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盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中刀具損壞及維修措施探討

2018-5-9 來源：中國水利水電第四工程局有限公司作者：田得梅

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)水平及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國建筑企業(yè)迅速興起?？v觀這幾年國家對(duì)建筑行業(yè)的重視程度，一些規(guī)模較大的工程正在不斷地修建與竣工投入使用。各個(gè)工程施工速度的明顯加快及施工質(zhì)量的提高標(biāo)志著我國建筑行業(yè)的興起。以盾構(gòu)為主的隧道施工工藝是我國建筑行業(yè)施工技術(shù)取得明顯突破的標(biāo)志。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中碰到較硬的巖層時(shí)很容易使刀具受到損壞，對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)帶來很大的影響。本文就盾構(gòu)機(jī)刀具的損壞情況進(jìn)行詳細(xì)分析，并針對(duì)刀具的損壞情況提出了相應(yīng)的維修措施。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；掘進(jìn)；刀具；損壞；維修

隧道施工是我國鐵路及地鐵修建中常遇到的主要工程內(nèi)容。隧道施工由于其位于地下，施工難度較大且危險(xiǎn)性高，常對(duì)施工人員作業(yè)安全帶來威脅。盾構(gòu)法施工是一種常見的隧道施工技術(shù)，其作業(yè)過程機(jī)械化程度較高、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)被越來越多的施工企業(yè)采用。盾構(gòu)施工技術(shù)已逐漸發(fā)展成為目前應(yīng)用較廣泛的施工技術(shù)，但盾構(gòu)施工中也會(huì)由于某些因素導(dǎo)致施工出現(xiàn)問題。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)的過程中由于地下地質(zhì)情況的復(fù)雜性會(huì)遇到一些在前期勘察過程中未發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜地形導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)出現(xiàn)障礙。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時(shí)所遇到的復(fù)雜地形及堅(jiān)硬巖石等會(huì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀片產(chǎn)生損害。因此盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時(shí)所遇到的地形及巖石性能決定了盾構(gòu)機(jī)所在刀盤的擺設(shè)以及刀具的挑選，刀盤的設(shè)置與刀具的選取要憑借具體地形及巖石情況來選擇。

1.盾構(gòu)刀具

1.1 刀具的破巖方式介紹

盾構(gòu)機(jī)在工作的過程中其掘進(jìn)時(shí)破除巖石及土基的方式主要有滾壓破巖式和切削破巖式。滾壓破巖式其原理是利用滾刀在巖石上旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生沖擊壓與剪切壓來碾碎或壓碎巖石的一種破巖方式。切削破巖可根據(jù)切削刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡切削巖石。上述過程中由于在破巖過程中容易引起地層擾動(dòng)，易發(fā)生沉降及地下水涌入現(xiàn)象。因此在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中應(yīng)注意土壓及泥水壓的控制，確保切削面穩(wěn)定，使得盾構(gòu)掘進(jìn)過程中不出現(xiàn)異常事故，保障工作人員安全。

1.2 刀具的選擇

盾構(gòu)機(jī)的刀具是依據(jù)盾構(gòu)施工地點(diǎn)的地形、地質(zhì)條件及地層巖石硬度來選用合適的刀具及破巖方式進(jìn)行挖掘作業(yè)。刀具選擇前應(yīng)對(duì)刀具生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查與比對(duì)，同時(shí)做好刀具的檢驗(yàn)工作。

2.盾構(gòu)掘進(jìn)速度和刀具消耗對(duì)盾構(gòu)施工的影響

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中常由于刀片損害或地形異常等因素而對(duì)刀具進(jìn)行更換，以適應(yīng)新環(huán)境下的正常掘進(jìn)要求。盾構(gòu)機(jī)在更換刀具時(shí)要特別注意以下兩個(gè)地方，第一點(diǎn)為前面的巖層情況是否可以適合盾構(gòu)機(jī)工作的條件；一般情況下，在盾構(gòu)機(jī)挖掘時(shí)需根據(jù)以前施工土地質(zhì)量的探查的資料開始對(duì)土地表層第一次探析。第二點(diǎn)是工具的磨壞度是否達(dá)到了估計(jì)磨壞數(shù)值和工具是否破壞，若未達(dá)到上述磨壞數(shù)值可不進(jìn)行處理。

