土压平衡盾构机刀盘装配难点解析

张建忠

（中铁二十局集团第二工程有限公司，陕西西安 710000）

盾构机刀盘是盾构机开挖破碎岩土的核心部件，刀盘通过转动带动多种刀具，以此完成开挖面岩土的切削工作，在刀盘背面装有搅拌设备，旋转时启动搅拌设备对渣土进行搅拌，具有开挖搅拌过流岩土、支撑掘进面等作用，可见刀盘装配在盾构机中的重要性。因此，需选择或设计合理的盾构机刀盘，确保盾构机在使用过程中的可靠性和安全性。

1 盾构刀盘的特点

1.1 滚刀破岩

滚刀在和岩石接触之后有外力产生，经过一段时间后会有核状物出现。如果滚刀不移除，与岩石接触的频率会越来越高，施加给岩石的外力越来越大，当外力上升到一定程度，核状物周围会出现许多裂纹。随着力度的不断增加，各裂缝之间频繁接触会出现岩石破碎的现象。当岩石受到的外力超出了自身能力承受范围时，会出现自动剥落。

1.2 切刀切削岩土

在盾构机工作过程中，切刀在反复旋转时会开挖岩土，岩石、刀具同时会受到应力、结构形变等，来自外界因素的影响，开挖时会导致土体受到破坏。需要对切削的荷载量进行计算，并做好分析工作。正常情况下，盾构机在使用时会有不同的荷载产生，可分为两类，分别是受破坏的岩土产生荷载和土体荷载。由于荷载的类型不同，在进行检验时应使用不同的测试方法。

2 刀盘装配难点分析

2.1 刀盘刀具装配

刀盘6 410 mm，将133把刀具焊接在毛坯管面上，从装配高度、半径来看，最外侧刀具半径误差不得超过3 mm。在进行安装时，如果不能达到图纸要求，刀具将难以磨损均匀。在对地层进行开挖时，部分刀具需要提前进行更换，降低了工作效率。在对刀具进行安装时，刀盘辐条、面板是否安装到位，位置、平面度是否一致也是难点所在。刀盘表面未经过加工，使用传统装配方法会耗费大量人力，时间较长，且难以做到装配精细化。

为了提高装配精度，使其更好地用于工程施工，专门的工装设计必不可少，同时可有效提高工作效率。确保刀具在装配时能够准确定位，高度、角度、径向尺寸等方面均须满足要求。刮刀的刀刃是一条直线，呈现出圆环面的刀削轨迹。为了使工作效率能够得到保障，在辐条上装配刮刀时，需要留有一定角度，保证刀削方向和旋转方向相切。如土压平衡盾构机开挖直径为6 280 mm，半径为1 200 mm，设定刮刀角度为25°；半径区间为1 200～1 600 mm，刮刀角度为20°；半径区间为1 600～2 000 mm，刮刀角度为15°；半径区间2 000～2 400 mm，刮刀角度10°；半径为2 400 mm，刮刀角度5°。先确定角度方向，再对刀具高度和径向坐标进行有效控制，将刀盘加工表面作为基准，在辅助基准增加后提出专用工装。在对土压平衡盾构机的刀盘进行设计时，旋转方式为双向，刮刀在结构方面比较特殊，其刀刃面仅朝一个方向切削。因此，对刮刀进行设置时，其位置应设在辐条两侧，使其可以朝两个方向进行切削。刮刀装配角度如图1所示，刀具焊接专用工装如图2所示。

图1 刮刀装配角度

图2 刀具焊接专用工装

该工装自由度分为两个方向：旋转和垂直，将拉杆进行伸缩可对标尺和回转中心垂直度进行调整。将顶丝调整后，可调整回转中心和刀盘表面垂直度，如果刀具处在不同的高差下，通过升降杆可进行水平定位的调整。针对所描述的工装，调整和刀盘之间的位置精度时需要做到以下几点：

