盾构刀盘支撑法兰密封位磨损修复技术

施工技术

CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2012年4月下第41卷第363期

盾构刀盘支撑法兰密封位磨损修复技术

张洪涛，郑国良，刘景华，王太平

（中建市政建设有限公司，北京

100161）

［摘要］盾构刀盘支撑法兰位于切口环内，主要作用是将刀盘与主驱动连接起来，驱动刀盘的旋转。盾构刀盘支撑通过法兰盘与主驱动齿轮相连，刀盘在旋转过程中连接的密封位极易进入泥砂，长期旋转过程中容易造成密封位的磨损，因此法兰盘在掘进一定距离后必须进行检查、修复。某法兰盘为宽740mm ，中心直径2740mm 的圆环，并连接6个牛腿。为防止该法兰盘的变形，采取镶嵌钢环加补焊的修复工艺，达到了法兰盘变形量小、平面精度高的目的。

［关键词］隧道；盾构；刀盘支撑法兰；镶嵌钢环；磨损；焊接［中图分类号］TU245

［文献标识码］A

［文章编号］1002-8498（2012）08-0032-03

Repairing of Abrasion on Sealing Position of Shield Cutter Flange

Zhang Hongtao ，Zheng Guoliang ，Liu Jinghua ，Wang Taiping

（China Construction Municipal Construction Co．，Ltd．，Beijing

100161，China ）

Abstract ：The cutter flange locates in incision ring of shield which main function is connecting the cutter and main driver to operate the cutter．Because the shield cutter and main driver gears is connected with the flange ，so the sediment is easy to enter the sealing position during cutter rotation．The sealing position always abrades during long-term rotating of shield cutter．Thus the flange should be checked and repaired when shield run a certain distance．Some flange connects 6corbels with 740mm-wideth and 2740mm-diameter．Repairing technology of inlaying steel ring and welding is adopted to control the deformation and plan accuracy．

Key words ：tunnels ；shields ；cutter flanges ；laying steel rings ；abrasion ；welding ［收稿日期］2011-11-14

［作者简介］张洪涛，中建市政建设有限公司工程师，北京市西四环南路52号中建一局大厦6019室100161，电话：（010）83982793，E-mail ：szgcb-zht@163．com

盾构是集液、电、气、传感于一体的大型机械化专用施工设备，主要用于城市地下隧道、管沟等施工。盾构刀盘支撑形式主要有中心支撑、中间支撑、

周边支撑3种形式，在目前地铁施工中盾构广泛采用的是中心支撑和中间支撑的形式，

中心支撑式以德国的海瑞克为代表，

中间支撑式以日本产盾构为代表。支撑的形式直接决定了刀盘支撑的结构形式。日本某厂家的盾构刀盘支撑法兰与主驱动连接处设置了一道端面密封，用于防止泥砂进入轴承内，刀盘支撑法兰在长期的运转过程中极易出现磨损。磨损后密封位的修复精度至关重要。1

刀盘支撑基座密封结构及磨损原因

本盾构为土压平衡式盾构，采用外齿啮合的中间支撑的结构形式（见图1）。刀盘支撑一侧通过6个牛腿带动刀盘的旋转，另一侧通过法兰盘与主驱

动齿轮相连。法兰盘连接处设有一道多唇端面密封，盾构在正常掘进过程中通过向密封腔内加注润滑油脂起到润滑、防止土仓内泥砂进入主轴承箱内的作用。本次检修的2台设备均已推进完成5km ，检修过程中发现刀盘支撑法兰密封位处已经出现多道不同深度凹槽，凹槽区域宽度为70mm ，直径为3270mm ，其中磨损最深达10mm ，磨损区域及磨损情况如图2所示；多唇密封的3道唇边均已磨损。经测量、试验分析主要由以下原因造成法兰盘密封位的磨损。

1）该结合部位长期处于泥砂、水压力包围中，润滑油脂填充不充分时，土砂极易进入密封位置处与法兰盘产生摩擦，长期旋转过程中，导致法兰盘密封位和密封磨损。

2）外周密封位直径约为3270mm ，圆周长约10.5m ，圆周上设有4个润滑油脂注入点，为确保达到保压、润滑的效果，必须确保每个点的注入量。所以在润滑油脂泵泵送能力下降时，每个点的注入量就会下降，直接影响润滑效果。

盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响

盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响摘要:土压平衡式盾构机的刀盘具有切削、支撑、搅拌、土体改良等功能，因此在控制掘进效率、保持开挖面的稳定等方面起着决定性的作用。盾构选型时必须结合地层的特殊性和通用性来确定刀盘型式、刀具的布置形式以及他们之间的组合方式。刀盘结构的改造是为充分发挥不同地层条件下辐条式刀盘和面板式刀盘的独特优势，实现两者间的转换。将面板式刀盘的六块面板的装配形式改为栓接加焊接的形式。刀具布置形式优化是根据刀具的作用和运动轨迹对刀具的位置、形状进行合理的优化布置，增强刀具的切削能力、降低土体对刀具磨损进而达到保护刀盘本体，为盾构长距离掘进提供保障。关键词:辐条式刀盘;面板式刀盘;刀盘结构设计;刀具布置形式

前言伴随着我国城市化进程的加快，城市建设快速发展，城市规模不断加大，城市交通呈急剧增长的态势，21世纪将是中国城市轨道交通的新纪元，经济发展将会伴随更大的都市化，地铁交通的建设将促使城市的发展，甚至成为一个急迫的任务。盾构机在隧道施工中，通过刀盘刀具对前方土体进行切削，刀具与土体的适应程度至关重要。盾构是集液、电、气于一体的大型机械化专用施工设备，目前应用最广泛的是闭胸式盾构，主要分为泥水式和土压平衡式。土压平衡式盾构机在复杂多变的地质条件下，其刀盘的结构型式、刀盘的支撑形式、刀具的选型、刀具的布置将直接影响到设备掘进的效果。刀盘刀具于前方土体不适应，将使盾构掘进非常缓慢甚至寸步难行，直接影响到盾构机的工作效率、工程进展及工程的经济效益。由于刀具是易损件，消耗量大，如果只是依靠进口刀具不仅供货期长，而且成本高，所以使用国产刀具势在必行。在掌握盾构刀具切削机理和深刻认识刀具磨损相关因素的基础上，针对不同的施工地质进行刀盘刀具的选择、刀具的布置等盾构掘进设备最关键、最核心的问题，进而实现盾构机的国产化就显得尤为必要。 1 刀盘的布置针对不同的地层情况以及设备等情况，盾构的刀盘形式有很多，其主要功能为以下儿点：（1）切削功能:刀盘旋转时，通过布置在刀盘上各种形式的刀具切削土体，并将切削下来的土体刮到土仓。（2）支撑功能:依靠辐条及辐条之问的面板起到支撑掌了面土体的作用。（3）搅拌功能:通过刀盘的旋转及搅拌棒的配合作用，使土体与膨润土、泡沫等充分混合，以改善土体的和易性、可塑性，增强土体的流动性，便于出渣，提高掘进工作效率。（4）控制出渣粒径:通过刀盘结构形式及刀盘开口率控制进入土仓内土体的粒径。

