盾构机刀盘修复流程
小直径竖井法盾构刀盘修复施工工法
小直径竖井法盾构刀盘修复施工工法中铁十二局集团第二工程有限企业安宏斌李艳辉白云飞赵玮栋1．序言盾构在砂卵石、密实度较高旳砂层及其他不良地层中施工很轻易导致刀盘刀具旳磨损，使盾构机掘进速度减少，甚至无法掘进，刀具旳更换一般有常压开舱、带压开舱、地面加固后常压开舱等措施。
刀盘旳开挖直径磨损之后进行修复目前除了运用地面开挖常规竖井法施工之外没有其他安全措施，而开挖常规竖井旳工期太长、成本太高，在施工中不停研究最终采用开挖一种微型竖井后在井内进行刀盘修复施工工法。
实践证明，此工法在保证施工安全旳前提下，可以高质、经济、迅速旳完毕对盾构刀盘旳修复工作，经济效益和社会效益明显。
2．工法特点2.1该工法修复刀盘具有施工安全、简朴、迅速、经济及环境保护等长处。
2.2施工所需要旳人员、设备及周转材料少，且均为通用旳周转材料。
2.3 小直径竖井旳受力构造好，承载力高，抗震能力强。
2.4 小直径竖井施工作业旳条件较差，劳动强度大，施工中安全和质量尤其重要。
2.5刀盘前方有较大空间，便于更换刀具，提高刀具更换效率。
3．合用范围本工法适应于盾构上方土体不稳，地面没有充足空间等状况下进行刀盘修复、换刀作业。
在地面条件复杂，隧道埋深比较大（埋深超过20m以上）、地质条件比较差旳状况下，运用此措施进行刀盘修复时，必须谨慎旳考虑。
4．工艺原理以刀盘位置为重要根据，将刀盘完全进入竖井净空范围，同步要保证竖井井壁放在盾构机旳前盾盾壳之上，以保证进行刀盘修复时，作业人员旳施工安全。
小直径竖井先开挖至盾构刀盘中心线上方3.5m处，待盾构机抵达指定位置停机后，再开挖至盾构刀盘中心线标高。
在刀盘上方2m旳竖井井壁外侧打设小导管对地层进行加固处理，保证小直径竖井在多种工况下旳构造整体稳定性，保证刀盘检修作业旳安全。
5．施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程施工工艺流程见图5.1。
图5.1 工艺流程图5.2 操作要点施工准备施工前要制定合理旳质量管理措施。
盾构机单刃滚刀维修刀流程
维修滚刀流程一、准备工作：A、安装前，保持工作环境清洁。
准备好安装所必需的部件、工装工具：B、合格的零件进入装配区（不允许有毛刺、铁屑、锈斑）C、装配过程中，为保持清洁，严禁带手套作业D、浮动密封件只能在安装前从包装内取出密封件，防止研磨面的损坏，轴承只能在安装前拆开包装，以免使轴承受到污染E、准备好所有需要安装的自制件，配件，并在安装前切底清洗1)、去除毛刺，清除腔体、所有配合面、螺纹孔、油塞孔的灰尘、油污2)、清除后，压缩空气吹干后才能安装二、整刀装配：A、安装轴承外圈1.将刀体放置工作台上，在刀体安装轴承的内孔处和轴承外圈处涂上一薄层抗咬合剂；2.将轴承外圈平直放在刀体内孔处，若不平整，可使用胶木榔头或铜棒敲打使其垂直，盖上轴承外圈安装压板。
注：禁止使用榔头敲打轴承外圈，以防轴承外圈损坏。
3.调整压力，将轴承外圈压入刀体内。
4.同样方法安装另一轴承外圈。
注：必须确保轴承外圈被平直压入。
如果轴承外圈进入刀体孔时严重不平直，则轴承外圈应取出，并检查刀体内孔是否有损坏B、刀圈安装：1.将刀体垂直放置，挡圈槽朝上。