3.刀具到盤的檢查及更換

3.1 刀盤刀具的檢查

（1）刀盤檢查。在對(duì)刀盤進(jìn)行檢查時(shí)應(yīng)做以下工作。檢查刀盤的具體磨損程度；檢查主軸承及密封油脂的情形是否處于正常狀態(tài)；查看刀盤面板和輻條支柱有沒有出現(xiàn)縫隙或者是已經(jīng)改變了原來的形狀。

（2）對(duì)于刀具的檢驗(yàn)應(yīng)查看刀盤上全部刀具的堅(jiān)實(shí)性和穩(wěn)定性；查看起固定作用的螺栓是否出現(xiàn)松動(dòng)，是否已經(jīng)脫落或者已經(jīng)破損等情況；查看擋圈是否折斷或已經(jīng)存在脫落的情況發(fā)生。

3.2 刀具更換的原則

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中適時(shí)地更替刀具，不但能夠避免刀具的非正常損耗，還可以降低因刀具的頻繁更換帶來的時(shí)間浪費(fèi)，同時(shí)還有效地增強(qiáng)了盾構(gòu)工作運(yùn)行效率。刀具的替換應(yīng)該遵循的原則有“合理、批量、迅速”。

3.3 刀具更換時(shí)刀盤轉(zhuǎn)角位置的確定

當(dāng)盾構(gòu)刀具已經(jīng)出現(xiàn)故障需要更換，在盾構(gòu)機(jī)刀具更換前首先應(yīng)確定刀盤轉(zhuǎn)角所處位置，嚴(yán)禁刀盤開口對(duì)準(zhǔn)土壓倉口，保證進(jìn)倉作業(yè)人員的安全及減少企業(yè)損失。在對(duì)刀盤的定位時(shí)要確定刀盤在任一時(shí)刻相對(duì)同一參照物的旋轉(zhuǎn)角度，若對(duì)于海瑞克盾構(gòu)機(jī)等在對(duì)刀盤進(jìn)行定位時(shí)可利用仿形刀的旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量傳感器對(duì)刀盤進(jìn)行準(zhǔn)確定位以消除人為定位產(chǎn)生的誤差。

3.4 刀具更換程序

3.4.1 總體規(guī)劃

在盾構(gòu)施工過程中，刀具工程師應(yīng)在正常工作中多與施工項(xiàng)目技術(shù)工程師或勘察設(shè)計(jì)人員進(jìn)行詳細(xì)地溝通，加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)及地層巖石情況的詳細(xì)了解，并密切注意地質(zhì)資料中反映的可能在施工工程中存在的重點(diǎn)和難點(diǎn)。項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人在制定刀具及刀具配件計(jì)劃時(shí)，應(yīng)充分估計(jì)特殊區(qū)段可能對(duì)刀具破壞的嚴(yán)重程度；制定換刀計(jì)劃時(shí)應(yīng)及時(shí)有效地與土木工程師、項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人及盾構(gòu)掘進(jìn)司機(jī)仔細(xì)溝通與協(xié)商，確定最佳的開倉地點(diǎn)以完成刀具更換工作。

3.4.2 設(shè)備物資供應(yīng)

盾構(gòu)刀具更換過程中前進(jìn)行完整的設(shè)施與資料預(yù)先準(zhǔn)備是實(shí)現(xiàn)快速更換刀具目標(biāo)的核心保障。在確認(rèn)普通設(shè)施（機(jī)具）、資料都具備的狀況下才可進(jìn)行換刀工作。

3.4.3 人員培訓(xùn)

換刀工人的技能提升可以對(duì)換刀工作的順利完成提供支持?？梢哉f培訓(xùn)一批技術(shù)過硬，素質(zhì)較好的換刀工人是保證換刀質(zhì)量和速度的前提。培訓(xùn)的內(nèi)容主要包括對(duì)換刀工具的操作及維修內(nèi)容；各種類型刀具更換的安全操作規(guī)程及注意事項(xiàng)說明；同時(shí)應(yīng)教會(huì)換刀工人關(guān)于刀盤刀具的布置并具有對(duì)刀具使用狀態(tài)做出合理判斷的能力；除此之外換刀工人應(yīng)能判斷一把待安裝刀具是否滿足安裝條件，具備對(duì)緊急情況的應(yīng)付能力。

3.4.4 成立緊急救援小組

換刀工種存在非常大的安全隱患，在操作之前必須準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)一切突發(fā)事件的準(zhǔn)備，最大限度地保證人員安全。

