盾构刀盘改造实例分析

2013-06-18王逢松WANGFengsong

建筑机械化 2013年4期

王逢松/WANG Feng-song

(中铁隧道北京中铁隧建筑有限公司，北京 100022)

盾构施工技术是隧道施工重要方法之一，越来越多的行业和领域采用盾构施工工艺。北京海淀500kV 电力隧道Ⅲ标段工程，是北京市为缓解主城城市供电压力修建的超高压电力电缆隧道，采用中铁3 号盾构施工。原中铁3 号盾构在北京地铁10 号线12 标段，完成公主坟－西钓鱼台区间左线2.2km 掘进任务。

1 中铁3号盾构原刀盘刀具介绍

中铁3 号盾构原刀盘设计为满足北京地铁10线12 标段公主坟-西钓鱼台盾构区间，刀盘采用面板式结构，配置中心鱼尾刀、17''寸滚刀、切刀、边刮刀、撕裂刀。具体结构如图1 所示，相关参数见表1。

图1 中铁3号盾构原刀盘刀具结构图

表1 中铁3号盾构原刀盘刀具参数

2 工程地质情况对比分析

2.1 公主坟-西钓鱼台区间工程地质情况

公主坟-西钓鱼台盾构区间穿越地层主要是卵石圆砾层、卵石层、砾岩层，以卵石⑦层（成分主要为石英砂岩、辉绿岩、安山岩、硅质白云岩，圆砾、中粗砂充填）为主，卵石圆砾、卵石层密实，其中60%的粒径为20～80mm，其间存在最大粒径不小于650mm 的坚硬漂石（图2）。

图2 公主坟－西钓鱼台区间砂卵石层

赋存2 层地下水，地下水类型为潜水和层间潜水，水位埋深为11.47～28.0m，透水性很好，主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流方式排泄。

2.2 海淀500kV电力隧道工程地质情况

电力区间隧道覆土6～11m，主要穿越土层为细砂层、卵石层、碎石混粘土层，以卵石④层（成分以石英岩、灰岩为主，夹粘性土薄层）为主，其中70%粒径为20～40mm，个别粒径达300mm（图3）。始发后前150m 范围内区间主要以黏土层为主，然后渐变至以卵石④层为主。区间无地下水出露。

图3 海淀500kV电力隧道区间砂卵石层

2.3 对比分析

根据地层特点分析，两种地层对刀盘刀具的要求有共同点和不同点，具体如下。

1）相同点两工程区间均要求刀具有足够强度，刀盘能够提供满足掘进需要的刀盘扭矩，面板表面层有高强耐磨性，刀盘能够提供满足土仓碴土改良需要的膨润土、泡沫喷口及土仓碴土的搅拌能力。另外，要求刀具能够满足卵石层开挖掘进需求，具有足够的强度、刚度、耐磨性，抗卵石冲击能力，刀具合金含量要求高。

2）不同点公主坟－西钓鱼台盾构区间刀盘开口率为34%，刀具分层次配置，刀具高差20mm,配置，破卵石层以滚刀为主；海淀500kV电力隧道区间有更大的刀盘开口率（≥43%），更优的碴土改良系统，刀具具有防止结泥饼功能，较大的刀具高差，对卵石层以撕裂刀撕裂剥离掌子面。

3 中铁3号盾构刀盘、刀具改造要求

中铁3 号盾构完成北京地铁10 号线12 标公主坟-西钓鱼台盾构区间左线2.2km 任务后，刀盘刀具的出洞后情况如图4 所示。

根据海淀500kV 电力隧道地层特点，对中铁3 号盾构刀盘刀具的适应性要求，确定了新刀盘在原刀盘的基础上进行改造，刀盘结构形式不变，合理增大刀盘开口率，提高面板、刀盘大圆环耐磨性。把滚刀换成重型撕裂刀，提高刀具的强度、韧性，及高差，增加保护刀具。

3.1 刀盘修复改造

1)刀盘修复针对砂卵石层特点，在原刀盘面板上堆焊耐磨材料[1]，利用二氧化碳保护焊机、耐磨焊丝堆焊成网格状，原刀盘面板磨损部分利用同材质钢板，进行焊接修复，保证修复面与原刀盘面板高度一致，修复面上然后堆焊耐磨层；刀盘面板上的刀架、刀座进行焊接修复，修复按照原设计标准及要求进行。

2）刀盘改造对于海淀500kV 电力隧道工程，中铁3 号盾构刀盘需增大刀盘开口率，通过割除原刀盘面板6 块“V”型限开口面板，开口率>43%，刀盘外圈梁40cm 范围内加密耐磨网格，提高至2 倍。刀盘大圆环增大耐磨性，通过在刀盘大圆环上补焊长30cm、厚2cm 的硬质hardox400耐磨钢板块，然后在大圆钢板块上堆焊耐磨网格如图5 所示，外圈梁与切口环相对的端面焊接旧的撕裂刀，焊接旧的撕裂刀不少于12 处[2]。

图5 刀盘大圆环补焊hardox400钢板

3.2 刀具改造

对刀具进行全面更换，结合工程地质特点，刀具采用3 层复合设计，强化先行刀高低差间隔配置，高刀与低刀之间高差25mm，低刀与切刀、刮刀之间高差25mm，原滚刀全部换成可更换撕裂刀如图6 所示，中心滚刀更换为可更换中心鱼尾刀如图7 所示，刀体采用高级优质合金结构钢，迎土面刀座上堆焊耐磨材料，提高刀座耐磨性能，避免刀具脱落。