淺談盾構機刀盤不同區域的修復

李書鵬，李 偉

（洛陽九久科技股份有限公司，河南洛陽 471000）

0 引言

隨著我國軌道交通建設的大力發展，盾構法施工作為隧道建設的重要手段，以其安全、環保、高效的特點發揮著不可替代的作用。但地下施工的不確定因素較多，給盾構施工帶來諸多困難，由此導致刀盤磨損的情況時有發生。對此，在采取必要措施避免刀盤磨損的同時，也必須要加強對刀盤修復工作的研究。盾構機刀盤修復是一項復雜的系統性工作，根據刀盤結構和磨損程度的不同，其工作量和側重點亦有較大區別，刀盤的修復內容主要涉及刀盤體的修復、攪拌棒的修復、刀具的焊接以及刀盤外周圈板的修復等。。

1 刀盤體的修復

刀盤體的損壞形式主要以磨損為主，在修復時應根據損壞的位置和程度有針對性的制定措施，其重點在于一定要保證刀盤的強度和剛性，不能影響刀盤整體的受力結構。以修復某地鐵項目刀盤圓弧過渡區域的磨損（圖1）為例進行說明。

圖1 刀盤體圓弧過渡位置磨穿

1.1 刀盤體筋板的修復

（1）用紙板或薄鐵皮在筋板的磨損位置拓樣，畫出筋板磨損斷面的形狀，根據圖紙裁剪出各位置的磨損樣板，然后按樣板加工所需鋼板。為保證焊接質量，按樣板加工的鋼板的對接口兩側加工45°角焊接坡口，鋼板材料采用和原刀盤相同的材料（按原刀盤圖給定材料或取樣化驗）。

（2）將按樣板形狀加工的鋼板在對應位置分別點焊定位，用角磨機把焊縫位置的鐵銹和渣土等打磨清理干凈，要打磨出金屬光澤。

（3）焊接前用氧乙炔焰進行預熱，預熱溫度200～250 ℃。焊接時采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方式，盡量減小焊接變形，保證焊接質量和強度。

磨損及修復后的刀盤體筋板見圖2。

圖2 磨損及修復后的刀盤體筋板

1.2 刀盤面板的修補

（1）待刀盤圓弧過渡位置的筋板修復完成后，依次測量各磨穿位置刀盤面板的尺寸并用氧乙炔焰下料，然后在對應位置分別點焊定位，用角磨機把焊縫位置的鐵銹和渣土打磨清理干凈，要打磨出金屬光澤（圖3）。

圖3 按面板磨損尺寸氣割下料

（2）焊接前用氧乙炔焰進行預熱，預熱溫度200～250 ℃。焊接時采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方式，盡可能減小焊接變形。

需要注意的是，如果個別位置焊縫坡口較大則一定要采用“斷續間隔”的焊接方式，不能一次把焊肉填滿，否則極有可能產生焊接變形。

（3）刀盤面板補焊完成后，將補焊位置打磨清理干凈（圖4），然后敷焊耐磨網格（圖5），耐磨層著重覆蓋焊縫位置，以保證刀盤面板修補位置的耐磨性能。

圖4 補焊后的刀盤面板

圖5 刀盤面板敷焊耐磨網格

耐磨層的敷焊厚度最好控制在5 mm 以內，太厚的耐磨層受到巖渣的磕碰或沖擊易發生脫落掉塊的情況，太薄則耐磨儲量少，起不到保護刀盤面板的作用。

1.3 刀盤背面二次焊接

刀盤正面修復焊接完成后，將刀盤翻面，對刀盤補焊位置的背面焊縫進行焊接（圖6）。焊接前先用角磨機把焊縫位置打磨出金屬光澤，然后用氧乙炔焰進行預熱，預熱溫度200～250 ℃。焊接時采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方式，盡可能減小焊接變形。

圖6 焊接刀盤磨損位置背面的焊縫

2 刀盤攪拌棒的修復

刀盤攪拌棒的損壞形式主要有斷裂和磨損兩種，不同的損壞形式，其修復方法差別較大。

2.1 修復斷裂的攪拌棒

攪拌棒的斷裂位置一般發生在與刀盤接合的根部，修復時為保證焊接強度，一定要以“換新”為指導思想，以“嵌入式焊接”為修復原則，不能簡單的在斷口截面上施焊。下面以修復某地鐵項目斷裂的攪拌棒為例進行說明（圖7）。

圖7 斷裂的攪拌棒

（1）使用碳弧氣刨將攪拌棒殘存部分從根部刨割下來（圖8），刨割時一定要沿著攪拌棒一側的焊肉位置實施，盡量減小對刀盤的損傷，并且必須要刨割出一定的深度，使新加工的攪拌棒能嵌入刀盤內部，從結構上保證其根部的焊接強度。新加工的攪拌棒的材料一定要采用和刀盤體相同的材料。