刀盘维修方案

深圳地铁一期工程西延线25标段盾构工程（华侨城~世界之窗）盾构机检修施工组织设计制定：审核：批准：中铁十六局深圳盾构项目经理部 2003年4月8日

目录 1工程概况 2与工程相关的周围环境概况 3施工部署 4 施工进度计划 5 施工方案 6 资源配置计划 7 工程安全文明施工和保证措施 8工程施工质量及工期保证措施 9第７标段与２５标段地质条件对比及刀盘的补充说明 10附件１：盾构机调试前未检查部分及检查部分一览表 11 附件２：盾构机调试技术规格 2

1.工程概况 1.1盾构机简介我们在深圳地铁一期工程第七标段华强—岗厦区间隧道掘进中使用的盾构机是采用德国海瑞克公司制造的两台土压平衡式盾构机，该机具有适应不同地层、功率大、掘进效率高等优点。盾构机直径6.28m，全长65m，其中主体8.5m，后配套设备长56.5m。该机配备了机电一体化的液压驱动系统，泡沫发生系统和目前世界上最先进的PLC自动控制系统及SLS-T隧道激光导向系统。盾构机最大推进速度可达8cm/min。 1.2盾构机使用情况在深圳地铁一期工程第七标段华强—岗厦区间隧道掘进中，S206和S207两台盾构机分别完成了1700米的掘进，盾构机在完成掘进出洞时，各系统的性能均正常，未见损坏情况，只是S207号盾构机的刀盘有所磨损，关于盾构机刀盘的维修施工组织设计，我们已经制定了了单独的《盾构机刀盘维修施工组织设计》。 1.3工程的任务该工程的主要任务就是检修盾构机，检修后的盾构机在西延线25标段的地铁隧道工程掘进中使用。 2.与工程相关的周围环境概况检修盾构机的场地就在福田区福华立交桥北侧的中间井工地，由于场地是露天的，为了防雨，我们购买了足够的雨布，在所有的 3

盾构机构造及工作原理简介分析

盾构机构造及工作原理简介第二部分四、盾构机的主控系统及工作原理下图是天地重工生产的土压平衡盾构机示意图，通过这台土压平衡盾构来简单介绍盾构机的构造及工作原理。盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。这个钢组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，同时还能够承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵，这个钢质组件被称为盾构。而盾构的主要组成部分即为盾体。 1. 盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体。前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有推进油缸。中盾的后边是尾盾，尾盾末端装有密封用的盾前盾中盾后盾

尾刷。 2. 刀盘和刀盘驱动刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体，刀盘通过安装在前盾承压隔板上的法兰上的刀盘电机来驱动。它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现无级变速。刀盘电机的变速齿轮箱内需设置制动装置，用于制动刀盘。电机的防护等级需大于IP55。为了适用于不同的土质条件，刀盘上安装了多种类型和功能的刀具，所有刀具都由螺栓连接，可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。刀盘(中交天和14.93米泥水气压平衡复合式盾构机) 铲刀：铲刀可以双向进行开挖，主要用于保证开挖直径的稳定不变。铲刀

盾构机刀盘磨损的修复工艺探讨

盾构机刀盘磨损的修复工艺探讨摘要：在我国经济建设飞速发展的现阶段，基建工程在数量与规模方面均有所增长，所以不可避免的会用到机械化盾构机来开展相关建设活动。在机械化盾构机当中，刀盘作为掘削机构在其中有着重要作用，例如，开挖地层、保持开挖面的稳定等，同时也因此需要承载较大的载荷与力矩，所以也因此容易出现磨损情况，导致工程建设的施工效率受到影响。所以，本文重点分析盾构机刀盘磨损的修复工艺。关键词：盾构机；刀盘；磨损；修复工艺引言：在隧道施工期间，需要使用盾构机来完成土体的开挖以及渣土的排运等工作，确保隧道施工可以快速的完成。现阶段，随着现代科学技术的不断进步，机械化盾构机在相关隧道工程中得到了广泛的应用，并且应用效果十分显著。在机械化盾构机工作期间，当中的刀盘由于长期要在较为恶劣的环境下工作，所以会因此导致刀盘出现不同程度的磨损，对工程的开展造成影响，所以要求施工单位可以尽快的完成磨损刀盘的修复，确保工程可以顺利开展。一、工程实例在某工程中，盾构机的刀具与刀盘在施工过程中出现严重的磨损，具体为：对于刀盘来讲，在其中心区域以及辐条均出现显著的磨损，同时，刀箱与四把双联中心滚到均出现了掉落，还有8把正面滚刀以及6把切刀也同样出现了程度不等的磨损。所以为了保证工程可以的开展，需要对竖井中的刀盘予以及时修复。二、刀盘修复工艺胃由于刀盘磨损较为严重，修复工作量较大，且刀盘修复后仍需穿过长30m 的上软下硬地层掘进施工，对刀盘修复质量要求较高，因此在刀盘修复前应认真熟悉图纸和施工现场，根据施工方案做好施工准备，并制定刀盘修复方案。刀盘修复过程如下所述。 1、准备修复材料刀盘材料的材质为Q345B，所以为了确保刀盘在修复之后可以继续稳定使用，所以在修复过程中所选择的材质与之前保持一致。此外，测量刀盘主梁厚度为 80mm，所以需要根据测量后的规格尺寸来现场实施切割，刀座与刀箱均为原厂提供。 2、磨损区域的处理滚刀刀箱、加强筋板以及中心刀盘等磨损区域均要刨除干净，随后用打磨或者火焰切割等方式进一步修整磨损后的刀梁，并要将刀梁焊接表面的金属光泽打磨出来。另外，鉴于刀盘工作环境有着一定湿度，打磨后的表面会因此生锈，所以焊接工作要抓紧时间进行。 3、选择焊接工艺为了进一步提高修复质量，焊接工艺的选择需与原厂刀盘生产制造时保持一致，同时选用富有经验的焊接工程师来进行焊接作用。此外，在焊接前，要做好焊接区域的预热工作，并要在焊接完成后进行消除应力热处理，以确保焊接质量与焊接位置强度与原厂刀盘保持一致。 4、刀盘主梁的修复将刀盘主梁打磨后，要对其各部位的规格尺寸予以测量，随后根据测量结果来确定下料的最终尺寸。随后，将旧刀梁与新刀梁进行对接，检查对接是否存在问题，并将台阶予以打磨。另外，选择一定规格尺寸的钢管作为刀梁之间的抵抗

