盾構(gòu)機(jī)刀盤修復(fù)技術(shù)初探

1、06鐵道建筑 RailwayEngineering December,2007文章編號(hào):100321995(2007 1220060203盾構(gòu)機(jī)刀盤修復(fù)技術(shù)初探時(shí)偉, 王, 曾宇翔(中鐵一局集團(tuán)第四工程公司, 陜西咸陽712000摘要:盾構(gòu)機(jī)刀盤在遭遇不利地質(zhì)條件又不具備換刀條件時(shí), 強(qiáng)行出洞會(huì)造成刀盤嚴(yán)重磨損, 在具備修復(fù)空間及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理的情況下, 可對(duì)受損刀盤進(jìn)行維修。文章依托北京地鐵工程實(shí)例介紹筋板修復(fù)、刀盤校正、刀箱定位、泡沫噴嘴修復(fù)與保護(hù)等修復(fù)技術(shù)。關(guān)鍵詞:盾構(gòu)機(jī)刀盤修復(fù)技術(shù)中圖分類號(hào):U455139文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B盾構(gòu)法是利用盾構(gòu)機(jī)在地面以下掘進(jìn)隧道的一種施工方法。盾構(gòu)機(jī)開倉(cāng)修

2、復(fù)更換刀具耗資、耗時(shí)巨大, 還易造成地表塌陷等事故。由于地質(zhì)情況或者地表建筑物的影響和限制, 盾構(gòu)機(jī)在遭遇上軟下硬地層又不具備開倉(cāng)換刀條件時(shí), 容易造成刀具、刀盤面板直至筋板的磨損。盾構(gòu)機(jī)刀盤在到達(dá)前, 境, 機(jī)出洞后, , 可對(duì)受損刀盤進(jìn)行維修。復(fù)實(shí)例, 對(duì)此問題進(jìn)行探討。6 刀盤內(nèi)置泡沫輸送管道和噴嘴全部脫落, 僅余+殘端。刀盤磨損情況見圖1。1盾構(gòu)機(jī)刀盤磨損情況1 中心區(qū)(<2400mm 區(qū)域內(nèi) 刀盤平面磨損530mm, 有明顯凹陷, 中心區(qū)6個(gè)滾刀及刀箱相應(yīng)磨損,圖1磨損后刀盤的狀態(tài)需做適當(dāng)修補(bǔ)。2 外周正面區(qū)內(nèi), 刀盤面板鋼板(厚60mm 已全部磨損掉, 最大磨損區(qū)域周邊向圓心

3、1200mm 范圍內(nèi), 支撐面板的立筋、護(hù)板已裸露并嚴(yán)重磨損。該區(qū)域中小刮刀、邊緣刀、滾刀、超挖刀全部損壞或脫落。3 刀盤外緣耐磨鑲塊磨損約25mm, 使刀盤直徑減小。4 刀盤圓形結(jié)構(gòu)體四分之一部分(1號(hào)臂3號(hào)臂 向土倉(cāng)方向變形, 變形量約40mm, 相應(yīng)區(qū)域筋板撕裂多處, 使筋板和刀箱受損。5 外圈周邊刀及刀座全部磨損掉, 需按圖紙定位再造。2盾構(gòu)機(jī)刀盤維修方案211修復(fù)步驟清理切除已損壞、變形的殘板、刀座修復(fù)刀盤變形修復(fù)筋板刀盤中心區(qū)面板修復(fù)刀座、刀箱修復(fù)泡沫噴嘴修復(fù)。212修復(fù)用材料1 板材:修復(fù)刀盤面板和筋板采用熱軋板牌號(hào)為16Mn, 厚度按照?qǐng)D紙尺寸(護(hù)板16mm 、筋板40mm 與

4、60mm 、面板60mm 。該材料與原件材料相同, 可焊性好, 無特殊工況要求。2 焊條:結(jié)構(gòu)修復(fù)使用506、507焊條。外周平面與外輪緣面采用專用堆焊耐磨焊條, 硬度HRC 50, 結(jié)合強(qiáng)度良好。焊條在使用前用專用烘箱進(jìn)行烘烤。3 環(huán)境:修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)為地下空間, 溫度變化較小, 空收稿日期:2007207225; 修回日期:2007209215作者簡(jiǎn)介:時(shí)偉(1974 , 女, 河南上蔡人, 工程師。2007年第12期盾構(gòu)機(jī)刀盤修復(fù)技術(shù)初探 16氣對(duì)流不明顯, 對(duì)焊接作業(yè)影響不大。3修復(fù)方案實(shí)施311清理殘根采用在前盾上焊接六根定位鋼筋的辦法確定一個(gè)與前盾面平行的平面, 此平面從定位鋼筋上掛線相

