內軟管、軟管保護L型馬凳及兩半扣。

4.攪拌棒修復。（1）刨處原攪拌棒。（2）對刀盤及攪拌棒焊接部位進行打磨，對攪拌棒進行定位、焊接。

5.刮刀刀座定位、焊接。（1）對刮刀刀座及刀盤上安裝位置進行打磨，確保焊接面露出金屬光澤。（2）按照刀盤結構總圖刮刀布置位置對刮刀刀座進行定位、焊接。

6.刀盤裂紋修復。（1）先修復扭腿裂紋-副梁裂紋-大圓環裂紋-刀箱板裂紋-刀箱和刮刀座裂紋,再鉚焊扭腿加強板-加強環筋-刀箱加強板-管路蓋板-切割攪拌棒。（2）裂紋修復探傷合格后，再鉚焊加強筋板。并按上述順序焊接，防止因焊接應力造成裂紋擴展，焊縫對稱返修，過程中需旋轉刀盤到合適焊接位置。（3）焊縫氣刨沿著裂紋方向，將裂紋清除干凈，氣刨深度要多于裂紋深度3～5mm，根部刨成圓角，防止焊接時出現未熔透或夾渣現象，裂紋刨除后用著色或磁粉探傷檢測裂紋是否清除完全，若還有裂紋，則按上述要求反復操作，直到裂紋清除干凈。（4）焊接，采用二氧化碳氣體保護焊，焊絲：THY-51B，φ1.2；平焊、橫焊：I=180～270A，U=26～33V，L=15～20L/min，V=20～45cm/min；立 焊：I=140～170A，U=18～25V，L=15～20L/min，V=10～25cm/min；焊接注意事項：焊前對焊接區域20mm 范圍內進行打磨清理，不允許存在油污、銹等其它雜質；焊前預熱，預熱范圍為坡口兩側100mm，預熱溫度100～150℃，采用遠紅外測溫儀進行溫度檢測；焊接過程中必須進行層間清理，層間溫度不高于250℃。焊后保溫棉保溫緩冷。（5）焊后探傷，要求扭腿焊縫和大圓環焊縫進行UT（超聲檢測）和MT（磁粉檢測）探傷，其余焊縫進行MT 探傷，并符合相關驗收標準。（6）刀盤裂紋修復具體做法如下。根據實際需求，將刀盤旋轉至合適位置，旋轉刀盤時人員必須離開土倉內。刀盤扭腿及刀箱焊縫裂紋修復時按照裂紋方向開約35°的坡口，并且坡口兩側必須打磨干凈，然后按照要求焊接并探傷。

①在扭腿與環梁底座增加4 塊鋼板，注意焊接面清潔。

②增加一整圈環筋，注意焊接過程的定位與焊接面清理。

③大圓環開裂處按圖現場開坡口，按照工藝要求焊接。

④滾刀刀箱底部加強板按照如圖所示焊接增加。

⑤由于刀盤攪拌棒彎曲變形，可現場割除150mm 長度，防止與螺旋機干涉。

⑥現場管路蓋板掉落的，需新制蓋板并重新安裝。