盾构刀盘磨损及刀具更换

盾构刀盘磨损及刀具更换公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-

15 刀具使用维护及更换一般规定 15.1.1北京地铁盾构隧道施工，多在粉细砂层、圆砾层及卵石层中进行，刀盘、刀具磨损较大，须对刀盘、刀具磨损的检测及更换等有充分的估计。在定购盾构机时，应充分考虑北京地层条件特点，确定盾构机的面板型式以及刀具配置等，以满足北京地铁盾构施工的需要。盾构施工前应根据地层的磨耗性、刀盘刀具类型及配置等制定刀具使用计划。盾构掘进施工前，应综合考虑地层条件，地面条件等因素，确定合理的可能换刀位置。施工中应使用泡沫、泥浆等添加材，并采取其它减磨、降矩措施，提高刀盘、刀具的寿命。 15.1.6刀盘、刀具的磨损与施工参数的选择、施工方法等密切相关，应充分考虑这些因素的影响，审慎施工。施工中应密切观察推力、扭矩、渣土性状、机体振动状态等，分析其原因，采取应对措施。应设定异常掘进的警戒推力及扭矩值，如遇异常情况，应立即停机检查。北京地铁盾构隧道施工中的刀盘、刀具磨损现象非常复杂，详细情况正在调查和研究中，随着调查研究的深入及施工经验的增多，将及时做补充修订。刀盘及刀具的选择 15.2.1 刀头材质的选择

1刀具一般采用真空烧制的E 5 类钢材，对于有特殊耐磨要求的刀具宜采用耐磨能力是E 5两倍的所谓SINTER－H1P真空烧制的E 3 类钢材。 2表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料，可采用碳化钨或高铬堆焊焊条，堆焊层硬度宜高于HRC60； 3 采用超硬重型刀，刀具背面实施硬化堆焊。刀头种类及型状： 1 主切削刀；其切入角度影响切削能力的发挥，应根据施工地层情况，选择切入角度； 2 主超前刀（也称先行刀）：采用主超前刀，一般可显着增加切削土体的流动性，大大降低主切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少主切削刀的磨耗。 3 鱼尾刀：为改善中心部位的切削和搅拌效果，宜在刀盘中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。 4 盘圈贝型刀：实质上是超前刀，在盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂卵石地层时宜采用。 5 仿形刀：仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削创造所需空间。刀具配置 1增加刀具的数量，即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量； 2采用长、短刀并用法，即长刀具磨损后，短刀具开始接替长刀具磨损。其高低差一般为20mm～30mm。 3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时，须采用装卸容易的方法进行安装。在北京地层条件下，应加大刀盘开口率，减少切削土渣在刀盘空间的滞留时间，以保证土渣顺利进入土舱，减少刀盘、刀具的磨损。

盾构机结构详解

盾构机技术讲座一.盾构机结构（EPB总体结构图）盾构是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备,它集和了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能，目前，盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被广泛使用。其优点如下: 1. 不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。 2. 能够经济合理地保证隧道安全施工。 3. 盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输控制信息化。 4. 掘进速度较快，效率较高，施工劳动强度较低。 5. 地面环境不受盾构施工的干扰。其缺点为： 1. 盾构机械造价较高。 2. 在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。 3. 隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。 4. 设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。盾构作为一种保护人体和设备的护体，其外形（断面形状）随所建的工程要求不同有圆形、双圆形、三圆形、矩形、马蹄形、半圆形等。（如：人行道方形能最大限度的利用空间、过水洞马蹄形符合流体力学、公路隧道半圆形利用下玄跑车）。而因圆形断面受力好、圆形盾构设备制造相对简单及成本相对低廉，绝大部分盾构还是采用传统的圆形。为适应各种不同类型土质及盾构机工作方式的不同，盾构机可分为三种类型、四种模式：

三种类型：（1）软土盾构机；（2）硬岩盾构机；（3）混合型盾构机。四种模式：（4）开胸式；（5）半开胸式（半闭胸式、欠土压平衡式）；（6）闭胸式（土压平衡式）；（7）气压式。软土盾构机适应于未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围岩。刀盘只安装刮刀，无需滚刀。硬岩盾构机适应于硬岩且围岩层较致密完整，只安装滚刀，不需要刮刀。混合盾构机适应于以上两种情况，适应更为复杂多变的复合地层。可同时安装滚刀和刮刀。气压盾构是在加气压状态下的施工模式，即可用于泥水加压式盾构机，也可用于土压平衡式盾构机。