5、交確定, 作為刀箱定位的參考基準(zhǔn)面。31412刀箱定位根據(jù)參考基準(zhǔn)面及圖紙尺寸, 訂出刀箱與盤面的相對(duì)位置, 保證刀刃相對(duì)于盤面的高度一致。為了保證刀間距離及刀具的同心度, 要在刀盤上精確定位圓心, 利用中心點(diǎn)與圖紙標(biāo)示的刀間距確定刀箱位置。先在土倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行刀箱后部的焊接, 而后在盤面上用薄鋼板(0152mm 將刀盤與外筋板的縫隙填實(shí)。為了保證刀箱與筋板的焊接質(zhì)量, 要在筋板與刀箱接縫的筋板上加工45°角的坡口。31413邊緣滾刀的安裝為了滿足安裝的角度, 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件, 用木板制作所需角度的樣板尺, 經(jīng)過使用樣板尺, 能保證邊緣滾刀的安裝角度。3, 利用殘根和圖紙標(biāo)定的。先在內(nèi)、外兩

6、端各定一把刀座, 而后利用角鋼定出其它同一直線刀座的位置, 刀座全部定位后進(jìn)行加固焊接。31512邊緣刮刀刀座的安裝保證正面區(qū)域的小刮刀在同一平面上, 邊緣區(qū)域采用氧焊及氣刨工具, 對(duì)面板筋板殘根以及刀箱刀具殘根進(jìn)行清理, 按焊接要求打磨出坡口面, 為焊接工作做好準(zhǔn)備。312筋板修復(fù)1 在殘根上作出標(biāo)記并進(jìn)行拓樣工作, 根據(jù)圖紙確定補(bǔ)貼復(fù)原筋板的泡沫塑料樣板, 然后按樣板加工所需鋼板(筋板采用50mm 厚16Mn 鋼板 ;2 將筋板殘根與鋼板焊接。為保證焊接質(zhì)量, 在對(duì)接口處加工45°角坡口, 采用多層焊接將坡口填平。筋板焊后的情況見圖2 。圖2筋板的焊接修復(fù)313刀盤校正1 考慮到

7、校正刀盤時(shí)對(duì)主軸承的負(fù)面影響, 將刀與設(shè)計(jì)相符, 保證開挖圓周的直徑, 定位后焊接牢固。316泡沫噴嘴的修復(fù)與保護(hù)31611泡沫噴嘴修復(fù)盾構(gòu)機(jī)刀盤磨損后, 經(jīng)常需要更換面板和泡沫噴嘴。當(dāng)遇到面板全部磨損, 只留下泡沫管道的一部分時(shí)就需要重新安裝泡沫管道及噴嘴。在只換面板的情況下, 刀盤背板是完好的, 為了不增加工作量, 背板上可不做任何工作。安裝泡沫管道與噴嘴只能在安裝面板之前完成。這里要提到刀盤的修復(fù)順序。刀盤的修復(fù)是按面板下料, 在面板上做預(yù)留孔洞(包括泡沫噴嘴 , 而后將面板整體放在一個(gè)工作平臺(tái)上, 在面板上焊接筋板、護(hù)板、支腿、支座和攪拌棒等。維修面板、泡沫噴嘴時(shí)只考慮刀盤前面, 故將

8、新安裝的管道與管道殘根對(duì)接。另加工泡沫噴嘴, 安裝所需的方塊(二通或三通 , 方塊安裝在管道末端。方塊的作用是安裝噴嘴組件, 焊接在面板上固定泡沫管道。將管道與方塊連接好, 垂直于背板, 其高度要使面板安裝后剛好壓在方塊上, 將泡沫噴嘴組件焊接在方塊孔正中, 將面板上泡沫噴嘴孔擴(kuò)大(保證方塊座與面板焊盤與前盾進(jìn)行加固。加固區(qū)域確定在刀盤的未變形區(qū)域, 既要保證對(duì)主軸的影響小又要保證未變形區(qū)域不產(chǎn)生二次變形。2 將變形區(qū)域的撕裂筋板和影響刀盤校正的筋板割斷, 僅留背板。在其后面與土倉(cāng)板間放兩臺(tái)液壓油缸將刀盤緩慢頂出, 頂?shù)轿恢煤笥谩肮ぁ弊咒摵徒卿搶⒌侗P與前盾焊接在一起, 防止反彈。3 在筋板割斷

