盾构机刀盘修复技术初探

1、06铁道建筑 RailwayEngineering December,2007文章编号:100321995(2007 1220060203盾构机刀盘修复技术初探时伟, 王, 曾宇翔(中铁一局集团第四工程公司, 陕西咸阳712000摘要:盾构机刀盘在遭遇不利地质条件又不具备换刀条件时, 强行出洞会造成刀盘严重磨损, 在具备修复空间及技术经济比较合理的情况下, 可对受损刀盘进行维修。文章依托北京地铁工程实例介绍筋板修复、刀盘校正、刀箱定位、泡沫喷嘴修复与保护等修复技术。关键词:盾构机刀盘修复技术中图分类号:U455139文献标识码:B盾构法是利用盾构机在地面以下掘进隧道的一种施工方法。盾构机开仓修

2、复更换刀具耗资、耗时巨大, 还易造成地表塌陷等事故。由于地质情况或者地表建筑物的影响和限制, 盾构机在遭遇上软下硬地层又不具备开仓换刀条件时, 容易造成刀具、刀盘面板直至筋板的磨损。盾构机刀盘在到达前, 境, 机出洞后, , 可对受损刀盘进行维修。复实例, 对此问题进行探讨。6 刀盘内置泡沫输送管道和喷嘴全部脱落, 仅余+残端。刀盘磨损情况见图1。1盾构机刀盘磨损情况1 中心区(<2400mm 区域内 刀盘平面磨损530mm, 有明显凹陷, 中心区6个滚刀及刀箱相应磨损,图1磨损后刀盘的状态需做适当修补。2 外周正面区内, 刀盘面板钢板(厚60mm 已全部磨损掉, 最大磨损区域周边向圆心

3、1200mm 范围内, 支撑面板的立筋、护板已裸露并严重磨损。该区域中小刮刀、边缘刀、滚刀、超挖刀全部损坏或脱落。3 刀盘外缘耐磨镶块磨损约25mm, 使刀盘直径减小。4 刀盘圆形结构体四分之一部分(1号臂3号臂 向土仓方向变形, 变形量约40mm, 相应区域筋板撕裂多处, 使筋板和刀箱受损。5 外圈周边刀及刀座全部磨损掉, 需按图纸定位再造。2盾构机刀盘维修方案211修复步骤清理切除已损坏、变形的残板、刀座修复刀盘变形修复筋板刀盘中心区面板修复刀座、刀箱修复泡沫喷嘴修复。212修复用材料1 板材:修复刀盘面板和筋板采用热轧板牌号为16Mn, 厚度按照图纸尺寸(护板16mm 、筋板40mm 与

4、60mm 、面板60mm 。该材料与原件材料相同, 可焊性好, 无特殊工况要求。2 焊条:结构修复使用506、507焊条。外周平面与外轮缘面采用专用堆焊耐磨焊条, 硬度HRC 50, 结合强度良好。焊条在使用前用专用烘箱进行烘烤。3 环境:修复现场为地下空间, 温度变化较小, 空收稿日期:2007207225; 修回日期:2007209215作者简介:时伟(1974 , 女, 河南上蔡人, 工程师。2007年第12期盾构机刀盘修复技术初探 16气对流不明显, 对焊接作业影响不大。3修复方案实施311清理残根采用在前盾上焊接六根定位钢筋的办法确定一个与前盾面平行的平面, 此平面从定位钢筋上挂线相

5、交确定, 作为刀箱定位的参考基准面。31412刀箱定位根据参考基准面及图纸尺寸, 订出刀箱与盘面的相对位置, 保证刀刃相对于盘面的高度一致。为了保证刀间距离及刀具的同心度, 要在刀盘上精确定位圆心, 利用中心点与图纸标示的刀间距确定刀箱位置。先在土仓内进行刀箱后部的焊接, 而后在盘面上用薄钢板(0152mm 将刀盘与外筋板的缝隙填实。为了保证刀箱与筋板的焊接质量, 要在筋板与刀箱接缝的筋板上加工45°角的坡口。31413边缘滚刀的安装为了满足安装的角度, 结合现场条件, 用木板制作所需角度的样板尺, 经过使用样板尺, 能保证边缘滚刀的安装角度。3, 利用残根和图纸标定的。先在内、外两

6、端各定一把刀座, 而后利用角钢定出其它同一直线刀座的位置, 刀座全部定位后进行加固焊接。31512边缘刮刀刀座的安装保证正面区域的小刮刀在同一平面上, 边缘区域采用氧焊及气刨工具, 对面板筋板残根以及刀箱刀具残根进行清理, 按焊接要求打磨出坡口面, 为焊接工作做好准备。312筋板修复1 在残根上作出标记并进行拓样工作, 根据图纸确定补贴复原筋板的泡沫塑料样板, 然后按样板加工所需钢板(筋板采用50mm 厚16Mn 钢板 ;2 将筋板残根与钢板焊接。为保证焊接质量, 在对接口处加工45°角坡口, 采用多层焊接将坡口填平。筋板焊后的情况见图2 。图2筋板的焊接修复313刀盘校正1 考虑到