盾构机刀盘磨损的修复工艺探讨

盾构机刀盘磨损的修复工艺探讨发表时间：2019-05-05T14:49:53.310Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：刘晓林 [导读] 摘要：在我国经济建设飞速发展的现阶段，基建工程在数量与规模方面均有所增长，所以不可避免的会用到机械化盾构机来开展相关建设活动。广州轨道交通建设监理有限公司广东省广州市 510000 摘要：在我国经济建设飞速发展的现阶段，基建工程在数量与规模方面均有所增长，所以不可避免的会用到机械化盾构机来开展相关建设活动。在机械化盾构机当中，刀盘作为掘削机构在其中有着重要作用，例如，开挖地层、保持开挖面的稳定等，同时也因此需要承载较大的载荷与力矩，所以也因此容易出现磨损情况，导致工程建设的施工效率受到影响。所以，本文重点分析盾构机刀盘磨损的修复工艺。关键词：盾构机；刀盘；磨损；修复工艺引言：在隧道施工期间，需要使用盾构机来完成土体的开挖以及渣土的排运等工作，确保隧道施工可以快速的完成。现阶段，随着现代科学技术的不断进步，机械化盾构机在相关隧道工程中得到了广泛的应用，并且应用效果十分显著。在机械化盾构机工作期间，当中的刀盘由于长期要在较为恶劣的环境下工作，所以会因此导致刀盘出现不同程度的磨损，对工程的开展造成影响，所以要求施工单位可以尽快的完成磨损刀盘的修复，确保工程可以顺利开展。一、工程实例在某工程中，盾构机的刀具与刀盘在施工过程中出现严重的磨损，具体为：对于刀盘来讲，在其中心区域以及辐条均出现显著的磨损，同时，刀箱与四把双联中心滚到均出现了掉落，还有8把正面滚刀以及6把切刀也同样出现了程度不等的磨损。所以为了保证工程可以的开展，需要对竖井中的刀盘予以及时修复。二、刀盘修复工艺胃由于刀盘磨损较为严重，修复工作量较大，且刀盘修复后仍需穿过长30m的上软下硬地层掘进施工，对刀盘修复质量要求较高，因此在刀盘修复前应认真熟悉图纸和施工现场，根据施工方案做好施工准备，并制定刀盘修复方案。刀盘修复过程如下所述。 1、准备修复材料刀盘材料的材质为Q345B，所以为了确保刀盘在修复之后可以继续稳定使用，所以在修复过程中所选择的材质与之前保持一致。此外，测量刀盘主梁厚度为80mm，所以需要根据测量后的规格尺寸来现场实施切割，刀座与刀箱均为原厂提供。 2、磨损区域的处理滚刀刀箱、加强筋板以及中心刀盘等磨损区域均要刨除干净，随后用打磨或者火焰切割等方式进一步修整磨损后的刀梁，并要将刀梁焊接表面的金属光泽打磨出来。另外，鉴于刀盘工作环境有着一定湿度，打磨后的表面会因此生锈，所以焊接工作要抓紧时间进行。 3、选择焊接工艺为了进一步提高修复质量，焊接工艺的选择需与原厂刀盘生产制造时保持一致，同时选用富有经验的焊接工程师来进行焊接作用。此外，在焊接前，要做好焊接区域的预热工作，并要在焊接完成后进行消除应力热处理，以确保焊接质量与焊接位置强度与原厂刀盘保持一致。 4、刀盘主梁的修复将刀盘主梁打磨后，要对其各部位的规格尺寸予以测量，随后根据测量结果来确定下料的最终尺寸。随后，将旧刀梁与新刀梁进行对接，检查对接是否存在问题，并将台阶予以打磨。另外，选择一定规格尺寸的钢管作为刀梁之间的抵抗变形的筋板。在开始焊接前，将原刀梁与新刀梁之间的焊缝进行加热，待加热至120℃后方可开始焊接。在焊接时，需采用多层多道焊接法，焊接后还应对焊接区域进行保温处理，并用振动法将应力消除。 5、修复滚刀刀箱和切刀刀座通常来讲，刀盘修复后的硬岩掘进能力与滚刀高度有着直接联系。其中，如果修复空间有限，难以对滚刀刀箱进行定位，则为了保证修复质量，需要测量未掉落的滚刀刀箱，并将其与图纸加以比对。在将变形量的范围确定后，可按照已安装的滚刀刀箱来定位新滚刀刀箱的位置，并保证新滚刀刀箱与之前刀箱位置处于同一水平面中。随后，待完成定位后，完成拼接点的焊接作业。同理，切刀刀座的修复与滚刀刀座修复流程一致，并在刀座修复后可重新安装切刀与滚刀。 6、修复刀盘喷口鉴于刀盘中心区域磨损严重，导致两路刀盘喷口均无法继续使用。同时，由于原刀盘喷口位于刀盘面板内部，所以现场焊接、加工有一定难度，需要对其结构形式予以一定更改。将保护钢板设置在喷口位置，并将耐磨网格焊接在喷口位置，用一定规格的钢板保护当中管路，保证掘进作业可以顺利开展。三、盾构机刀盘磨损修复后的注意事项由于需要对刀盘开展修复工作，所以导致该实例工程的施工周期受到了延误，所以为了确保余下的工程可以顺利开展，需要在今后使用盾构机时注意以下事项：（1）时刻观察掘进参数。在开展掘进过程中，盾构机的刀盘扭矩、掘进速度以及推力等需要施工人员予以随时查验，如发现问题，要及时对刀盘的工作情况进行检查，并对问题出现原因加以分析。（2）注意检查刀盘、刀具的磨损情况。在掘进过程中，作业人员要对刀盘、刀具的磨损情况进行查看，及时更换存在磨损情况的刀具、刀盘，防止损失扩大化。（3）对刀具更换的质量予以注意。在更换刀具过程中，刀具的安装面要保持干燥、洁净，同时也要对紧固件的定位、安装精度等予以注意。（4）做好不同地层的渣土改良工作。比如，当施工现场的地下水含量出现变化后，施工单位则要对渣土予以及时的改良，避免刀具、刀盘出现过大的磨损。四、预防盾构机刀盘磨损的措施为了保证今后不再出现因为盾构机刀盘磨损而导致施工周期延误，从而引发严重的经济损失，需要施工单位对盾构机刀具磨损的预防措施加以关注。 1、刀具磨损检测技术的应用刀圈磨损是刀具磨损最为主要的失效形式，所以为了更加准确的判断刀具磨损的严重程度，监控刀盘、刀具的工作情况，施工单位需