（1）标尺回转一周后，测量同一点与基准面2的距离，通过不断对顶丝进行调整，使其距离相等，使标尺回转中心垂直于刀盘顶面。

（2）工装旋转一周后，对L形位置立面与基准面1间的距离进行精准的测量，并对回转底座位置进行合适的移动，使回旋中心与刀盘中心能够有效重合。

（3）确定标尺底部最大位置所在，测量其与基准面2、3之间的高差距离，对伸缩拉杆重新调配整顿，使其适应新的情况和要求，高差距离设为855 mm，并维持这一距离，确保标尺和刀盘顶面一直处于平行状态。

专用工装安装位置如图3所示。

图3 专用工装安装位置图（单位：mm）

工装调整工作结束，在标尺的作用下对刀具测量点进行定位，保证其与刀盘坐标位置吻合。通过此工装的使用，可精准确定刀具所在的具体位置，节省了大量时间。

2.2 刀盘焊接管路组的安装

进行刀盘焊接时，各部位组件不同。首先在刀盘中间会有1路泡沫和膨润土喷口；刀盘垂直处设有1路磨损检测器管路；在0°与180°位置设有4路超挖刀液压管路，管路安装具有隐蔽性，在排布时是软管、硬管交叉组合。只有将管路和刀盘基体按顺序进行安装，才能成功焊接。

在刀盘面板背部安装刀盘管路，对焊接管路安装好后，对其进行酸洗，摩擦焊接处部位，直至其表面光滑无毛刺等杂物。再对其进行焊接，否则可能会产生气孔或包砂等不良情况，影响焊缝的修复效果，使其不能正常修复，应重新对焊缝进行焊接，使其不影响正常的工作进度。应根据图纸设计要求对其进行打压，符合要求后方可安装管路保护罩。在对管路连接箱进行装配时，其作为刀盘与盾构机液压系统连接的重要部件，随着刀盘的转动而转动，其直接影响工件的装配和使用，因此，在制备时应注意其尺寸，以确保工件的准确度。安装刮刀、刀，螺栓涂抹乐泰胶，力矩须满足图纸要求，焊接部位打磨呈金属光泽如图4所示。

图4 焊接部位打磨呈金属光泽

为了保证结构在焊接后没有裂纹或缺陷，在焊接前需要检查其是否存在裂纹。确定其完整无缺后，再消除其内部残余内应力，避免结构外形出现裂缝，使结构的尺寸更加精确，延长使用寿命。为防止工件在焊接后，出现开裂的情况，在对其制造修复后，应注意加强对焊缝进行保温，避免因突然冷却，造成变形或其他不良情况。在温度较低时，刀盘主梁与大圆环焊接完成后，需要对其包覆一层保温棉进行保温，延长焊缝冷却的时间，降低裂纹出现的可能性，以保证焊接的质量能够符合要求。

2.3 刀盘管路附件的安装

充分考虑到刀盘基体结构特点，对附件管理装配时应按顺序进行。

（1）在对泡沫管路进行定位时，做好小法兰的吊装工作，吊装位置与刀盘基体相对应。

（2）对支腿内部泡沫管路包括中心盖板和小法兰上的泡沫管路，做好预制工作。

（3）在刀盘基体中将小法兰吊离，并将预制的泡沫管路取出，随后进行满焊。

（4）待满焊结束后将管路放好，再次吊装小法兰并做好定位，焊接泡沫管路接头处。

（5）以图为依据对管路压力进行试验。

（6）再次将小法兰从刀盘基体吊离，在相应位置做好中心背板吊装并进行满焊。

（7）最后再做一次吊装和满焊，并进行相应检测。按照该顺序进行，可保证所有的部件均安装到位，装配精度高。

3 结语

从盾构机核心部件的角度来看，不同的地质形式会对刀盘结构形式、安装方法产生不同的影响，工装、管路附件应调整标尺、底座，适用于大多数的土压平衡盾构机。在刀盘的表面设置刀具时，需要对刀盘结构、运动特点等进行全方位的考虑，真正达到合理、实用。