2.清理刀圈内径和刀体安装刀圈处，去除表面油渍；3.将刀圈放入烘箱并定温190-200℃，保温90-120min；4.将加热好的刀圈套入刀体，紧靠轴肩；注：如果刀圈卡住，则用专用工装压机压入至刀体轴肩。
C、安装挡圈1.将挡圈装入刀体挡圈槽内，焊接槽位置朝上。
2.采用专用工具夹住挡圈外圆，将工装的空隙处对准挡圈焊接槽处3.采用电焊机将挡圈焊牢。
（4个焊点均布，每处焊点长度约为60-80mm）注：电焊时，采用就近接地原则焊接，不要在刀圈的表面进行起弧。
确保焊接电流不从刀体通过。
4.待刀体冷却至室温后装配。
D.安装下端油盖塞将密封胶涂在堵头螺纹上，将油塞缠上生胶带，扳手拧紧在下端盖上。
E、将一O型圈套入轴O型圈槽内，并在轴及O型圈表面涂上一薄层抗咬合剂。
F、将轴垂直放置，下端盖套入轴上，螺纹端朝上。
盾构刀盘紧急焊接修复
盾构刀盘紧急焊接修复内容摘要：在盾构前部开挖面上对刀盘进行焊接修复作业，要求在尽可能短的时间内完成任务。
本文从保持开挖面稳定的维护措施的采取，修复材料的选择，修复工艺的优化和修复工艺流程的安排等方面进行了阐述。
井对一些有待解决的问题提出了自己的意见和看法。
盾构刀盘焊接修复工艺0前言s-169地铁盾构隧道施工工程，在TBM推进过程中停机进行例行检查时，发现周边刀及其安装基座和部分紧挨周边刀的齿刀及其基座磨损严重。
遂决定对刀盘本体和刀具安装基座进行紧急焊接修复。
在修复的同时，还对部分刀盘本体表面进行了耐磨层堆焊处理。
笔者以下对刀盘的修复工作进行回顾、分析和总结，并对相关的问题进行分析和探讨。
1作业面开挖尺寸的确定正常情况下，刀盘与开挖面土体紧密相依。
在开挖面上对刀盘进行焊接，需要在刀盘前方挖出一个洞，以保证作业人员对刀盘进行焊接作业时有适当的作业空间。
洞的大概尺寸为个直径1500mm，深度400mm的半球形洞。
具体位置和尺寸见图1。
2保持开挖面稳定的维护措2.1土仓排土量的控制盾构土仓排土高度主要是根据焊接作业需要及开挖面地层特点综合考虑的。
因为该处地层上部是粘土层，下部是沙层。
排土高度控制控制在刀盘直径的1／3左右，即2m，以尽量减少对开挖面的影响范围。
2．2以气压代替土压保持开挖面的稳定当长时间停止作业时，为了保持开挖面的稳定，必须向土仓内充气加压。
在加压时，开挖面地层内的水被排挤流向它处。
但气体加压无法保持长久，时间稍长有些地方会漏气；为了控制漏气，我们向土仓内加注膨润土，在开挖面表面形成泥膜，这样可以较长时间保持土仓内的压力。
2．3拱顶支护对拱顶的局部坍塌处，用装有粘土的编织袋及木板进行支护，来控制坍塌的范围，保持开挖面的稳定。
2．4缩短修复时间实施24小时连续工作，以减少较大面积和范围的坍塌情况的发生。
通过上述措施，有效地保证了开挖面的稳定性，刀盘修复期间地表沉降得到了有效的控制，图2、图3。
盾构机刀盘修复
盾构机刀盘修复盾构机拆解后发现：1、刀盘外圆面磨损。
2、部分主切刀座及原有耐磨钢板已经完全磨耗。
3、刀盘空腔外露没有蒙板覆盖。
4、刀盘面网格耐磨带稀少。
5、原有耐磨板失效。
6、泡沫孔裸露没有保护。
7、原有边刮刀没有固定在刀座上，而是直接与刀盘主体筋板焊接。
8、刀盘里面筋板需要堆焊网格耐磨带。