盾构机刀盘装配

盾构机刀盘装配摘要：盾构机是一种专门用于开挖地下隧道的大型成套施工设备，在城市隧道的开挖中得到越来越广泛的应用。刀盘作为盾构机关键部件，在盾构机掘进过程中起到至关重要的作用，文章主要对刀盘的结构形式功能进行了分析，并对刀盘的装配工艺方法及工装工具的使用进行了阐述。标签：刀盘;功能;结构形式;工装工具;装配工艺方法引言盾构机是用于软土隧道暗挖施工的大型机械设备。它具有金属外壳、壳内装有整机及部分辅助设备，在盾壳保护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进、管片拼装等作业，通过切刀刮削土体，使隧道一次成型。刀盘作为盾构机关键部件，具有开挖搅拌过流岩土、支撑掘进面等作用。 1 刀盘的功能及结构形式 1.1 刀盘的功能分析刀盘位于盾构机最前端，作为各类刀具的载体，是盾构机开挖岩土的关键部件，其装配的好坏将直接关系到盾构机掘进的安全和效率。刀盘的作用主要有开挖土体、搅拌渣土、支护开挖面、阻挡大漂石等作用，具体如下：开挖功能：通过布置于刀盘上的各类刀具，对掘进面的岩土进行破碎和切削，同时将开挖的渣土经刀盘开口刮入土舱并使用螺旋输送机运送到盾构机外。搅拌渣土：通过刀盘后壁的搅拌棒对土舱内的渣土进行搅拌，防止结泥饼的同时还能达到利于排渣的目的。支护开挖面：针对某些特定地质，大面板刀盘能起到支护开挖面的作用，并且开口率越小，作用越明显。阻挡大岩石：螺旋输送机的输送岩土的能力是有限的，如果进入土舱的岩石过大将损坏螺旋输送机，通过刀盘结构的合理设计，可以将过大的漂石阻挡在刀盘外。 1.2 刀盘结构形式刀盘的结构主要有辐板式和辐条式两大类型，辐板式刀盘一般为焊接箱型结构，其上设置刀座、刀具、开口、添加剂注入口及与主轴承连接部件;辐条式刀盘主要有轮缘、辐条及布设在辐条上的刀具组成，刀具布置在辐条的两侧，一般较难布置滚刀。目前，中国使用的盾构大部分为辐板式刀盘，下面主要对辐板式

盾构机刀盘、刀具磨损分析浅谈

盾构机刀盘、刀具磨损分析浅谈摘要：造成刀盘和刀具的磨损是多方面的，而且很多都是不能定量分析的，但是只要综合土层性质、掘进参数、正确使用泡沫剂、适时开仓检查刀具和汲取以往的经验教训，就可能将刀盘和刀具的磨损量降到最小，从而达到保护刀盘、刀具的目的。关键词：盾构机；刀盘；刀具；磨损随着地铁建设的发展，盾构工法在地铁建设中起到了越来越重要的作用。它的优越性，实际上是得益于盾构机技术的发展，正所谓“工欲善其事，必先利其器”。盾构机之所以特别重要是因为它与其它施工机械不一样，它被形象地称为“度身定做”（taitor-made）的[1]。所谓“度身定做”度的什么身呢？就是根据特定的施工环境这个“身”来制造与之相适应的特定的盾构机。在盾构机选型中刀具的选择又是重中之重，要根据地质情况选择相匹配的盾构机，盾构机刀盘刀具布置是盾构机配置的最重要的部分。在实际施工过程中，若区间较长，需要进行开仓检查刀具和换刀，确保盾构机能够顺利到达出洞。笔者对深圳地铁2号线后海站～科苑站区间盾构隧道刀盘、刀具磨损情况进行了总结分析，可为类似工程盾构机刀具选型提供参考。 1工程概况深圳地铁2号线是深圳市优先发展的轨道交通线路，是连接城市中心区与蛇口、南头半岛的纽带，也是特区内东西向交通走廊内的第二条轨道客运干线，沿途将经过蛇口、后海开发区、南山商业文化中心和深圳湾填海区，串联了上述片区主要的居住区和商业文化密集区，满足了南山与福田、罗湖二级客运走廊的客运需求。地铁2号线建成后在深圳世界之窗站与1号线换乘，将直接为300万以上的市民提供安全便捷的交通服务，能有效缓解南山区的交通压力。深圳地铁二号线某标段土压盾构机从后海站向科苑站方向掘进。本区间左、右线隧道平面最大曲线半径为1000m，最小曲线半径为400m，左、右线线间距13.2m～14.2m，区间隧道最大线路纵坡为28‰，最小纵坡为2‰，竖曲线半径最大为5000m，最小为3000m，隧道拱顶埋深为10m～15m。 2地质概况区间场地原始地貌为滨海相潮间带（滩涂），后经软基处理由填海而成。由钻探揭示，覆土表层为人工填筑的素填土（填石、填砂），其下为第四系全新统海积淤泥、砾砂（含淤泥）、冲洪积粘土、砾砂，第四系上更新统冲洪积淤泥质

盾构机推力和扭矩计算

盾构机推力和刀盘扭矩的地层适应性评价 1、推力计算盾构的推力应包含以下几个部分： 1）盾壳和土层的摩擦力 FM 其中μ为盾壳和土体间的摩擦系数，根据经验值取0.25。计算得：FM=8074KN 2）盾构推进正时面推进阻力其中Di 为盾构机内径 Ps 为设计掘削土压（kN/m2）设计掘削土压Ps=地下水压+土压+预压其中地下水压在粘土层处相对于隧道中部的水头最大约11.5m ，那么水压力为115kN/m 2；土压按静止土压力计算：Po=Ko γH 上式中：Po —静止土压力 H —覆土厚度 Ko —静止土压系数 Ko=1－sin φ 式中：φ—有效内摩擦角经计算Po=127 kN/m2 预压力一般取30 kN/m2 Ps=115+127+30=272kN/m2 M BA S NL F F F +F +F =+∑()[]4/11h h V V M P P P P L D F +++???=πμBA F 214BA i s F D p π=

=9109.3 KN 3）盾尾密封的摩擦力（经验值，周向每米密封的摩擦力）（管片外径6.4m ） 4）拖拉后配套的力 FNL （经验值） 5）总推力计算 ΣF=17943.3KN 在盾构上坡和转弯时盾构的推力按直线水平段的1.5倍考虑，盾构的实际推力应为： ΣF=17943.3×1.5=26914.95KN 盾构机实际配备推力： S-488/S-698盾构机实际推力分别为34210KN 和50668KN 。均能满足盾构的实际需要. 2、扭矩计算 1）刀具切削扭矩推进速度：刀盘转速：（根据类似工程选取经验值）刀盘每转切深：岩土的抗压强度：；刀盘直径： Dd=6.68m T 1=0.5x[100x0.0667x(6.68x0.5)2]=37.2KNm 214BA i s F D p π=2S 'F i s F D π=S'10/F KN m =KN F NL 750=h m V /8.4max =rpm n 2.1=cm n V h 67.6/max ==100u q KPa =()[]2max 15.05.0????=d u D h q T

