盾构机掘进中刀具损坏及维修措施探讨

盾构机掘进中刀具损坏及维修措施探讨

陈洪波

河南郑州中铁隧道股份有限公司

摘要：在盾构机掘进过程中当遇到一些硬岩地段时，极易造成刀具和刀盘的损坏，因此需要掌握换刀及刀盘修复技术。文中从盾构刀具损坏形式、刀盘刀具的检查和更换，以及刀具维修措施进行了具体的阐述。

关键词：盾构机掘进；刀具损坏；维修措施

引言

在隧道工程掘进过程中，盾构机以其遍效、安全和优质等优点，使用越来越广泛，但在具体掘进过程中盾构机会遇到各种复杂的地形，特别是底层具有较大的变化，因此需要根据地质条件来选择刀具，并进于刀盘的配置，这不仅有利于刀具的使用寿命，而且对工程的顺利进行也具有非常重要的意义。

一、盾构机掘进中刀具损坏形式

1、刀圈偏磨

这是刀具非正常损坏的主要形式，是指在掘进过程中刀圈表面被磨成一条或几条弦。刀圈偏磨主要是因为轴承损坏或浮动密封损坏，导致岩屑或铁屑进入刀体，使得轴承不能正常转动，进而刀圈也不能正常转动，引起刀圈的偏磨。

2、刀圈断裂

一般是由于在掘进过程中出现大块岩石掉落，砸到刀圈；或者由于刀盘其他零件（如铲齿等）脱落而卡在刀刃与岩壁或两个刀刃之间；或者由于隧道掌子面围岩变化较大都会导致刀圈因为局部过载而使得刀圈所受应力集中，产生断裂。在施工过程中应注意观察前往围岩情况，合理调节掘进参数，以减少出现大块岩渣掉落的情况。

3、刀圈卷刃

是指在隧道围岩比较坚硬，岩石抗压强度比较大时，为了顺利掘进，推进力增大，导致刀具受力过大，引起刀圈卷刃；或者因为刀圈材质软，韧性不够大而造成刀圈卷刃。针对此种损坏形式，一方面需要增强刀圈的韧性，硬度等特性使其适应更加坚硬的岩石；另一方面在掘进过程中遇到坚硬岩石时，应合理调节掘进参数，降低贯入度和刀盘转速并且降低刀盘推进力，这样就可以最大限度地降低刀圈卷刃的发生。

4、刀圈崩刃

刀圈崩刃一般发生在岩石较硬的情况下，这是因为此时刀圈与岩石的接触力较大，刀圈表面因为受力过大而出现崩刃现象。另外当刀圈材质较硬、较脆时其表面也容易出现崩刃现象。针对此种情况，一方面合理选用刀圈硬度、韧性等特性，一方面合理调节掘进参数，在每一环掘进的初始阶段，应使刀圈与岩石接触时的推进速度不至过快，推进力不至过大，以最大程度地降低刀圈崩刃情况的发生。

5、浮动密封损坏

浮动密封失效的形式主要有三种：一是由轴承等零件损坏后产生的金属粉末进入润滑油，进而进入密封环之间，造成浮动密封环之间过渡磨损而失效；二是橡胶圈硬化而失去弹性，达不到密封面所要求的压力；三是装配刀具时，由于防尘不到位，使得密封之间进入金属颗粒。针对以上情况，在装配刀具时要注意防尘，防止金属颗粒进入刀具内部，另外要对刀具进行定期检查，每次拆装刀具时尽量保证更换新的浮动密封，以保证刀具的可靠性。