分析主要原因为隧道穿越的地层主要为粘土沙，其中夹杂中粗砂、砾砂、卵石，砂性土摩擦阻力大，渗透性强，在盾构的推进挤压下水分很快排出，土体强度提高，故不仅盾构推进摩擦阻力大，而且开挖面土压力也较大，对刀盘的磨损会比较严重。
3.1 焊工管理3.1.1 所有焊工须持有有效证件，并且模拟现场焊接符合要求。
3.1.2 焊工精神饱满上岗作业，技能娴熟，操作手法全面。
3.1.3 焊前对焊工进行工艺交底，使焊工掌握具体焊接工艺，熟悉焊材和焊机性能，工艺确定后，焊工要严格执行。
3.1.4 开工前带焊工熟悉施工现场，进行详细的安全教育和管理，使焊工树立安全观念，进行安全操作。
3.2 焊材管理3.2.1焊材入库焊材有齐全的材质证明，并经检查确认合格后入库。
3.2.2 焊材发放焊材由专人发放，并做好发放记录，包括生产批号，施焊焊缝部位。
3.2.3耐磨焊丝检查固本耐磨焊丝只有在烘烤时拆包，拆包时核对焊丝牌号、规格、批号等。
拆包后检查焊丝是否生锈、药皮是否脱落，目测检验不合格的焊条不得进入烘箱，烘干后，对同一生产批号的焊丝进行检查，看药皮韧性及内部焊心是否生锈，如有不合格，这扩大检查，如仍有不合格报告技术负责人处理。
3.3环境管理3.3.1 手工电弧焊现场风速大于8m/s时，采取有效的防风措施后方可施焊。
3.3.2 雨雪天气或相对湿度大于90%时，采取有效防护措施后施焊。
3.3.3 现场需要搭设围挡（施工场地待定）3.3.4 刀盘面向上水平放置，安放支点应牢固可靠。
1、设计尺寸：主视图外径Ф6260mm，剖视图B-B显示：环带直径6230mm，刀盘厚度为450mm，耐磨环带宽度160 mm厚度50mm，耐磨块原有数量56块均匀分布。
复合地层盾构机刀盘磨损修复实施与
作者简介：汪思海（1970—），男，高级工程师复合地层盾构机刀盘磨损修复实施与探讨汪思海（中铁建南方建设投资有限公司，广东深圳 518048）1 前言城市轨道交通地下工程采用盾构法施工具有安全性好、施工效率高的特点。
但是，当盾构机在复杂地质如上软下硬复合地层等条件下掘进时容易出现刀具异常磨损。
若检查、更换刀具不及时，则会进一步磨损盾构机刀盘面板，导致盾构机无法继续掘进。
此时，需进行动火作业对盾构机刀盘进行修复。
由于带压进仓动火作业存在高风险，在很多城市已明令禁止。
因此，需要采取一定的技术措施，实现常压开仓条件，进行开挖仓内常压动火作业。
本文通过在穗莞深城际铁路上软下硬复合地层条件下采取技术措施，实现盾构常压开仓动火作业刀盘修复，可供同样条件下的盾构施工借鉴。
摘 要：针对盾构机在复杂地质条件下掘进时刀具易异常磨损且动火作业修复危险度高的问题，依托上软下硬复合地层条件下穗莞深城际铁路盾构法施工隧道工程，首先分析工程地质、水文条件及刀具磨损原因，然后提出3种不同修复方案并分析其优缺点，确定采用素混凝土地下连续墙加固体+工作井模式，通过采取技术措施实现盾构常压开仓动火作业修复刀盘的成功实践，为同样条件下的盾构施工提供经验借鉴。
关键词：城市轨道交通；复合地层；盾构机；刀盘磨损；修复中图分类号：U455.392 工程概况2.1 项目概况穗莞深城际铁路深圳机场～固戍工作井区间右线设计起迄里程为DK0+000～DK4+347.43，长4 347.43 m ， 左线设计起迄里程为DK0+000～DK4+368.23，长 4 368.23 m ，其中下穿海域段长3160 m 。