盾构机刀盘换刀方案上课讲义

盾构机刀盘换刀方案一、换刀概述由于沈阳地质复杂，硬岩较多，对盾构刀具的磨损比较大。盾构很难在不换刀具的情况下掘进整条隧道，所以要做好盾构换刀的准备。换刀分为计划换刀和非计划换刀两种。计划换刀指的是根据地质情况作出的换刀决定，非计划换刀指的是工作人员在盾构掘进过程中，通过检查发现刀具磨损情况非常严重，已经不能正常掘进，而作出的换刀决定。计划换刀一般在地层强度发生很大变化的情况下进行。由于刀具根据其位置和工作原理，可分为片式割刀/撕裂刀和边缘刮刀。片式割刀/撕裂刀主要用于切削土层④-5，⑤-5圆砾层。在地层强度变化后，现有刀具不足以满足盾构正常掘进，一般要进行软硬刀具的更换。还有就是盾构要穿越特殊地段，在此地段很难进行刀具更换，或进行刀具更换的危险很大。这时要在穿越特殊地段前，进行刀具的新旧更换，以防万一。二、换刀计划根据刀盘磨损情况，计划在左右线隧道联络通道处，利用将来联络通道施工场地开挖竖井进行换刀。同时根据刀具及刀盘磨损情况对刀盘进行加工改造。三、竖井开挖方法及主要技术措施（一）施工总体规划 1、施工准备：施工前做好施工用临时水、电、风管布设；平整、硬化施工场地；测量放样及桩位复核、导线网布设；施工场地围挡；管线物探、改移及保护，建筑物保护，补充地质勘察。 2、施工顺序施工周边降水——锁扣圈施工——土方开挖 1）施工周边降水：在竖井周边施工区域内，首先进行施工降水作业，降水井井深40米，井径600mm，满足地下水位在竖井底板以下。 2）锁口圈施工：竖井锁口圈施工完成后，进行提升塔架架设，提升塔架架设完成后，即进行竖井开挖施工。

3）土方开挖：土方开挖采用人工开挖，提升塔架出土，在现场堆土场存放，夜间集中外运，运输设备为自卸汽车；分层开挖，并及时打设小导管后安装格栅挂网喷射混凝土。（二）施工方法及主要技术措施施工竖井平面为矩形，净空尺寸为3×7m。平面图如下图图1施工竖井平面图 1、锁口圈施工 1）．锁口圈基坑开挖，按设计要求地表下两米范围内采用人工开挖，防止破坏已有管线，如发现基坑内有管线，通知业主及有关部门，调查和切改管线。以下土体采用人工配合挖机进行基坑开挖，开挖后立即进行锚喷支护（C25网喷混凝土）。对基坑顶上1米图纸未设计喷砼范围也进行喷砼,防止坑壁土污染钢筋及混凝土。

盾构机刀盘修复流程

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。

盾构机的结构工作原理

1 盾构机的工作原理 1．1盾构机的掘进液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 1．2掘进中控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 1．3管片拼装盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。 2 盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用盾构机的最大直径为6．28m，总长65m，其中盾体长8．5m，后配套设备长56．5m，总重量约406t，总配置功率1 577kW，最大掘进扭矩5 300kN·m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾休、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 2.1盾体盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体，其外径是6．25m。前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力，这30个千斤顶按上下左右被分成A、B、c、D四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。中盾的后边是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接可以使盾构机易于转向。

常见盾构刀盘型式及选用

常见盾构刀盘型式及选用作者:admin 摘要：目前常见的刀盘结构有面板式和辐条式2种基本型式，以及介于2者之间的幅板式刀盘。通过文献分析和工程经验总结，首先阐述了几种型式刀盘的结构、基本配置及工程应用。随后从刀盘土舱构造、开挖面稳定、土压平衡控制、砂土的流动性、刀盘负荷、障碍物的处置、地层适应性等方面，对2种基本刀盘型式的特性进行了比较和分析。关键词：盾构；刀盘型式；面板式刀盘；辐条式刀盘 0 引言国内外工程实践表明，盾构在施工中会遇到各种不同地层，从淤泥、粘土、砂层到软岩及硬岩等。作为盾构机的关键部件之一，刀盘主要起到开挖土体、稳定工作面及搅拌土砂的功能，因此在掘进过程中刀盘工作环境恶劣，受力复杂。刀盘型式及结构关系到盾构的开挖效率、使用寿命及刀具费用。刀盘配置及选型主要依赖于工程地质及水文地质条件，不同的地层应采用不同的刀盘型式，但在地质适应性设计方面缺少完整的理论依据、经验数据及可靠的试验数据，在很大程度上还依赖工程经验。 1 刀盘结构型式盾构刀盘由钢结构件焊接而成，目前其主流型式有2种：面板式和辐条式［1］。另外，还有介于2者之间的辐板式刀盘（由辐条和幅板组成）［2］。面板式刀盘（图1、图2）一般为焊接箱形结构，其上设置刀座、刀具、开口、添加剂注入口及与主轴承连接部件。切刀布置在面板上开口的两侧，滚刀布置面板是刀座。刀盘开口率较小，在30%左右，属闭胸式。目前，中国使用的盾构大部分为面板式刀盘结构，如上海地铁施工用的是法国FCB盾构，北京、广州、深圳及南京等地用的是海瑞克盾构。辐条式刀盘（图3、图4）主要由轮缘、辐条及布设在辐条上的刀具组成。刀具布置在辐条的两侧，一般较难布置滚刀。刀盘开口率很大，约在60%～95%之间，属开敞式。以往，辐条式刀盘应用较少。最近，在日本地铁工程中辐条式刀盘应用开始增多。中国盾构工法也开始应用辐条式刀盘，如北京地铁4号线使用的石川岛播磨Ф6.14m盾构（开口率95%）、小松Ф6.3m盾构（开口率62%）、上海地铁M6、M8使用的石川岛播磨Ф6.52m双圆盾构（开