二、盾构机掘进中刀具损坏的检查

1、刀盘检查

需要对刀盘具体磨损程度、主轴承及密封油脂情况、刀盘面板和辐条支柱等进行仔细检查，判断其磨损度，轴承和油脂是否保持正常状态，刀盘面板和辐条支柱是否存在缝隙等。

2、刀具的检验

在对刀具进行检验过程中，需要对刀盘上所有刀具的坚实性和稳定性进行检查，并仔细检查固定所用螺栓的紧固程度，检查档圈，避免其出现折断和脱落情况，确认其状态良好。

3、刀圈磨损量计量

当刀圈没有出现损坏现象时，需要对刀圈的磨损量进行正确测量，以此来对刀具是否需要更换进行判断，具体测量过程中需要采用特制的模板进行，以此来保证刀圈磨损量计量的准确度。

三、刀具更换

1、刀盘清理

打开仓门后，先向碴仓内输送高压风5-10分钟，用以给刀盘降温和输送氧气，然后用水将刀盘冲洗干净，特别是需要更换的刀位。同时螺旋输送机将碴仓内的碴出至主轴承以下的位置，以便于检查中心部位的刀具。

2、刀具拆除

刀盘冲洗干净后，利用大扭矩的风动扳手将需更换刀具的螺栓拆下，并将刀具运送出碴仓，同时将需安装的新刀具吊到位。对于在换刀中常常碰到的因变形严重难以取出的中心刀具螺栓，采用割除螺栓螺帽的方法拆除。为避免会对刀座、刀具螺栓孔产生破坏，在割除时需注意以下几点：割枪的火焰不能调的太大、太快，以免火焰伤到刀座、刀具螺栓孔。对刚利用割除方法拆下螺栓的螺栓孔不能立即用水冲洗，以免螺栓孔收缩太快而产生变形。

3、刀具安装

在清洁时，特别要注意螺栓孔和螺栓的清洁。一般情况下，刀座螺栓孔、刀具螺栓先用高压水冲洗，再用钢丝刷将螺纹刷干净，最后用高压风吹干或用毛巾擦干。

对采用割除等方法而遭到损伤的接触面要进行修复、打磨。对刀孔、刀具所有装配表面先用高压水冲洗，而后用高压风吹干、吹净。刀具在运输过程中造成的装配表面的毛刺，必须进行打磨处理。

螺栓的紧固力矩不允许超过或低于其额定值，必须严格按照刀具螺栓的紧固扭矩紧固螺栓。

四、刀具维修的关键技术

1、刀圈的正确安装

刀圈采用材料多为罕见的钢种，具有较好的硬度及吸收变形的能力，耐磨损，材料中包含多种元素。在刀圈安装过程中，需要刀圈内径要与刀体的具有较好的配合度，一般都以热装为主，即需要利用烤箱来加热马圈，当达到规定热度要求时，将其套装在刀体的正常位置处，从而完成刀圈的安装工作。

2、轴承的检查及预紧度的调整

盾构机刀具轴承能够根据不同施工条件而采取不同的受力方向，通常以径向受力的圆锥滚子轴承为主。一旦轴承出现问题，多与锈蚀及刀具密封性能有关。当轴承出现问题时，需要对刀具轴承的松紧度进行适度调整，使其能够有效的满足使用要求。

3、密封的安装及气密性的检查

在对刀具进行密封安装过程中，需要注意密封表面具有较好的光洁度，而且平面度也要符合标准的要求。在具体安装开始之前，需要做好清洁和研磨工作。当刀具维修工作结束后，需要检查其气密性，即需要将压缩气体注入到刀体内，当在规定的期限内能够维持稳定的气压，则表明达到合格的标准。

结语

盾构机在当前隧道工程施工中应用十分广泛，因此需要做好盾构机刀具的检查和维修工作，确保以专业的操作技能来有效的提高盾构机刀具的检修质量，全面提高盾构机工作的效率和工作期间的安全性，为整体工程效益的提升奠定良好的基础。

参考文献：

[1]王家丁.盾构刀具管理技术分析[J].备管理与维修，2017，05：11-12.

[2]黎申升.对地铁盾构施工的相关技术进行探讨[J].科技展望，2017，05：36.