区间隧道为标准双洞单线圆形断面，盾构法施工，线间距10～16 m ，区间覆土厚度10.6～53.4 m 。
区间采用2台开挖直径为9 140 mm 的间控式泥水平衡盾构机施工。
左、右线均采用分体始发方式，始发场地设在深圳机场站大里程端。
2.2 停机情况说明区间右线盾构机掘进至 320 环时，因掘进参数出现异常，遂停机组织带压进仓检查，发现 7#、8#中心刀偏磨较严重，刀座及其轨迹范围刀盘面受到一定程度磨损。
盾构机刀盘非正常磨损洞内修复方案概述
盾构机刀盘非正常磨损洞内修复方案概述摘要：刀盘是机械化盾构机的掘削机构,具有开挖地层、稳定开挖面、搅拌渣土等功能,并承受大扭矩、大推力和冲击载荷的作用,其工作状况非常恶劣。
因此,刀盘在盾构推进过程中将会不可避免地出现磨损。
基于此，文章结合具体实际分析盾构机刀盘非正常磨损的原因，制定洞内修复方案。
关键词：盾构机；刀盘；非正常磨损；洞内修复1刀盘现状1.1地质情况区间隧道掘进断面处于全断面中风化灰岩，根据区间地质勘察报告，隧道洞顶上覆基岩较薄，洞身（局部位于土层内）及洞底均位于基岩内，地下水位线下，岩溶中等发育，局部强发育，综合围岩等级Ⅴ级。
岩层天然单轴抗压强度在28.81~54.90Mpa。
1.2损坏情况开仓检查后初步发现刀盘钢结构磨损严重；刀盘中心双刃滚刀掉落三把、三个中心刀箱磨损严重、1号和2号泡沫喷孔严重磨损、刀具磨损检测1/3号磨损检测点内嵌式防护板掉落、超挖刀防护板掉落、单刃滚刀掉落一把、搅拌棒变形两根，回转中心连接处防护盖板螺栓松动。
图1 掌子面刀具轨迹图2 损坏情况图3刀盘中心磨损区域经进一步检查，发现刀盘、刀箱出现多处裂纹裂纹，刀盘结构受损严重。
具体受损情况统计如下表：表3-1 刀盘裂纹情况图4 刀盘裂纹情况2原因分析根据掘进参数、历次开仓检查结果及地质情况判断，原因分析如下：1）岩石强度高。
翟~师区间中风化灰岩地质坚硬，且地层中含水量及其变化较大，在掘进过程中容易出现喷涌现象，其次区间详勘报告中岩层强度低于实际岩石强度，在强度高的中风化灰岩地层中连续掘进容易导致刀具磨损。
2）溶洞发育。
溶洞的存在使得掌子面不平整，掘进中刀盘振动较大、扭矩波动较大，导致刀盘受力不均，出现滚刀部分受力的情况，刀具切削时挤压受力不均匀,发生啃齿或者磕刀的情况，容易造成刀圈断裂或崩刃的情况。
当刀具受损，一旦发生偏心载荷，很容易导致刀盘扭腿部开裂。
3）掘进参数不合理。
推进时总推力较大（2300-2700T），掘进速度为1~5mm/min，刀盘转速2-2.3r/min，刀盘扭矩偏高2000-3000KN.m；渣温高48度左右。
盾构机换刀标准化作业流程
盾构机刀具检查、更换标准化作业本标准适用于北京地铁四号线颐和园站---龙背村站区间盾构施工作业（敞开式刀具检查、更换）。
该作业流程包括：刀具、刀盘检查作业；换刀、刀盘修复作业；刀具维修作业；换刀资料的管理等。
一、刀具、刀盘检查作业1、首先仔细查看地质资料，盾构机的刀盘在什么具体位置和地面建筑情况，决定是否可以开仓及更换刀具；1.1、刀盘检查时间的确定；1.2、在硬岩地区每推进二十米检查一次；1.3、当掘进参数：如推进速度、总推力、刀盘扭矩等发生异常时进行检查。