盾构刀盘支撑法兰密封位磨损修复技术

32 施工技术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2012年4月下第41卷第363期盾构刀盘支撑法兰密封位磨损修复技术张洪涛，郑国良，刘景华，王太平（中建市政建设有限公司，北京 100161）［摘要］盾构刀盘支撑法兰位于切口环内，主要作用是将刀盘与主驱动连接起来，驱动刀盘的旋转。盾构刀盘支撑通过法兰盘与主驱动齿轮相连，刀盘在旋转过程中连接的密封位极易进入泥砂，长期旋转过程中容易造成密封位的磨损，因此法兰盘在掘进一定距离后必须进行检查、修复。某法兰盘为宽740mm ，中心直径2740mm 的圆环，并连接6个牛腿。为防止该法兰盘的变形，采取镶嵌钢环加补焊的修复工艺，达到了法兰盘变形量小、平面精度高的目的。［关键词］隧道；盾构；刀盘支撑法兰；镶嵌钢环；磨损；焊接［中图分类号］TU245 ［文献标识码］A ［文章编号］1002-8498（2012）08-0032-03 Repairing of Abrasion on Sealing Position of Shield Cutter Flange Zhang Hongtao ，Zheng Guoliang ，Liu Jinghua ，Wang Taiping （China Construction Municipal Construction Co．，Ltd．，Beijing 100161，China ） Abstract ：The cutter flange locates in incision ring of shield which main function is connecting the cutter and main driver to operate the cutter．Because the shield cutter and main driver gears is connected with the flange ，so the sediment is easy to enter the sealing position during cutter rotation．The sealing position always abrades during long-term rotating of shield cutter．Thus the flange should be checked and repaired when shield run a certain distance．Some flange connects 6corbels with 740mm-wideth and 2740mm-diameter．Repairing technology of inlaying steel ring and welding is adopted to control the deformation and plan accuracy． Key words ：tunnels ；shields ；cutter flanges ；laying steel rings ；abrasion ；welding ［收稿日期］2011-11-14 ［作者简介］张洪涛，中建市政建设有限公司工程师，北京市西四环南路52号中建一局大厦6019室100161，电话：（010）83982793，E-mail ：szgcb-zht@163．com 盾构是集液、电、气、传感于一体的大型机械化专用施工设备，主要用于城市地下隧道、管沟等施工。盾构刀盘支撑形式主要有中心支撑、中间支撑、周边支撑3种形式，在目前地铁施工中盾构广泛采用的是中心支撑和中间支撑的形式，中心支撑式以德国的海瑞克为代表，中间支撑式以日本产盾构为代表。支撑的形式直接决定了刀盘支撑的结构形式。日本某厂家的盾构刀盘支撑法兰与主驱动连接处设置了一道端面密封，用于防止泥砂进入轴承内，刀盘支撑法兰在长期的运转过程中极易出现磨损。磨损后密封位的修复精度至关重要。1 刀盘支撑基座密封结构及磨损原因本盾构为土压平衡式盾构，采用外齿啮合的中间支撑的结构形式（见图1）。刀盘支撑一侧通过6个牛腿带动刀盘的旋转，另一侧通过法兰盘与主驱动齿轮相连。法兰盘连接处设有一道多唇端面密封，盾构在正常掘进过程中通过向密封腔内加注润滑油脂起到润滑、防止土仓内泥砂进入主轴承箱内的作用。本次检修的2台设备均已推进完成5km ，检修过程中发现刀盘支撑法兰密封位处已经出现多道不同深度凹槽，凹槽区域宽度为70mm ，直径为3270mm ，其中磨损最深达10mm ，磨损区域及磨损情况如图2所示；多唇密封的3道唇边均已磨损。经测量、试验分析主要由以下原因造成法兰盘密封位的磨损。 1）该结合部位长期处于泥砂、水压力包围中，润滑油脂填充不充分时，土砂极易进入密封位置处与法兰盘产生摩擦，长期旋转过程中，导致法兰盘密封位和密封磨损。 2）外周密封位直径约为3270mm ，圆周长约10.5m ，圆周上设有4个润滑油脂注入点，为确保达到保压、润滑的效果，必须确保每个点的注入量。所以在润滑油脂泵泵送能力下降时，每个点的注入量就会下降，直接影响润滑效果。

盾构机刀具刀盘配置对扭矩、刀头磨损及掘进速度的影响

伴随着我国城市化进程的加快，城市建设快速发展，城市规模不断加大，城市交通呈急剧增长的态势，21世纪将是中国城市轨道交通的新纪元，经济发展将会伴随更大的都市化，地铁交通的建设将促使城市的发展，甚至成为一个急迫的任务。盾构机在隧道施工中，通过刀盘刀具对前方土体进行切削，刀具与土体的适应程度至关重要。盾构是集液、电、气于一体的大型机械化专用施工设备，目前应用最广泛的是闭胸式盾构，主要分为泥水式和土压平衡式。土压平衡式盾构机在复杂多变的地质条件下，其刀盘的结构型式、刀盘的支撑形式、刀具的选型、刀具的布置将直接影响到设备掘进的效果。刀盘刀具于前方土体不适应，将使盾构掘进非常缓慢甚至寸步难行，直接影响到盾构机的工作效率、工程进展及工程的经济效益。由于刀具是易损件，消耗量大，如果只是依靠进口刀具不仅供货期长，而且成本高，所以使用国产刀具势在必行。在掌握盾构刀具切削机理和深刻认识刀具磨损相关因素的基础上，针对不同的施工地质进行刀盘刀具的选择、刀具的布置等盾构掘进设备最关键、最核心的问题，进而实现盾构机的国产化就显得尤为必要。 1刀盘的布置针对不同的地层情况以及设备等情况，盾构的刀盘形式有很多，其主要功能为以下儿点：（1）切削功能:刀盘旋转时，通过布置在刀盘上各种形式的刀具切削土体，并将切削下来的土体刮到土仓。（2）支撑功能:依靠辐条及辐条之问的面板起到支撑掌了面土体的作用。（3）搅拌功能:通过刀盘的旋转及搅拌棒的配合作用，使土体与膨润土、泡沫等充分混合，以改善土体的和易性、可塑性，增强土体的流动性，便于出渣，提高掘进工作效率。（4）控制出渣粒径:通过刀盘结构形式及刀盘开口率控制进入土仓内土体的粒径。为了实现上述功能，刀盘形式上主要分为辐条式和面板式两类，还有一种是两者组合的复合式刀盘，在该类型中中泥水土压平衡式盾构机的刀盘是真正的面