圖8 從根部刨割斷裂的攪拌棒

（2）用角磨機將焊縫位置打磨清理干凈，要打磨出金屬光澤，然后將新加工的攪拌棒嵌入刀盤體內，并按圖紙尺寸點焊定位。

（3）焊接前用氧乙炔焰進行預熱，預熱溫度200～250 ℃。焊接時采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方式，盡可能減小焊接變形（圖9）。

圖9 焊接新的攪拌棒

需要注意的是，該位置焊縫尺寸一般較大，不準在焊縫處塞填鋼筋，避免對焊接強度產生嚴重影響。

2.2 修復磨損的攪拌棒

攪拌棒的磨損區域主要集中在外周方向，特別是與刀盤焊接的根部位置。在修復時要以“保證耐磨性”為指導思想，以“補焊”為修復原則。下面以修復某地鐵項目磨損的攪拌棒（圖10）為例進行說明。

圖10 攪拌棒外周區域磨損

（1）將攪拌棒磨損區域打磨清理干凈，要打磨出金屬光澤，然后測量攪拌棒的磨損量，采用窄焊道、薄焊層、多層多道的方法進行堆焊（圖11）。每堆焊一層后，都要進行測量，避免堆焊尺寸過大產生干涉。

圖11 攪拌棒磨損區域堆焊

（2）為保證攪拌棒整體的耐磨性能，堆焊完成后，將堆焊層表面的焊渣清理干凈，在焊肉表面敷焊耐磨網格（圖12）。

圖12 敷焊耐磨網格

耐磨層的敷焊厚度最好控制在5 mm以內，太厚的耐磨層受到巖渣的磕碰或沖擊易發生脫落掉塊的情況，太薄則耐磨儲量少，起不到耐磨保護的作用。

3 焊接型刀具的焊接

焊接型刀具指的是焊接在刀盤面板不同位置、起到切削或保護作用的刀具。其材料一般有Q345B 和42CrMo 兩種。其中Q345B 材料刀具的焊接注意事項與上述介紹的刀盤體和攪拌棒的一致，在此僅針對42CrMo 材料刀具更換焊接時的注意事項進行探討。

42CrMo 是一種高強度合金結構鋼，這種材料的可焊性較差，焊接時熱裂紋敏感性較大，稍不注意就會產生裂紋，且裂紋多集中于焊肉和刀具銜接的位置（圖13）。

（1）用碳弧氣刨將刀盤上損壞的焊接型撕裂刀刨割下來，刨割時盡量減小對刀盤面的損傷，否則會影響新刀的定位。

（2）將刨割位置的刀盤面打磨清理干凈，然后按設計尺寸將撕裂刀在刀盤面板上點焊定位。如果刨割時對刀盤面損傷較深，則需用焊肉填補后再打磨平整。

（3）焊接前用氧乙炔焰對焊縫位置進行預熱，預熱溫度嚴格控制在200～250 ℃。

（4）焊接時采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方法，且每層焊道焊接后，必須將焊縫周邊的焊渣和飛濺物打磨清理干凈。

（5）焊接完成后用保溫棉包覆，保溫緩冷（圖14）。

圖14 保溫緩冷

4 刀盤外周圈板的修復

刀盤外周圈板的損壞形式主要以磨損為主，如果磨損量較小，修復時僅敷焊耐磨層即可；如果磨損量較大，則需要貼焊耐磨板。下面以修復某地鐵項目刀盤圈板的磨損為例進行說明（圖15）。

圖15 刀盤圈板外周磨損嚴重

（1）將刀盤圈板外周打磨清理干凈，要打磨出金屬光澤，然后測量圈板的磨損量。

（2）根據圈板磨損后的外圓直徑，選擇適當厚度的耐磨板（HARDOX500），并輥壓成和圈板外圓相吻合的圓弧，同時要保證耐磨板外圓尺寸和刀盤新圈板外圓尺寸基本一致。

（3）根據圈板外周的結構形式裁割耐磨板，并在對應位置分別點焊定位。為加強耐磨板的焊接強度，可提前在耐磨板上氣割圓孔，焊接時采用塞焊方式用焊肉填滿。

（4）焊接前用氧乙炔焰對焊縫位置進行預熱，預熱溫度為200～250 ℃。焊接時宜采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方式（圖16）。

圖16 焊接后的耐磨板

5 結語

隨著盾構機在隧道建設中發揮越來越重要的作用，刀盤的損壞形式會越來越多樣，毫無規律可循，因此刀盤的修復內容包含但不限于本文所介紹的幾項，但其重點和難點都在于如何根據施工現場的實際情況制定合理的修復方案和規范有效的焊接工藝，這樣才能在保證焊接質量的前提下，恢復刀盤的各項功能。后續將繼續加強對刀盤修復工作的研究，總結刀盤的不同損壞形式的修復經驗，希望能為其他工程的刀盤修復提供借鑒和參考。