盾构刀具管理技术分析

王家丁

（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司，湖北武汉 430000）

盾构刀具管理技术分析

王家丁

（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司，湖北武汉 430000）

刀具的养、用、管、修是盾构机使用过程中不可忽视的重要程序，分析盾构刀具管理技术，对于有效利用刀具、降低使用成本、减少施工风险和提高施工效率都有十分重要的意义。以东莞至惠州城际轨道交通项目为例，分析刀具的使用和维修方式，探讨刀具使用成本的控制，给出滚刀管理的要点。

盾构刀具；滚刀管理；刀具使用

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.02

1 工程概况

以东莞至惠州城际轨道交通项目GZH-2标段为例介绍盾构刀具管理技术。根据工程设计选择刀盘外径为8.83 m的海瑞克土压平衡盾构机。线路穿越的地层地质为素填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、砂层、粉质黏土、全、强、弱风化混合片麻岩。地层地质结构见表1。

2 滚刀管理

复杂的地层决定了盾构机的刀具必须要有足够的耐磨度、刚度和韧度，用以保证在各地层的适用性，而不需要根据地层实时调整刀盘上的刀具，从而节省大量的人力物力，不影响施工进度。因此本项目选择硬度与韧性均较高的进口庞万力刀具作为保径刀及边刀，以保证开挖面半径及开挖效率，同时选择南齿、株洲等硬度稍低但价格适中的国产刀具作为正面滚刀。通过不同刀具在刀盘上的合理搭配，做到既能保证开挖效率足够高，也能有效控制刀具成本不至于过高。

为便于管理人员统计、维修人员辨别，同时满足现场文明施工的要求，滚刀进场后在刀具厂按品牌分别集中存放（图1、图2）。滚刀刀圈的刚度值较大，而刀体刚度相对较低，在运输至盾构机途中要求管理人员对刀具的运输进行严格管控，严禁工人野蛮搬运，运送途中滚刀上不能放置重物，采取有效隔离措施防止因颠簸等情况导致滚刀相互碰撞，杜绝不必要的损失。

图1 刀具成排放置

图2 中心刀放置

为加强成本管控，做到材料出入有据可查，施工企业制定完善的刀具出入库及维修流程；编制相应的表格，如：刀具出库记录表、刀具返厂检查表、刀具维修记录表等，做到刀具出入有据可循。

同时，实时跟踪记录各品牌刀具在不同地层的使用情况，以及不同刀具在相同刀座的使用情况得出该刀座上刀具的一般损坏形式进行统计汇总。在以后的施工中选择性价比最高的刀具，可有效降低采购维修成本，同时也可大大减少因刀具更换对施工进度产生的影响。为便于统计，选择一个固定的刀座位置进行比较：参考30#刀座，掘进时间假设每环90 min，刀盘转速1.7 r/min，然后根据换刀记录表中每把滚刀的使用里程反算相应的掘进环数，使管理人员对刀圈的使用情况有直接的认识。统计结果见表2。

表1 地层地质结构

表2 各厂家刀圈硬岩地层使用情况统计表

由表2的统计数据可以得到4点结论。

（1）中天刀圈硬度与韧性处理最佳，无异常损坏情况。

（2）南齿刀圈性能最差，使用环数最低，异常损坏率达到48%，后期不予采购。

（3）华锐刀圈正常磨损情况下，使用环数最多，但价格较高，可装于边刀位置保证开挖面，同时能有效减少开仓次数，减少对掘进的影响。

（4）株洲刀圈性能稳定、价格适中，宜选为主要供货商。根据各厂家刀圈的使用结论，同步编制刀具动态使用表，根据表中各个刀座刀具的使用环数及时通知井下管理人员，开仓后哪些刀具由于使用时间较多是需要重点检查磨损情况的。根据积累的数据，这两个位置磨损达到换刀要求（12 mm）一般为25环左右，因此需提醒井下人员开仓检查刀具时重点检查51A及51B这两个刀座的刀具磨损值，及时更换以免造成开挖半径不足，出现盾体卡住的情况。