7、校正刀盘时对主轴承的负面影响, 将刀与设计相符, 保证开挖圆周的直径, 定位后焊接牢固。316泡沫喷嘴的修复与保护31611泡沫喷嘴修复盾构机刀盘磨损后, 经常需要更换面板和泡沫喷嘴。当遇到面板全部磨损, 只留下泡沫管道的一部分时就需要重新安装泡沫管道及喷嘴。在只换面板的情况下, 刀盘背板是完好的, 为了不增加工作量, 背板上可不做任何工作。安装泡沫管道与喷嘴只能在安装面板之前完成。这里要提到刀盘的修复顺序。刀盘的修复是按面板下料, 在面板上做预留孔洞(包括泡沫喷嘴 , 而后将面板整体放在一个工作平台上, 在面板上焊接筋板、护板、支腿、支座和搅拌棒等。维修面板、泡沫喷嘴时只考虑刀盘前面, 故将

8、新安装的管道与管道残根对接。另加工泡沫喷嘴, 安装所需的方块(二通或三通 , 方块安装在管道末端。方块的作用是安装喷嘴组件, 焊接在面板上固定泡沫管道。将管道与方块连接好, 垂直于背板, 其高度要使面板安装后刚好压在方块上, 将泡沫喷嘴组件焊接在方块孔正中, 将面板上泡沫喷嘴孔扩大(保证方块座与面板焊盘与前盾进行加固。加固区域确定在刀盘的未变形区域, 既要保证对主轴的影响小又要保证未变形区域不产生二次变形。2 将变形区域的撕裂筋板和影响刀盘校正的筋板割断, 仅留背板。在其后面与土仓板间放两台液压油缸将刀盘缓慢顶出, 顶到位置后用“工”字钢和角钢将刀盘与前盾焊接在一起, 防止反弹。3 在筋板割断

9、处加工坡口进行焊接, 保证焊接强度, 增加支承钢板和复焊板, 进行应力放散。待应力放散基本完成后将所有固定刀盘的支点拆除。314刀箱定位安装31411刀盘面位置确定为进行刀箱定位, 需要确定刀盘面的平面位置。因为刀盘是在盾体上安装的情况下修复, 盾体位于2的上坡段, 所以刀盘平面与铅垂面不是同一平面。26铁道建筑December,2007接 。面板安装在刀盘上, 在面板的泡沫孔(扩大孔 与方块接触部分焊接(保证不漏 。机加工一合适钢套, 套住喷嘴组件, 在钢套外圈与扩大孔间实施填焊作业, 保证钢套与面板在同一平面上, 焊缝要填平。此作业一要保证管道密封不漏; 二要保证管道稳定; 三要保证面板与

10、喷嘴口的美观。31612泡沫喷嘴保护泡沫喷嘴在使用过程中, 容易发生堵塞现象。为避免此种现象发生, 根据丁坝挑流的原理, 对泡沫喷嘴采用环形保护, 改变“土流”流向, 保护喷嘴部位不受土体堵塞, 使泡沫能够加入土体 。图4中心异形羊角刀具413异形刀具的加工盾构机在粉细砂和黏土地层中掘进, 为防止在中心区造成泥饼, 避免中心滚刀磨损, 在中心区加焊异形刀, 对中心滚刀实施保护措施。为保证异形刀口的硬度, 同时保证刀具与中心区面板的焊接强度, 采用刀体复合制造, 上部采用硬度高的硬质合金, 下部采用可焊性好的钢材。, 为减小浇铸5结语图3(单位mm 4刀盘配置的改良411地质条件在某些情况下,

11、刀盘受到磨损又不具备换刀条件, 磨损会伤及刀盘本体, 对刀盘本体的现场应急修复会经常出现。现场修复比厂修的加工及定位条件更加不好, 精确拓样, 精确下料为修复的重要工序。焊接工艺和焊接质量是修复刀盘的关键, 必须精心施焊、精确放样、保证尺寸, 探伤检验必须及时到位。异型刀具的增加和泡沫喷嘴保护装置的增加, 对刀具和喷嘴使用寿命的延长有明显效果。参(11 :10216.2张国京. 北京地区土压式盾构机刀具的适应性分析J.市将要施工区间的地质条件比较复杂, 有黏土、粉细砂、风化泥岩、微风化岩、强风化岩等 。在始发段以黏土、粉细砂为主, 掘进后期又以风化泥岩、微风化岩、强风化岩为主, 基本上是上软下硬地段, 地层中粉细砂居多, 不具备换刀条件。412刀盘配置改良地质条件使盾构机刀具的配置成为一个复杂的问题。软土地段要用刮刀, 而硬岩地段要用滚刀。综合考虑地质条件, 准备在始发时全部安装滚刀。因在软土地层滚刀基本不滚动, 容易形成偏磨, 要求保证小刮刀与边缘刮刀的完整性, 在正面区、边缘区已有刮刀保护滚刀使滚刀减小偏磨, 而在中心区域只有滚刀没有刮刀, 这样就加剧了中心滚刀的偏磨, 使中心区域极易形成泥饼。为减小滚刀的偏磨