a、硬岩地区，纠偏困难，b、推力比同等地质条件下大，但速度、扭距等明显低得多，c、扭矩>300t·m、推力，推进速度较低，同时推进频繁跳闸。
2、刀具、刀盘检查内容：2.1滚刀检查内容包括：滚刀的磨损量和偏磨量，滚刀刀圈的脱落、裂纹、松动、移位等，刀具螺栓的松动和螺栓保护帽的缺损情况；2.2刮刀的合金齿和耐磨层的缺损和磨损以及刀座的变形情况；2.3刀盘有无裂纹、刀盘牛腿磨损及焊缝开裂情况。
2.4主轴承土仓内密封处检查有无EP-2润滑脂和齿轮油外泄情况。
3、检查工作实施：3.1、检查指令由盾构工区下达给盾构队，盾构队在接到检查命令后无条件执行。
3.2、检查工作由盾构队队长总负责，盾构工区派机械工程师对检查结果进行复核和确认。
3.3、检查准备工作a）、检查工具：滚刀检查量具由盾构工区落实，并于每次检查前由盾构队到盾构工区借取，检查完毕后交还盾构工区，检查用手电、对讲机等由盾构队负责落实；b）、检查时确保洞内通风正常，确保有通向土仓的风管和水管；c）、检查前，应确保人仓内通往土仓的低压安全照明正常，并有足够的备用灯泡（灯管）；d）、土仓门的开启确认在进行刀盘检查前，盾构机司机应先进行出土、排水、放气操作，在确认以上工作完成后，由盾构机司机通知仓门开启人员可以开仓；e）、开仓门注意事项：开仓门前应先打开人仓和土仓之间的减压球阀，（如果阀芯堵塞时用铁丝通开），待土仓内外气压平衡后，当1#、2#、3#号土压传感器的压力值为零时，再拆下螺丝，最后打开压板，在松开压板螺丝的过程中，要严格注意土仓内压力的变化，发现异常时，马上拧紧螺丝，以防异常情况发生。
盾构机刀具修复技术
盾构机刀具修复技术采用盾构法修建地铁隧道，施工进度较快，建设质量好，而且施工过程中不需要降水，可以节省大笔费用。
但由于盾构机及配套设备、设施的采购和制造费用很高，而且施工过程中所用多种消耗材料费用也不低。
所以，采用盾构法的施工成本与传统施工方法相比，并无优势可言。
在保证工程质量的前提下，如何有效地降低施工成本，成为企业在市场竞争中面临的一个紧迫问题。
对磨损周边刀进行修复利用，就是在降低施工成本方面进行的一次有益尝试。
1盾构机刀具磨损情况需要修复的这批磨损周边刀是在完成520环（约630m）隧道掘进后更换下来的。
刀具的2/5已经被磨损，其情况见图1，刀具磨损部分是正对被切削土体的迎土面部分。
刀具迎土面部分，在盾构刀盘旋转时承受很大的摩擦作用力，摩擦力的大小与千斤顶的推力成正比；另外，周边刀安装于刀盘的最外边，刀盘旋转时该位置的线速度也最大；再有，由于处于边缘位置，离泡沫出口的位置较远，在盾构机掘进过程中该位置的刀具无法得到良好的润滑。
以上多种因素导致了该部分的磨损最严重。
2盾构机刀具修复工艺确定从图1中可以看到，磨损的周边刀仅剩下一个安装孔是完好的。
修复工作的主要任务，一是完成另外两个安装孔的修复；二是完成切削刃和表面耐磨层的修复。
据此确定总的思路是：铸造一块与原刀具本体成分相同、形状与缺损部分一样的钢块，与残刀焊接在一起；然后，在修复的刀具上堆焊切削刃和耐磨层；再以原来的安装孔为基准，根据图纸的尺寸要求加工另外两个安装孔；最后，对刀具与刀盘的安装表面进行一次精加工。
2.1修复体材料的选择及制造为保证修复刀具的工作性能不降低和便于与残体进行焊接，决定采用与原刀具本体材质相同的材料对其进行修复。
