浅谈盾构施工过程中刀盘的维修

李 伟 刘曙光 任 洁

（济南重工股份有限公司，济南 250109）

随着现代社会经济的发展，交通、环境和空间的压力逐步增大，为改善交通和拓展城市空间，近几十年以来对盾构机的需求逐步增大，刀盘作为盾构机上的主要部件之一，对盾构施工能否顺利进行起着至关重要的作用，但在使用过程中会不定期发生影响施工进度的故障，而对刀盘进行维修是保证施工能否安全顺利进行的重要因素，常规的维修方法是将刀盘通过工作井吊出，而后由维修人员进行维修，这样既费时费力，又严重影响盾构施工的进度，而且增加了施工成本。本文为施工过程进行盾构机刀盘维修提供了解决的方案，对因维修造成的施工影响起到了一定的改善作用。

1 刀盘简述

盾构机是在地面以下暗挖隧道的一种集机械、电气、液压、流体、光、传感及信息技术于一体的大型复杂隧道自动化施工设备。刀盘是盾构机中重要的组成部件，其在施工过程中受力复杂，工作环境恶劣，施工中主要承担着开挖掌子面、稳定掌子面以及搅拌土体的作用。刀盘主要由刀盘结构件、刀盘管路、刀具、耐磨复合钢板等组成。具体如图1所示。

维修盾构机刀盘的主要目的是对设备施工中设备存在的问题进行处理，对损坏、老化的元件进行处理，使之符合产品的持续使用要求。

表1 刀盘常见故障分析及处理方法

以下为关于盾构施工过程中刀盘部分的维修的分析，以及常见故障的处理方法。

2 盾构施工中刀盘常见故障分析及其处理方法

3 盾构施工过程中刀盘维修

3.1 所需主要设备

水泵、鼓风机、角磨机、焊接设施、气动扳手、泡沫塑料板等。

3.2 前期准备

（1）切断电器开关，用水泵将土仓内的地下水排除。

（2）确定工作空间。在盾构施工过程中，刀盘与开挖面土体紧密接触，要对刀盘进行焊接需要在开挖面上加工出工作空间，工作空间的大致尺寸为直径1500mm，深度400mm，如图6所示。

图1 刀盘结构及刀具布置图

图2 滚刀偏磨

图3 边刮刀崩刃

图4 刀盘周边磨损

图5 刀盘结泥饼

图6 维修工作空间示意图

（3）保证工作空间的安全。在工作人员进入土仓前，必须检查土仓的空气质量，达到安全要求时，才允许人员进入，并用鼓风机保持工作环境的通风良好。安排专职的安全人员，时刻检查开挖面的情况，确保工作人员的安全。

3.3 零部件更换维修

3.3.1 损坏筋板的修复

（1）清除残根。用角磨机、氧焊，对面板筋板残根以及刀箱刀具残根进行清理，按照设计图纸的要求加工出坡口，以方便后续的焊接作业。

（2）筋板修复。对残存的部分进行标记拓样，依据设计图纸确定修补复原筋板的泡沫塑料样板的尺寸，然后根据样板加工所需钢板，为保证焊接质量，对接口处加工45°角坡口。待钢板加工完成后，将筋板残根与钢板焊接。采用多层焊接将坡口填平，焊接完成后，按照设计要求，检查焊缝的焊接质量。

3.3.2 泡沫喷嘴堵塞

渣土进入泡沫孔中，可采用高压水冲洗疏通管路，注意压力不能超过16bar；为避免泡沫喷嘴发生堵塞和损坏现象，可加装喷口保护块，保护喷嘴结构不受土体堵塞，使泡沫能够加入土体；检查刀盘喷嘴注入孔单向阀有无损坏，如损坏及时更换；更换刀盘泡沫喷口橡胶弹性压环。

3.3.3 刀盘磨损修复

检查刀盘表面是否还有严重的磨损部位，如有磨损，首先需对磨损部位进行切割去除，然后用气刨工具打磨光滑，达到焊接的要求，而后用耐磨焊丝进行堆焊处理。

3.3.4 更换损坏严重的刀具

在盾构掘进过程中适时更换刀具，不但能避免刀具的非正常损耗，还可以降低刀具频繁更换带来的时间浪费，更换刀具时遵循“合理、批量、迅速”的原则。

3.3.4.1 滚刀总成的更换

（1）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，如果刀盘平面与铅垂面不是同一平面。可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交确定，作为刀箱定位的参考基准面。

（2）刀箱定位。根据参考基准面及图纸尺寸，定出刀箱与刀盘的相对位置，保证刀刃相对于盘面的高度一致。为保证刀间距及刀具的同心度，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（0.5～2mm）将刀盘与外筋板的焊缝填实。为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。

（3）滚刀的安装。为满足安装所需角度，结合现场情况，用木板制作所需角度的样板尺，从而保证所需的安装角度，然后用锁紧螺栓将其锁紧即可。

3.3.4.2 边刮刀的更换

（1）拆除损坏刀具。对刀盘清洗完成后，利用大扭矩的风动扳手将需要更换的刀具螺栓拆除，检查变接螺纹套的螺纹有无损坏，如损坏一同更换变接螺纹套。

（2）安装边刮刀。检查要更换的刀具是否完好，保证表面的清洁干燥，由于刀具是通过螺栓与刀座链接的，因此，更换时只需将其用螺栓安装到安装孔中，根据要求的扭矩力矩锁紧牢固即可。

3.3.4.3 刮刀的更换

（1）拆除损坏刀具。对刀盘清洗完成后，利用大扭矩的气动扳手将需要更换的刀具螺栓拆除。

（2）安装刮刀。检查要更换的刀具是否完好，保证表面的清洁干燥，由于刀具是通过螺栓与刀座链接的，因此，更换时只需将其用螺栓安装到安装孔中，根据要求的扭矩力矩锁紧牢固即可。

4 结语

在施工过程中通过对盾构机刀盘进行维修，可以使损坏的零部件得到及时有效的维修和更换，提高刀具的使用寿命和盾构机的掘进能力，尤其是砂卵石地层的掘进能力，极大降低了设备的使用成本，提高了设备在使用过程中的可维修能力，对工程施工能否如期完成具有重要的现实意义。