盾構機刀盤修復技術初探

1、06鐵道建筑 RailwayEngineering December,2007文章編號:100321995(2007 1220060203盾構機刀盤修復技術初探時偉, 王, 曾宇翔(中鐵一局集團第四工程公司, 陜西咸陽712000摘要:盾構機刀盤在遭遇不利地質條件又不具備換刀條件時, 強行出洞會造成刀盤嚴重磨損, 在具備修復空間及技術經(jīng)濟比較合理的情況下, 可對受損刀盤進行維修。文章依托北京地鐵工程實例介紹筋板修復、刀盤校正、刀箱定位、泡沫噴嘴修復與保護等修復技術。關鍵詞:盾構機刀盤修復技術中圖分類號:U455139文獻標識碼:B盾構法是利用盾構機在地面以下掘進隧道的一種施工方法。盾構機開倉修

2、復更換刀具耗資、耗時巨大, 還易造成地表塌陷等事故。由于地質情況或者地表建筑物的影響和限制, 盾構機在遭遇上軟下硬地層又不具備開倉換刀條件時, 容易造成刀具、刀盤面板直至筋板的磨損。盾構機刀盤在到達前, 境, 機出洞后, , 可對受損刀盤進行維修。復實例, 對此問題進行探討。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盾構機刀盤磨損情況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個滾刀及刀箱相應磨損,圖1磨損后刀盤的狀態(tài)需做適當修補。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、護板已裸露并嚴重磨損。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 刀盤圓形結構體四分之一部分(1號臂3號臂 向土倉方向變形, 變形量約40mm, 相應區(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盾構機刀盤維修方案211修復步驟清理切除已損壞、變形的殘板、刀座修復刀盤變形修復筋板刀盤中心區(qū)面板修復刀座、刀箱修復泡沫噴嘴修復。212修復用材料1 板材:修復刀盤面板和筋板采用熱軋板牌號為16Mn, 厚度按照圖紙尺寸(護板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:結構修復使用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, 結合強度良好。焊條在使用前用專用烘箱進行烘烤。3 環(huán)境:修復現(xiàn)場為地下空間, 溫度變化較小, 空收稿日期:2007207225; 修回日期:2007209215作者簡介:時偉(1974 , 女, 河南上蔡人, 工程師。2007年第12期盾構機刀盤修復技術初探 16氣對流不明顯, 對焊接作業(yè)影響不大。3修復方案實施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面。31412刀箱定位根據(jù)參考基準面及圖紙尺寸, 訂出刀箱與盤面的相對位置, 保證刀刃相對于盤面的高度一致。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, 利用中心點與圖紙標示的刀間距確定刀箱位置。先在土倉內(nèi)進行刀箱后部的焊接, 而后在盤面上用薄鋼板(0152mm 將刀盤與外筋板的縫隙填實。為了保證刀箱與筋板的焊接質量, 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, 結合現(xiàn)場條件, 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, 對面板筋板殘根以及刀箱刀具殘根進行清理, 按焊接要求打磨出坡口面, 為焊接工作做好準備。312筋板修復1 在殘根上作出標記并進行拓樣工作, 根據(jù)圖紙確定補貼復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。為保證焊接質量, 在對接口處加工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313刀盤校正1 考慮到

7、校正刀盤時對主軸承的負面影響, 將刀與設計相符, 保證開挖圓周的直徑, 定位后焊接牢固。316泡沫噴嘴的修復與保護31611泡沫噴嘴修復盾構機刀盤磨損后, 經(jīng)常需要更換面板和泡沫噴嘴。當遇到面板全部磨損, 只留下泡沫管道的一部分時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順序。刀盤的修復是按面板下料, 在面板上做預留孔洞(包括泡沫噴嘴 , 而后將面板整體放在一個工作平臺上, 在面板上焊接筋板、護板、支腿、支座和攪拌棒等。維修面板、泡沫噴嘴時只考慮刀盤前面, 故將

8、新安裝的管道與管道殘根對接。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大(保證方塊座與面板焊盤與前盾進行加固。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。在其后面與土倉板間放兩臺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、處加工坡口進行焊接, 保證焊接強度, 增加支承鋼板和復焊板, 進行應力放散。待應力放散基本完成后將所有固定刀盤的支點拆除。314刀箱定位安裝31411刀盤面位置確定為進行刀箱定位, 需要確定刀盤面的平面位置。因為刀盤是在盾體上安裝的情況下修復, 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(擴大孔 與方塊接觸部分焊接(保證不漏 。機加工一合適鋼套, 套住噴嘴組件, 在鋼套外圈與擴大孔間實施填焊作業(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, 對泡沫噴嘴采用環(huán)形保護, 改變“土流”流向, 保護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機在粉細砂和黏土地層中掘進, 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, 對中心滾刀實施保護措施。為保證異形刀口的硬度, 同時保證刀具與中心區(qū)面板的焊接強度, 采用刀體復合制造, 上部采用硬度高的硬質合金, 下部采用可焊性好的鋼材。, 為減小澆鑄5結語圖3(單位mm 4刀盤配置的改良411地質條件在某些情況下,

11、刀盤受到磨損又不具備換刀條件, 磨損會傷及刀盤本體, 對刀盤本體的現(xiàn)場應急修復會經(jīng)常出現(xiàn)?，F(xiàn)場修復比廠修的加工及定位條件更加不好, 精確拓樣, 精確下料為修復的重要工序。焊接工藝和焊接質量是修復刀盤的關鍵, 必須精心施焊、精確放樣、保證尺寸, 探傷檢驗必須及時到位。異型刀具的增加和泡沫噴嘴保護裝置的增加, 對刀具和噴嘴使用壽命的延長有明顯效果。參(11 :10216.2張國京. 北京地區(qū)土壓式盾構機刀具的適應性分析J.市將要施工區(qū)間的地質條件比較復雜, 有黏土、粉細砂、風化泥巖、微風化巖、強風化巖等 。在始發(fā)段以黏土、粉細砂為主, 掘進后期又以風化泥巖、微風化巖、強風化巖為主, 基本上是上軟下硬地段, 地層中粉細砂居多, 不具備換刀條件。412刀盤配置改良地質條件使盾構機刀具的配置成為一個復雜的問題。軟土地段要用刮刀, 而硬巖地段要用滾刀。綜合考慮地質條件, 準備在始發(fā)時全部安裝滾刀。因在軟土地層滾刀基本不滾動, 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