通过实验室化验分析，确定原刀具本体材料为退火状态的20Mn2。
根据原图纸和磨损刀具实物，设计加工了2个修复体模具（左右各1个）；然后，利用小冶炼炉进行修复体的翻砂铸造，并对工件外表面进行喷丸处理。
2.2修复体与刀具残体的焊接由于刀体较厚，断面为三角形，且整个刀具的外形不规整，要将修复体与残刀直接焊接难度很大。
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盾构机刀盘修复流程
盾构机刀盘在遭遇不利地质条件又不具备换刀条件时，强行出洞会造成刀盘严重磨损，在具备修复空间及技术经济比较合理的情况下，可对受损刀盘进行维修。
1、清理残根
采用氧焊及气刨工具，对面板筋板残根以及刀箱刀具残根进行清理，按焊接要求打磨出坡口面，为焊接工作做好准备。
2、筋板修复
（1）在残根上作出标记并进行拓样工作，根据图纸确定补贴复原筋板的泡沫塑料样板，然后按样板加工所需钢板（筋板采用50mm厚16Mn钢板）；
（2）将筋板残根与钢板焊接。
为保证焊接质量，在对接口处加工45°角坡口，采用多层焊接将坡口填平。
3、刀盘校正
（1）考虑到校正刀盘时对主轴承的负面影响，将刀盘与前盾进行加固。
加固区域确定在刀盘的未变形区域，既要保证对主轴的影响小又要保证未变形区域不产生二次变形。
（2）将变形区域的撕裂筋板和影响刀盘校正的筋板割断，仅留背板。
在其后面与土仓板间放两台液压油缸将刀盘缓慢顶出，顶到位置后用“工”字钢和角钢将刀盘与前盾焊接在一起，防止反弹。
（3）在筋板割断处加工坡口进行焊接，保证焊接强度，增加支承钢板和复焊板，进行应力放散。
待应力放散基本完成后将所有固定刀盘的支点拆除。
4、刀箱定位安装
（1）刀盘面位置确定
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，订出刀箱与盘面的相对位置，保证刀刃相对于盘面的高度一致。
（3）边缘滚刀的安装
为了满足安装的角度，结合现场条件，用木板制作所需角度的样板尺，经过使用样板尺，
能保证边缘滚刀的安装角度。
5、刀具安装
（1）小刮刀刀座的安装
以刀盘实际测绘基准面，利用残根和图纸标定的尺寸进行刀座的定位。
先在内、外两端各定一把刀座，而后利用角钢定出其它同一直线刀座的位置，刀座全部定位后进行加固焊接。
（2）边缘刮刀刀座的安装
保证正面区域的小刮刀在同一平面上，边缘区域与设计相符，保证开挖圆周的直径，定位后焊接牢固。
6、泡沫喷嘴的修复与保护
（1）泡沫喷嘴修复
当面板全部磨损，只留下泡沫管道的一部分时，需重新安装泡沫管道及喷嘴。
安装泡沫管道与喷嘴只能在安装面板之前完成。
（2）泡沫喷嘴保护
为避免泡沫喷嘴发生堵塞现象，根据丁坝挑流的原理，对泡沫喷嘴采用环形保护，改变“土流”流向，保护喷嘴部位不受土体堵塞，使泡沫能够加入土体。
7、刀盘磨损修复
检查刀盘表面是否还有严重磨损部位，如有磨损，需进行耐磨堆焊修复。
首先需对磨损部位进行切割去除、打磨光滑，达到焊接的要求。
采用北京固本KB680耐磨焊丝进行堆焊处理，增加其耐磨性能。
北京固本KB680耐磨焊丝填充碳化钨粒子的复合焊丝，碳化钨粒子进入马氏体基质上，主要用于要求强烈耐磨损工件表面的焊接环境。
进行盾构机刀盘堆焊修复时，焊缝表面成型美观，无渣，单层硬度HRC≥60。