3.4.5 開倉審批

所謂開倉技術(shù)，應(yīng)該保證能夠和工程部、設(shè)物部進(jìn)行詳細(xì)地論證，并且要經(jīng)過企業(yè)的總工的同意，以及總經(jīng)理的簽字，完成業(yè)主、監(jiān)理工程師方面的審批，這樣才能順利地實(shí)施開倉，實(shí)現(xiàn)責(zé)任落實(shí)到人，滿足開倉程序要求。

3.4.6 刀具更換

（1）刀盤清理。對(duì)于需要清潔的關(guān)鍵的刀盤是要隨時(shí)保持密切重視的，在清洗的這一過程中一定要在低溫和有氧的情況下進(jìn)行，尤其是刀位部分。

（2）刀具拆除。刀盤沖洗干凈后，利用大扭矩的風(fēng)動(dòng)扳手將需更換刀具的螺栓拆下，并將刀具運(yùn)送出碴倉。就螺栓螺帽來講，可以使用割槍去掉。為防止底座和刀具的螺栓孔出現(xiàn)問題，在操作時(shí)候需要明白下面內(nèi)容，確保施工作業(yè)過程安全：割槍的氧氣和乙炔的流量開的小些，防止火焰損毀刀座與刀具的螺栓孔。

（3）刀具的組裝。在道具組裝時(shí)候最重要的就是要保證清潔。尤其是刀具各個(gè)部位應(yīng)清潔干凈，然后保證上面沒有水珠，要保證刀具各部分的干燥不能潮濕以防銹蝕。對(duì)采用割除等方法而遭到損傷的接觸面要進(jìn)行修復(fù)、打磨。

3.5 安裝注意事項(xiàng)

更換刀具的時(shí)候應(yīng)該提前檢查刀具是否仍完好無損；在更換過程中必須按照拆裝的工序進(jìn)行，保證潔凈，刀具的位置居中；刀具更換完畢后認(rèn)真檢查更換時(shí)所用的工具，防止遺忘在土艙內(nèi)，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生破壞；做好詳細(xì)的刀具更換記錄。

4. 刀具維修的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 刀圈的正確安裝

車圈通常來用罕見的鋼種，硬度、材料變形時(shí)吸收變形力的能力、材料的耐磨損性能、剛性等其他功能優(yōu)良，金相組織包含鎳，鉆，鐵，釩，鑰等元素。刀圈內(nèi)徑與刀體的配合應(yīng)合適。刀圈的安裝一般為熱裝，即采用工業(yè)烤箱進(jìn)行刀圈的加熱，一般加熱到2000℃左右，加熱2h，然后套裝于刀體正確位置。

4.2 軸承的檢查及預(yù)緊度的調(diào)整

在施工中盾構(gòu)機(jī)刀具軸承的使用是根據(jù)不同的施工條件而采取不同的受力方向，在大多數(shù)情況下是采用徑向受力的圓錐滾子軸承，并且發(fā)生狀況也基本以軸承內(nèi)部的銹蝕為多，也不乏刀具的密封性能出問題引起的一系列問題致軸承燒蝕，對(duì)于軸承破裂的問題，一般由于其俱進(jìn)參數(shù)的不準(zhǔn)確，解決此問題采用調(diào)整刀具軸承的松緊度，使其符合使用要求。刀具軸承預(yù)緊度的調(diào)整一般采用調(diào)整兩軸承之間隔圈厚度的方法，從而保證刀具的啟動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)力矩在規(guī)定的數(shù)值之內(nèi)。

4.3 密封的安裝及氣密性的檢查

刀具密封安裝時(shí)注意兩密封表面的配合光潔度和平面度在規(guī)定要求之內(nèi)，安裝前應(yīng)進(jìn)行動(dòng)密封的清潔和研磨。在對(duì)刀具進(jìn)行相關(guān)的維修之后應(yīng)當(dāng)對(duì)其氣密性進(jìn)行相應(yīng)地檢查，也就是說，往刀體重注入壓縮的氣體，并且，根據(jù)其能不等在規(guī)定期限內(nèi)，維持穩(wěn)定的氣壓，進(jìn)而判斷它是否合格。

結(jié)語

提高盾構(gòu)機(jī)施工的效率并加強(qiáng)施工的安全性，首先要建立良好的制度并加以完善，并配備專業(yè)的技術(shù)人員。對(duì)于盾構(gòu)機(jī)的工作必須熟練掌握其專業(yè)的操作技能以及高效的維護(hù)技能；盾構(gòu)機(jī)的挖掘刀具及刀盤的養(yǎng)護(hù)維修關(guān)乎整個(gè)工程的效益，必須加以重視.

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