盾构机的刀盘

盾构机的刀盘

北京固本科技有限公司胡建平

盾构机的刀盘是一种用于隧道暗挖施工,具有金属外壳,壳内装有整机及辅助设备,在钢壳体掩护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业,而使隧道一次成形的机械。盾构机按掘进方式分为人工、半机械和机械化形式。目前机械化盾构发展较快,它由刀盘旋转切削地层,采用螺旋输送机或泥浆管运送渣土,在壳体内拼装预制管片,依靠液压千斤顶推进。

一、盾构机的刀盘

1.刀盘布置及磨损分析

1.1刀盘布置

刀盘的结构既要考虑刀盘的开挖性能,又要考虑渣土的流动性及掌子面的稳定性。刀具的布置方式需要充分考虑工程地质情况。本工程中盾构主要穿越砂性土,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。另外,盾构土仓内刀具切削下来的砂土不易搅拌成均匀的塑流体,因此需要设置渣土改良设备。鉴于上述工程实际情况,本工程盾构机采用了如图1所示的辐板式刀盘。盾构刀盘由钢结构件焊接而成,目前其主流形式有面板式、辐条式及介于二者之间的幅板式。辐板式刀盘兼有面板式和辐条式刀盘特点,由较宽的辐条和小块幅板组成,刀具分别布置在宽辐条的两侧和内部。辐板式刀盘不仅使得土压平衡更易于控制,土砂流动顺畅,不易堵塞刀盘开口,且刀盘扭矩阻力小,保证有较好的掘进性能,又能节省设备投资,而且较大的面板有利于布置较多的刀具,同时较小的开口率也有利于保护本工程中容易坍塌的砂性土围岩的稳定。

1. 2盾构机磨损情况

盾构机到达重工街站后,立即对盾构机及刀盘进行清理、检查,发现盾构机刀盘外周磨损非常严重。盾构刀盘本体外缘侧板磨损在纵向方向上呈现中间大、两头小近似V形,在

整个侧环面上形成一圈磨损凹槽,凹槽中部磨损平均为22 mm,两侧磨损平均为15 mm,如图 2 a 所示。刀盘本体外周边缘在纵向方向上磨损约为160 mm,从外周边缘到刀盘中心径向方向上磨损约为180 mm,以致在刀盘外周边缘形成一个近似三角形的磨损区,如图 2 b 所示。刀盘辐板外圈上的16把周边刮刀及其安装基座损坏,14把切刀及先行刀损坏,如图2 c 、d 所示。刀盘中心及辐板中部的刀具磨损量相对较小从整体上看,刀盘及刀具呈现外周及边缘侧板磨损大,中心及圆周中部磨损小的特点。

二.盾构机的刀盘修复

盾构机的刀盘中心部位磨损较小,采用二氧化碳保护焊,用北京固本耐磨焊丝堆焊栅格状的耐磨层,厚度控制在5～10 mm。焊接修复施工要点：

1 用砂纸、磨光机对焊接面进行打磨处理,并用丙酮对焊接面进行擦拭,确保接面的清洁从而保证焊接修复质量。

2 焊接前对固本焊丝、焊剂等材料进行烘干处理,并在焊接作业过程中,用保温对其进行保温,从而减少焊缝出现气孔的可能性。

3 埋弧堆焊前需进行较高温度的预热。预热是防止焊缝硬脆和产生冷裂纹的一个很有效的措施。实际堆焊过程中,应该保持一定的预热温度,预热温度一般控制在200～300 ℃。

4 在埋弧堆焊工艺参数控制方面,采取“小电流、低电压、薄层多次”的堆焊工艺方案。

5 在二氧化碳保护焊接过程中,维持喷嘴与焊件的距离6～12 mm,焊枪与工件焊缝成80°左右并保持不变,以便清楚方便地观察熔池。

6 二氧化碳保护焊接时,手腕需灵活,带动焊枪平移或转动,保持焊枪匀速前移,以获得满意的焊逢。

7 严格防止水或其它液体接触焊件,确保焊缝质量。

8 焊接过程及焊接后,需要对焊接部位进行外观检查,发现裂纹、气孔、夹渣等缺陷,应重新焊接。

9 耐磨层堆焊后,焊接件在空气中自然冷却;刀具及其基座焊接后,需要用保温棉布保温3 h以上,以防止裂纹产生及改善接头的组织和性能,提高刀具与刀盘本体的连接强度。

10 选派经验丰富、焊接技术高的电焊工进行连续作业。

三、总结

本次盾构机采用北京固本耐磨焊丝修复刀盘，制定合理的堆焊盾构机刀盘修复工艺，恢复盾构机刀盘原有外型尺寸，有效减少非正常磨损，保证后续正常的施工质量和进度。

投稿日期：2011年10月22日