盾構(gòu)機(jī)刀具磨損類型和維修技術(shù)

摘要：在說(shuō)明盾構(gòu)機(jī)刀具磨損不良影響的基礎(chǔ)上，分別闡述了切刀、滾刀刀具磨損類型，詳細(xì)闡述了刀具選擇、刀具檢查、刀具更換、安裝滾刀刀圈、檢查調(diào)整滾刀軸承、檢測(cè)安裝質(zhì)量等方面的盾構(gòu)機(jī)刀具維修技術(shù)，可供隧道盾構(gòu)施工技術(shù)人員、盾構(gòu)機(jī)維修技術(shù)人員、盾構(gòu)機(jī)操作人員參考。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī);刀具磨損;維修技術(shù)

0" "序言

盾構(gòu)機(jī)具有施工效率高，對(duì)圍巖及環(huán)境干擾小等優(yōu)點(diǎn)，在隧道掘進(jìn)施工中得到了廣泛的應(yīng)用。為了確保盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行正常掘進(jìn)施工，施工單位應(yīng)當(dāng)配備相關(guān)維修設(shè)備和維修技術(shù)人員，操作人員應(yīng)了解刀具磨損規(guī)律、掌握刀具的正確使用方法、儲(chǔ)備一些維修知識(shí)和維修技能，維修技術(shù)人員應(yīng)能夠準(zhǔn)確判斷刀具磨損程度和磨損原因并采取及時(shí)、有效的維修方法予以修復(fù)。

1" "刀具磨損的不良影響

按照刀具作用機(jī)理來(lái)劃分，國(guó)內(nèi)盾構(gòu)機(jī)使用的刀具主要分為滾刀和切刀兩大類型。這兩種刀具的適用環(huán)境存在差異，滾刀主要用于硬巖掘進(jìn)，切刀主要用于軟土切削。受到盾構(gòu)掘進(jìn)施工的影響，特別是遇到硬巖和堅(jiān)固土層時(shí)，刀具會(huì)加快磨損直至損壞。刀具磨損嚴(yán)重時(shí)，就會(huì)降低盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度和施工效率，甚至?xí)o隧道盾構(gòu)的安全施工帶來(lái)不良影響。

2" "刀具磨損類型

2.1" "切刀磨損

根據(jù)技術(shù)規(guī)程的要求，在盾構(gòu)掘進(jìn)施工中使用切刀時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同地層設(shè)置合理的掘進(jìn)參數(shù)，例如刀盤轉(zhuǎn)速與主機(jī)盾體推進(jìn)速度的匹配、渣土改良方式的選擇等。若掘進(jìn)參數(shù)設(shè)置不合理，渣土改良方式選擇不正確，會(huì)造成切刀磨損。切刀磨損的類型主要分為4種，如下所述。

2.1.1" "正常磨損

在盾構(gòu)機(jī)持續(xù)掘進(jìn)過(guò)程中，推進(jìn)缸持續(xù)推進(jìn)。刀盤在推進(jìn)缸的推力和主驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，一邊前進(jìn)一邊旋轉(zhuǎn)，將掌子面的土體不斷切削下來(lái)。在切削過(guò)程中，刀具和刀盤不斷磨損，盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)速度越快，刀具和刀盤的磨損就越快。切刀磨損特點(diǎn)是從外向內(nèi)、由點(diǎn)到面磨損，刀盤外部刀具運(yùn)動(dòng)的線性距離比較長(zhǎng)，磨損量較大。相反，刀盤內(nèi)側(cè)刀具運(yùn)動(dòng)的線性距離短，磨損程度比較小。

2.1.2" "刀刃崩裂

如果遭遇硬質(zhì)巖石地層，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工會(huì)受到較大影響，尤其是當(dāng)巖石硬度大于切刀本身的硬度時(shí)，其刀刃就會(huì)崩裂。

2.1.3" "刀刃斷裂

在正式進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)施工之前，如果施工人員沒(méi)有查看地質(zhì)勘察報(bào)告、不了解施工區(qū)域的地質(zhì)情況，選擇了性能和材質(zhì)不符合施工實(shí)際的切刀、或者采用了劣質(zhì)切刀時(shí)，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工時(shí)會(huì)造成刀刃斷裂。

