盾构机刀盘装配

梁龙 冯文强 吕贺峰

摘  要：盾构机是一种专门用于开挖地下隧道的大型成套施工设备，在城市隧道的开挖中得到越来越广泛的应用。刀盘作为盾构机关键部件，在盾构机掘进过程中起到至关重要的作用，文章主要对刀盘的结构形式功能进行了分析，并对刀盘的装配工艺方法及工装工具的使用进行了阐述。

关键词：刀盘;功能;结构形式;工装工具;装配工艺方法

引言

盾构机是用于软土隧道暗挖施工的大型机械设备。它具有金属外壳、壳内装有整机及部分辅助设备，在盾壳保护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进、管片拼装等作业，通过切刀刮削土体，使隧道一次成型。刀盘作为盾构机关键部件，具有开挖搅拌过流岩土、支撑掘进面等作用。

1 刀盘的功能及结构形式

1.1 刀盘的功能分析

刀盘位于盾构机最前端，作为各类刀具的载体，是盾构机开挖岩土的关键部件，其装配的好坏将直接关系到盾构机掘进的安全和效率。刀盘的作用主要有开挖土体、搅拌渣土、支护开挖面、阻挡大漂石等作用，具体如下：

开挖功能：通过布置于刀盘上的各类刀具，对掘进面的岩土进行破碎和切削，同时将开挖的渣土经刀盘开口刮入土舱并使用螺旋输送机运送到盾构机外。

搅拌渣土：通过刀盘后壁的搅拌棒对土舱内的渣土进行搅拌，防止结泥饼的同时还能达到利于排渣的目的。

支护开挖面：针对某些特定地质，大面板刀盘能起到支护开挖面的作用，并且开口率越小，作用越明显。

阻挡大岩石：螺旋输送机的输送岩土的能力是有限的，如果进入土舱的岩石过大将损坏螺旋输送机，通过刀盘结构的合理设计，可以将过大的漂石阻挡在刀盘外。

1.2 刀盘结构形式

刀盘的结构主要有辐板式和辐条式两大类型，辐板式刀盘一般为焊接箱型结构，其上设置刀座、刀具、开口、添加剂注入口及与主轴承连接部件;辐条式刀盘主要有轮缘、辐条及布设在辐条上的刀具组成，刀具布置在辐条的两侧，一般较难布置滚刀。目前，中国使用的盾构大部分为辐板式刀盘，下面主要对辐板式刀盘的装配进行阐述。

2 刀盘工装工具

刀盘刀具作为刀盘上用以破碎岩石的最主要工具，其装配的精度及质量极其重要，刀具在装配过程中需要控制三个要素：半径、高度及角度，装配难度极大，所以制造刀盘装配的工装工具辅助装配刀具刀座，极大地挺高了刀盘刀具的位置精度，保证了盾构机掘进过程的顺利进行。

刀盘工装工具主要包括假刀、刻度板及底座等。刀盘工装工具的制造原理是利用刀具刀尖的轨迹位置在刻度板上加工刻线，把空间上的位置坐标转化到刻度板上;由于刀盘刀具形状不规则，难于检测位置尺寸，模仿刀盘刀具制作便于安装和检测的假刀，假刀上加工出与刀尖位置相对应的水平竖直线，利用假刀与刀盘刀座配合模拟出实际刀尖的位置。

刀盘工装工具的使用方法在刀盘面板中心增加工艺钢板，加工刀盘时在钢板上加工与刀盘法兰同心的圆窝用以定位底座并保证工装工具与刀盘同心度，安装好底座后将刻度板安装到底座上，利用刀盘辐条加工面调整刻度板使刻度板水平刻线与辐条加工面的距离满足设计要求并使水平刻线与辐条加工面平行，刻度板可绕底座旋转，便于快速安装刀盤上每一个刀座，通过调整刀座位置使刻度板水平、竖直刻线与假刀的水平竖直线对齐，证明刀尖位置在设计轨迹上，可以点焊固定刀座。安装固定所有刀座后进行一次复检，合格后可拆除刀盘工装工具。

刀盘工装工具使装配刀座简单系统快速，便于操作，并且提高装配精度及质量。

3 刀盘装配工艺方法

刀盘的装配主要包括耐磨板的组对焊接、刀座的装配，刀盘管路的装配及刀具的安装。

刀盘的装配工位分为装配耐磨板与刀座时刀盘法兰朝下放置以及装配刀盘管路及刀具时刀盘法兰朝上放置，下面主要通过这两个工位对刀盘的装配工艺方法进行分析及阐述：

3.1 刀盘法兰朝下放置

（1）用四处（每隔90°一处）等高方箱将刀盘垫起，刀盘法兰朝下放置，利用经纬仪辅助调整刀盘的整体水平，水平度≤0.1mm/m;（2）按设计图纸划刀盘各辐条辐板中心线;刮刀座、吊耳及耐磨板的位置线并进行复检;（3）按划好的吊耳位置线组对焊接刀盘吊耳;（4）按划好的耐磨板位置线组对焊接耐磨板;（5）刀座装配主要包括滚刀座的装配与刮刀座的装配，刮刀座利用在刀盘上划好的位置线进行定位，滚刀座利用刀盘工装工具进行定位安装，刀盘刀座是刀盘切削岩土的核心部分，合理而有效的安装方法是保证刀盘正常工作、盾构机正常掘进的最佳途径。为了确保刀座位置尺寸的正确性，焊接前必须进行复检。

3.2 刀盘法兰朝上放置

（1）在刀盘面板背部安装刀盘管路，焊后管路进行酸洗，并按图纸要求进行打压试验，试验合格后安装管路保护罩。（2）管路连接箱装配：管路连接箱作为刀盘与盾构机液压系统连接的重要部件，随着刀盘共同转动，与刀盘的同心度要求极高，通过加工控制配合尺寸保证同心度。（3）安装刮刀、滚刀，螺栓涂抹乐泰胶，力矩必须满足图纸要求。

4 结束语

盾构机已在各种隧道工程中得到了广泛应用，刀盘作为盾构机的核心部件，直接决定了盾构机在实际施工的效率和质量。文章分析了刀盘的结构形式及功能，介绍了刀盘工装工具，阐述了装配工艺方法，对保证刀盘精度和质量具有一定的指导意义。

参考文献

[1]张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]宋克志，王本福.常见盾构刀盘型式及选用[J].筑路机械与施工机械化，2007.

[3]刘宣宇.盾构技术的发展与展望[J].施工技术，2013.

[4]宋云.盾构机刀盘选型及设计理论研究[D].成都：西南交通大学，2009.