高压环境下盾构机刀盘修复技术探讨

高压环境下盾构机刀盘修复技术探讨发表时间：2018-10-09T20:58:29.757Z 来源：《防护工程》2018年第16期作者：李向锋 [导读] 本文针对在高压密闭空间中，介绍了洞内注浆工艺，高压密闭稳定空间的建立及维持方法，高压环境下的安全控制措施，刀盘的修复焊接工艺等中铁十五局集团有限公司摘要：本文针对在高压密闭空间中，介绍了洞内注浆工艺，高压密闭稳定空间的建立及维持方法，高压环境下的安全控制措施，刀盘的修复焊接工艺等，为今后类似问题的处理与解决提供了参考与借鉴。关键词：盾构机；高压环境；安全；盾构机；刀盘；焊接 1.引言随着地铁建设的发展，盾构掘进技术是一项用于地下隧道工程建设的先进技术，它具有施工质量好、施工速度快、施工安全、自动化程度高、对周围环境影响小等特点。因而，盾构掘进技术越来越多的应用于公路隧道、地铁隧道、铁路隧道、市政管道、水电隧道工程建设。在盾构掘进中，刀盘磨损或损坏时有发生，由于地层或周边环境等因素影响，不能进行常压开仓修复工作，必须选择高压环境条件下进行刀盘修复工作。 2.工程概况广深港高铁深港连接隧道为?9.6m双洞单线盾构隧道，全长3346m，盾构穿越地层多为强风化和全风化变质砂岩或变质粉砂岩结构及粘土地层，砂岩地层土质松软，气密性差。粘土地层细颗粒含量高，粘性高。盾构机进入香港段大理岩溶洞区遭遇复杂地层影响，掌子面不稳定，压力无法保持，导致盾构机长时间未能正常更换刀具，盾构机刀盘遭到严重破坏，出现大量刀具掉落，刀座损坏，刀盘封板变形、搅拌棒掉落等现象。由于香港段穿越米埔湿地自然保护区，线路穿越区域地表分布大量鱼塘，不能采取地面加固方式，为保证隧道顺利掘进，需对受损刀盘在高压环境下进行修复、焊接。 3.建立安全的修复空间修复作业开始前，为了保证在掌子面安全施工，必须在开挖舱建立一个稳定密闭修复空间。在停机前采用优质泥浆进行循环，达到较好的护壁效果。停机后，通过盾构机上部超前钻孔，利用超前钻钻孔，钻孔深度16m，插入注浆管，向盾构机前方土体注入水泥浆-水玻璃双液浆，注浆压力0.5～0.8Mpa，起到加固盾构机前方土体的作用。通过盾体径向预留孔向盾体周围注入克泥效，填充盾构机周围土体间隙，起到闭气效果，维持泥水仓压力，避免冒气、漏浆现象。拌制新鲜高浓度膨润土泥浆（新鲜高浓度膨润土泥浆的注入数量以现场泥浆粘度检查结果为准），将新鲜泥浆通过砼运输车运至平台放入砂浆车，由砂浆车运至盾构机储浆罐内，通过同步注浆泵向气仓或泥水仓内压入泥浆，加至液位到中心以上1.5m左右。转动刀盘，让新浆在泥水仓内充分混合，注入泥浆过程中，控制刀盘转速不超过0.2转/min，严谨快速转动刀盘，防止刀盘过大扰动掌子面，导致掌子面失稳。为了确保带压进仓作业安全顺利进行，进仓前必须进行泥水仓密封效果试验等工作。液位降低、泥膜形成后，静置一段时间（0.5～1小时），观察、记录仓内液位及压力变化，若液位及压力无变化或变化小，则证明成膜质量好，泥水仓密封效果良好，可进行下步作业；反之，则需重新成膜，直至达到良好的密封效果。 4.过程中安全控制 1、全程监测盾构机停机位置地面的稳定性，监控掌子面的稳定性，掌握仓内压力波动情况。 2、作业过程中使用的便携式多功能气体监测仪能对修复工作空间内的气体成分进行动态监测，便携式多功能气体监测仪配置有可燃气体传感器、氧气传感器、CO2传感器、CO 传感器和水蒸气传感器，通过便携式多功能气体检测仪器可以检测修复工作空间内的可燃气体、氧气、CO2、CO 和水蒸气的含量，降低修复工作空间内施工人员的中毒风险，保障了施工人员的人身健康和安全。 3、作业过程中采用了废气排放管路进行废气和烟尘排放，废气排放管路能够有效收集和排放修复过程中产生的废气和烟尘，排气量维持在Samson系统自动补气量的10%左右为最佳，保障了施工人员的人身健康和安全。 4、在修复过程中采用了带有减压装置的焊接呼吸面罩，施工人员所呼吸的气体是经过盾构净化装置净化以后的压缩空气和医用氧气，保证了施工人员作业过程中的人员健康。 5.刀盘修复工艺刀盘修复母材为Q345钢材，采用ENISO 2550-AE382B 32 2.50/3.25mm德国进口焊条，使用ESAB650C多功能焊机。工作环境压力：2.9bar。 5.1齿刀刀座修复对于端头磨损不到2cm的齿刀刀座，采用填补堆焊的方法。如果齿刀刀座端头磨损超过2cm,则采取以下步骤： 1、先将磨损处填补堆焊，再打磨平整； 2、将新的齿刀刀座三角块割除，边缘打30mmX30mm 45°坡口； 3、在旧刀座凹槽上塞一块钢板使其平整； 4、将新刀座焊接在钢板上。 5.2搅拌棒修复 1、对旧的搅拌棒进行废料割除并打磨，在4cm厚的钢板上开孔，将搅拌棒将焊接在钢板内，搅拌棒伸进钢板3.5cm，在钢板正面和背面都对搅拌棒进行焊接。将搅拌棒前端割除8cm，然后再在搅拌棒前端切一个倒角，高4cm，长10cm。搅拌棒连接部位如图1所示。