2.1.4" "刀頭掉落

切刀的硬質(zhì)合金刀頭鑲嵌在刀體的前端，如果鑲嵌質(zhì)量不合格或遇到堅(jiān)硬巖石地層時(shí)，均可造成其刀頭掉落，導(dǎo)致延誤盾構(gòu)施工。

2.2" "滾刀

滾刀是盾構(gòu)機(jī)隧道硬巖掘進(jìn)施工的常用刀具，其磨損概率較高。根據(jù)滾刀磨損的位置和原因，可將滾刀磨損分為4種類型，如下所述。

2.2.1" "刀圈磨損

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，滾刀出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)困難、刀圈結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問(wèn)題時(shí)，刀圈工作效率就會(huì)下降，進(jìn)而造成滾刀單邊或多邊刀圈的磨損。

2.2.2" "刀圈斷裂

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中遇到堅(jiān)硬地質(zhì)情況時(shí)，推進(jìn)缸的推力會(huì)增加，滾刀刀圈承受的沖擊力也隨之增加，會(huì)造成刀圈開裂。此時(shí)若操作人員未能及時(shí)停止作業(yè)，刀圈會(huì)從刀體上崩落。若操作人員沒(méi)有根據(jù)施工具體情況選擇規(guī)格適合的刀圈，也會(huì)造成刀圈斷裂。

2.2.3" "軸承磨損

軸承是滾刀的關(guān)鍵組成部分。相關(guān)研究表明，現(xiàn)階段我國(guó)滾刀的平均使用壽命為700h，配備軸承密封件的滾刀，其使用壽命可達(dá)900h。但是如果滾刀長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度作業(yè)，就會(huì)加速軸承及其密封件的磨損、縮短滾刀的使用壽命。

2.2.4" "密封不嚴(yán)

盾構(gòu)機(jī)在施工過(guò)程中，有的滾刀會(huì)出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。滾刀漏油后，泥沙就會(huì)沿著漏油縫隙進(jìn)入軸承密封裝置、浸入軸承內(nèi)部，加速軸承磨損。造成這一情況的根本原因就是滾刀軸承的密封有問(wèn)題。造成滾刀軸承密封件不嚴(yán)密的因素較多，如密封件質(zhì)量不合格、裝配不佳、磨損等。

3" "刀具選擇與檢修

3.1" "刀具選擇

刀具的性能和材質(zhì)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)能力影響很大。施工技術(shù)人員必須立足施工實(shí)際，綜合考慮地形、巖層與項(xiàng)目要求等多種因素，選擇性能良好，材質(zhì)穩(wěn)定的刀具，確保刀具的型號(hào)、性能、材質(zhì)符合施工實(shí)際需要。例如，掘進(jìn)施工需要采用大型刀盤進(jìn)行切削時(shí)，應(yīng)選用魚尾刀，并使魚尾刀的高度超出其他刀具600mm。

3.2" "刀具檢查

在盾構(gòu)機(jī)正式投入掘進(jìn)施工之前，施工技術(shù)人員要對(duì)刀具進(jìn)行全面檢查，檢測(cè)刀具質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，檢查刀具規(guī)格是否符合施工要求、刀盤與刀具是否存在問(wèn)題。刀具檢查方法如下：首先，對(duì)刀盤的磨損程度進(jìn)行評(píng)估，檢查滾刀軸承和密封件是否可以繼續(xù)使用，觀察刀盤面板、刀盤支撐、安裝刀具的輻條是否存在裂縫等缺陷。其次，檢測(cè)刀具是否結(jié)實(shí)耐用，是否穩(wěn)定地安裝在刀盤和輻條上。若發(fā)現(xiàn)刀具安裝不穩(wěn)定，要及時(shí)檢查連接螺栓是否松動(dòng)與磨損，并采取相應(yīng)維修措施。還要檢查滾刀的刀圈是否存在折斷或脫落現(xiàn)象，若有折斷或脫落應(yīng)及時(shí)更換，確保滾刀能夠正常使用。

3.3" "刀具更換

盾構(gòu)機(jī)在隧道掘進(jìn)施工中，如果發(fā)現(xiàn)刀具磨損，應(yīng)及時(shí)維修或更換，嚴(yán)格按照“合理、迅速、科學(xué)、安全”的原則進(jìn)行刀具更換作業(yè)。

3.3.1" "確定刀盤位置

維修人員在刀盤附近設(shè)置參照物，采用專用傳感器，精準(zhǔn)定位刀盤的位置。在更換刀盤時(shí)，不得將刀盤開口處對(duì)準(zhǔn)土倉(cāng)渣土口，以免威脅維修人員的人身安全。