9、處加工坡口進(jìn)行焊接, 保證焊接強(qiáng)度, 增加支承鋼板和復(fù)焊板, 進(jìn)行應(yīng)力放散。待應(yīng)力放散基本完成后將所有固定刀盤的支點(diǎn)拆除。314刀箱定位安裝31411刀盤面位置確定為進(jìn)行刀箱定位, 需要確定刀盤面的平面位置。因?yàn)榈侗P是在盾體上安裝的情況下修復(fù), 盾體位于2的上坡段, 所以刀盤平面與鉛垂面不是同一平面。26鐵道建筑December,2007接 。面板安裝在刀盤上, 在面板的泡沫孔(擴(kuò)大孔 與方塊接觸部分焊接(保證不漏 。機(jī)加工一合適鋼套, 套住噴嘴組件, 在鋼套外圈與擴(kuò)大孔間實(shí)施填焊作業(yè), 保證鋼套與面板在同一平面上, 焊縫要填平。此作業(yè)一要保證管道密封不漏; 二要保證管道穩(wěn)定; 三要保證面板與

10、噴嘴口的美觀。31612泡沫噴嘴保護(hù)泡沫噴嘴在使用過程中, 容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。為避免此種現(xiàn)象發(fā)生, 根據(jù)丁壩挑流的原理, 對(duì)泡沫噴嘴采用環(huán)形保護(hù), 改變“土流”流向, 保護(hù)噴嘴部位不受土體堵塞, 使泡沫能夠加入土體 。圖4中心異形羊角刀具413異形刀具的加工盾構(gòu)機(jī)在粉細(xì)砂和黏土地層中掘進(jìn), 為防止在中心區(qū)造成泥餅, 避免中心滾刀磨損, 在中心區(qū)加焊異形刀, 對(duì)中心滾刀實(shí)施保護(hù)措施。為保證異形刀口的硬度, 同時(shí)保證刀具與中心區(qū)面板的焊接強(qiáng)度, 采用刀體復(fù)合制造, 上部采用硬度高的硬質(zhì)合金, 下部采用可焊性好的鋼材。, 為減小澆鑄5結(jié)語圖3(單位mm 4刀盤配置的改良411地質(zhì)條件在某些情況下,

11、刀盤受到磨損又不具備換刀條件, 磨損會(huì)傷及刀盤本體, 對(duì)刀盤本體的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急修復(fù)會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)修復(fù)比廠修的加工及定位條件更加不好, 精確拓樣, 精確下料為修復(fù)的重要工序。焊接工藝和焊接質(zhì)量是修復(fù)刀盤的關(guān)鍵, 必須精心施焊、精確放樣、保證尺寸, 探傷檢驗(yàn)必須及時(shí)到位。異型刀具的增加和泡沫噴嘴保護(hù)裝置的增加, 對(duì)刀具和噴嘴使用壽命的延長(zhǎng)有明顯效果。參(11 :10216.2張國(guó)京. 北京地區(qū)土壓式盾構(gòu)機(jī)刀具的適應(yīng)性分析J.市將要施工區(qū)間的地質(zhì)條件比較復(fù)雜, 有黏土、粉細(xì)砂、風(fēng)化泥巖、微風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖等 。在始發(fā)段以黏土、粉細(xì)砂為主, 掘進(jìn)后期又以風(fēng)化泥巖、微風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖為主, 基本上是上軟下硬地段, 地層中粉細(xì)砂居多, 不具備換刀條件。412刀盤配置改良地質(zhì)條件使盾構(gòu)機(jī)刀具的配置成為一個(gè)復(fù)雜的問題。軟土地段要用刮刀, 而硬巖地段要用滾刀。綜合考慮地質(zhì)條件, 準(zhǔn)備在始發(fā)時(shí)全部安裝滾刀。因在軟土地層滾刀基本不滾動(dòng), 容易形成偏磨, 要求保證小刮刀與邊緣刮刀的完整性, 在正面區(qū)、邊緣區(qū)已有刮刀保護(hù)滾刀使?jié)L刀減小偏磨, 而在中心區(qū)域只有滾刀沒有刮刀, 這樣就加劇了中心滾刀的偏磨, 使中心區(qū)域極易形成泥餅。為減小滾刀的偏磨