3 滚刀的使用

在掘进过程中根据地质情况选择合理的掘进参数，在换刀完成恢复掘进时，掘进速度不能过大，一般新刀安装完成之后要有一个磨合过程，根据现场的施工经验在更换新刀后的0.2 m掘进时，贯入度应≤4 mm/r，待刀具磨合完成后再逐步将掘进速度提高。在较软地层掘进过程中可采用低转速、高贯入度以增大刀具的启动扭矩，避免弦磨；在较硬岩层掘进过程中可采用高转速、低贯入度避免推力过大将刀具损坏。掘进过程中不能调向过快、过大，否则很容易破坏边缘滚刀或卡住盾体。

更换刀具时相邻刀箱的滚刀刀差不能过大，相邻刀差一般控制在≤5 mm，差值过大将造成刀具受力不均匀，极易损坏刀具。为了避免大规模刀具损坏和刀盘严重磨损情况的发生，掘进过程中参数异常时应尽早安排停机检查刀具及刀盘。如果地层情况没有变化，在大推力和大扭矩的情况下掘进几十厘米的距离都有可能造成严重的损失。硬岩地层坚持每环开仓检查掌子面及刀具情况，及时清除舱内可能掉落的刀圈、刮刀、齿刀及装刀配件等杂物，防止与刀盘或者刀盘上的刀具剧烈碰撞造成刀盘及刀具受损，而这种情况下刀具的受损往往是不可维修的报废，而且数量可能会比较多，代价极大。

4 刀具维修

旧刀返厂后，应检查其磨损情况。

（1）刀圈正常磨损情况。刀具正常使用过程中，刀圈均匀受力碾压掌子面，磨损后表现为规则的圆形。①测试该刀的扭矩是否正常，是否漏油，不排除导致异常损坏的因素已经发生，但刀具却被拆下来未继续使用的情况。②测试扭矩合格无法保证刀具磨损正常，需要打开油塞，用洁净的细铁丝插入孔底，拔出后将铁丝在白纸上涂抹，对比油脂颜色，如油脂颜色变黑则表明轴承高温运行，轴承可能已经失效需要更换；如颜色与新油相同或者相近则只需测试气密性合格即可。③确定刀具为正常磨损后，刨开挡圈更换刀圈即可，该种形式的刀具维修简便、经济，同时也最常见。

（2）刀圈异常磨损情况。通常有挡圈脱落、刀圈断裂、刀圈偏磨、刀毂损坏、整刀报废等表现形式。根据不同情况更换相应的刀具配件进行维修即可。刀具厂的配件分门别类的进行摆放，既能方便的选取维修所需的配件，又可满足现场文明施工要求。

5 成本控制

（1）刀具采购阶段。根据盾构机类型、地质情况、厂家供应情况等综合考虑进行刀具供应商的选取。同时考虑到工程款支付金额及时间的特点，还需要所选的厂家有一定的垫资能力。

（2）刀具使用阶段。根据地层地质情况，合理控制各项盾构参数，避免人为造成刀具损坏，影响施工进度。掘进过程中如参数发生异常变化，及时进仓检查掌子面及刀具情况，更换损坏刀具后尽快恢复掘进。

（3）刀具维修阶段。对拆下返回的刀具进行细致全面的检查、维修，维修完成后测试检查刀具的气密性、启动扭矩、装刀高度等方面，保证刀具的可用性，做到发出去就能装刀使用的程度，避免因维修不合格造成配件损坏，因端盖过高无法装入刀箱等情况的出现。

（4）配件进货阶段。根据积累的使用数据，选择最优的供货商。咨询供货商刀具配件的供应周期及时备货，根据地层情况考虑各种配件的合理库存备货数量，以免出现没有配件维修刀具的情况。同时尽量避免较大批量的进货，一是刀具厂的空间有限，减少场地占用；二是减少库存数量，做到有配件用即可，减少对资金的占用量。

6 结论

刀具管理极为重要，既要统筹各个阶段的管理，还需及时做好刀具出入库、维修、日常使用等各种记录。因此，需要在摸索中总结刀具的各种管理经验，通过对刀具的管理，既可有效减少刀具成本，又可减小刀具对掘进的影响，从而保证施工进度计划的实施。

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〔编辑 利 文〕