3.3.2" "清理刀盤

如果刀盤面板出現(xiàn)泥餅或土倉(cāng)泥土發(fā)生板結(jié)，刀盤的工作效率就會(huì)受到影響。因此需要對(duì)刀盤進(jìn)行清理。根據(jù)地層地質(zhì)條件，選擇常壓開倉(cāng)或者帶壓開倉(cāng)環(huán)境清理刀盤和土倉(cāng)，從而保持刀盤的清潔性。

3.3.3" "拆除磨損的刀具

在完成刀盤清理工作后，拆除已經(jīng)磨損的刀具及其零部件。拆除時(shí)可采用風(fēng)動(dòng)扳手、氣割等專用設(shè)備，拆除刀具的螺栓、螺帽，并將拆除下來(lái)的刀具運(yùn)輸?shù)绞孪却_定的存放現(xiàn)場(chǎng)，集中統(tǒng)一進(jìn)行處理[1]。

3.3.4" "安裝新刀具

在安裝新刀具時(shí)，要將刀座螺栓孔徹底清理干凈，不能殘留泥沙和水，否則會(huì)影響新刀具緊固性和可靠性。在使用割除法時(shí)，要注意不要傷害焊接刀具的主體結(jié)構(gòu)，如果有損傷，應(yīng)修復(fù)損傷部位。

3.4" "安裝滾刀刀圈

滾刀刀圈通常選用含有鉻、錳、釩的模具鋼制作，以此提高刀圈的硬度和耐磨性能。在對(duì)磨損的滾刀更換刀圈時(shí)，維修人員應(yīng)根據(jù)刀體上與刀圈配合外圓的尺寸選擇刀圈，同時(shí)采用熱裝方式安裝刀圈。刀圈的熱裝過(guò)程如下：采用工業(yè)烤箱將刀圈加熱到熱膨脹所需溫度，使刀圈內(nèi)圓受熱膨脹到大于滾刀刀體上的配合外圓之后，立即將刀圈裝配到滾刀刀體上。待刀圈冷卻后，刀體與刀圈即可達(dá)到預(yù)期的過(guò)盈配合。

3.5" "檢查調(diào)整滾刀軸承

由于地下工況復(fù)雜，滾刀軸承需要承擔(dān)較大的沖擊力。如果發(fā)現(xiàn)滾刀軸承磨損，可判斷滾刀及其密封件均已磨損，應(yīng)及時(shí)更換軸承及其密封件，并調(diào)整軸承的游隙。為了提高軸承承受沖擊力的性能，應(yīng)選擇圓錐滾子軸承，雙列或四列圓錐滾子軸承為最佳選擇。選用“密封+防塵”新型密封技術(shù)，能夠延長(zhǎng)軸承使用周期，降低潤(rùn)滑劑損耗，實(shí)現(xiàn)控制施工成本的目標(biāo)[2]。

3.6" "檢測(cè)安裝質(zhì)量

嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范和要求進(jìn)行刀具安裝作業(yè)，并對(duì)刀具安裝質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。要特別注重滾刀密封件的安裝作業(yè)，要將滾刀密封處仔細(xì)清理干凈，并將密封件正確安裝到位。滾刀完成安裝后，應(yīng)采用氣密性檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)滾刀密封部位的氣密性，以此判斷滾刀的安裝質(zhì)量。經(jīng)檢測(cè)判定滾刀的氣密性合格后，方可在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工中使用。

4" "結(jié)語(yǔ)

綜上所述可知，刀具磨損是盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中無(wú)法回避的問(wèn)題之一。在刀具嚴(yán)重磨損后，維修技術(shù)人員應(yīng)判斷刀具磨損的類型、分析磨損的原因，采取有針對(duì)性的維修技術(shù)，及時(shí)修復(fù)或更換磨損嚴(yán)重的刀具，為盾構(gòu)機(jī)順利進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)提供有力支持，實(shí)現(xiàn)提高盾構(gòu)施工效率和降低施工成本的雙重目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 夏常遠(yuǎn).盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中刀具磨損及維修措施探討[J].設(shè)備管理與維修，2020（16）：60-61.

[2] 崔笑天.盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中刀具磨損檢查與維修技術(shù)分析[J].中國(guó)設(shè)備工程，2019（21）：68-70.