土压平衡盾构机刀具的配置、维修和管理浅议

土压平衡盾构机刀具的配置、维修和管理浅议

毋晋

中铁三局集团桥隧工程有限公司四川成都610000

摘要：土压平衡盾构机是目前城市地铁隧道施工最主要的机械设备，这种设备在使用的过程中具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、安全可靠等方面的优势。刀具作为土压平衡盾构机重要组成部分，其作用对于盾构施工的安全和效率有着极大的影响。因此本文主要对土压平衡盾构机刀具的配置、维修和管理进行了相应的探讨，期望为提升盾构机刀具的使用，盾构施工的安全可靠性提供更多的帮助。

关键词：土压平衡盾构机；刀具配置；维修管理

0.引言

我单位目前有土压平衡盾构机5台，以中铁装备和德国海瑞克公司制造的机型为主，分别在成都、郑州、杭州、深圳等地区施工。不同地区地质情况差异较大，施工环境方面也大不相同，施工用的盾构机刀盘刀具的配置形式差别也比较大。因此，施工过程中为保证盾构机掘进的顺利进行，工程技术人员就需根据不同的地质情况合理的选择刀具，并对盾构机掘进过程中的刀具使用、维修进行管理，以延长刀具的使用寿命，提高工作效率，节约施工的成本。

1.土压平衡盾构机刀具的配置

土压平衡盾构机能适应的工作范围较广，因此，在施工的过程中需要根据不同的区域的地质情况来选择不同类型的刀盘和刀具。只有这样，才能保证隧道掘进工程的顺利进行。

1.1盾构机刀具的分类

盾构机的刀具按主要用途可分为切削类和刮削类：

切削类刀具以盘形滚刀为主，滚刀在刀盘上跟随刀盘旋转的同时，进行自转，在盾构机推力作用下用刀圈把岩石挤碎，滚刀具有较强的破岩能力。按照在刀盘上的安装位置不同可分为中心位置滚刀、正面滚刀和周边滚刀等；按照同一刀毂上刀圈的安装数量可分为单刃滚刀、双刃滚刀和多刃滚刀。

刮削类的刀具是固定在刀盘上跟随刀盘旋转切削土体，主要有刮刀、齿刀、撕裂刀、贝壳刀、羊角刀等，破岩能比切削类刀具差。

1.2刀盘刀具配置形式

盾构机刀具的选择是根据施工的隧道地质情况来确定刀盘和刀具配置形式。根据地质情况不同刀具配置可分为以下几类：在全断面岩石类、含有大直径砂卵石地层以滚刀+刮刀+齿刀等配置为主；在软土、淤泥、砂层中以羊角刀+刮刀+齿刀等为主；在复合地层中局部含岩石或砂卵石等地层，刀具配置通常采用以滚刀+羊角刀+齿刀+刮刀等配置为主。

1.3刀具配置的注意事项

要保证所配置的刀具与地质情况相适应。岩石地层以滚刀为主，软土刮削刀具为辅，单刃滚刀、双刃滚刀要根据岩石特性合理选用，软弱地层以软土刮削刀具为主。

刀具高度及刀高差选择要合理。在有岩石的地层中以滚刀破岩和软土刀具刮削为主，刮削类刀具要低于破岩的滚刀适当高度，以保证滚刀刀刃嵌入岩石进行破岩。刀具的高度过高嵌入土体过多会造成刀盘的扭矩过大。

刀间距是刀盘上相邻两把刀的安装距离，在岩石地层中要根据岩石的物理特性来确定刀间距，刀间距大小关系着刀具破岩的效率和刀具的使用寿命。

刀具的安装位置要合理，在复合地层中要根据地质情况，合理的确定滚刀、撕裂刀、羊角刀、刮刀等刀具在刀盘上的安装位置，安装位置不当会造成刀盘结泥饼、刀具损坏、掘进困难的情况发生。

刀具的数量，一个刀盘上安装刀具的数量与开挖直径成正比，刀盘直径越大，刀具越多，适当增加刀具数，有利于避免地质情况突变造成单个刀具及其相邻刀具的加速损坏。

2.土压平衡盾构机刀具更换和维修

2.1刀具的检查和更换

盾构机在掘进过程中，会因为使用操作不当、掘进参数设定不合理、刀具检查不及时等原因，造成刀具出现不正常的磨损和损坏，这样不仅会影响刀具在使用寿命，对于工程的正常进行也有着极大的障碍。为了保证盾构施工的正常进行，就需要通过对盾构机掘进的异常情况、掘进参数、地质情况等综合考虑分析，来进行刀具的检查和更换。

2.2刀具的维修

刮削类的刀具磨损和损坏的主要是表面硬质合金的磨损和缺失，这部分材料的价值较高，基体损坏后维修成本高。因此，一般不对软土刀具进行修复。

切削类的滚刀结构构复杂、零部件多、价格高，正常磨损和部分零部件损坏后可进行修复，滚刀的维修能使滚刀重复利用，有较高经济价值。滚刀除了正常磨损外还有刀圈偏磨、刀圈断裂、刀毂变形、密封漏油、轴承损坏等失效形式。

滚刀维修就是对磨损和损坏的滚刀进行拆解、检查、配件更换、重新装配等工作，来恢复滚刀的使用性能，延长使用寿命。

滚刀维修的几个注意事项：

滚刀维修除了正常的检查与损坏部件更换之外，最为重要的就是对维修的刀具进行严格的装配工作；

滚刀维修过程中要严格控制刀圈和轴承的加热温度；

滚刀装配所选用的刀圈要与施工地质情况相匹配，满足其掘进作业的要求；

滚刀在装配的过程中，要根据地质情况不同，进行刀具启动扭矩的调节，以保证滚刀使用过程中不会出现偏磨；

滚刀装配完成后要进行密封试验，检测刀毂内密封性，以防止润滑油渗漏造成刀具损坏；

3.土压平衡盾构机刀具的管理

刀具的正常使用，有利于确保盾构机掘进施工的正常顺利进行。在施工过程中，对刀具的使用建立完善的管理制度，能够有效的保障工程进度，还可以对施工成本进行有效的控制，对于施工安全管控提升也有着极大的帮助。因此，在施工过程中要做好刀具管理。

3.1刀具定期检查

刀具在盾构机掘进过程中由于地质条件的变化，刀具的磨损程度是不同的，盾构机掘进中通过对盾构机的掘进参数、地质状况、相同类型地质中刀具磨损数据进行分析，制定合理周期进行刀具检查更换，可以实现施工过程中及时发现刀具的磨损，有效的较少刀具损坏。

3.2制定科学的换刀计划

在盾构机掘进过程中密切关注盾构机推力、刀盘扭矩、掘进速度等参数变化情况，并根据地质条件及地面建筑物情况合理的选择换刀地点和时间。尽可能的做到有计划主动换刀，尽量避免被动的换刀。

3.3提高对盾构机掘进参数管控

盾构机掘进过程中要合理的选择掘进参数，要将推进油缸的推力和刀盘的转速控制在合理的范围之内，避免因为推力过大、刀盘转速设定过不当造成刀具的损坏。

3.4提高对渣土改良的效果

合理的利用泡沫剂、膨润土、水等添加剂进行渣土改良可以改善盾构机土仓内渣土的流动性和合易性，能够对刀具进行冷却降温和减磨，还可以防止刀盘结泥饼造成刀具偏磨。

3.5建立刀具使用档案

管理人员要对刀盘上的刀具建立档案，记录安装编号，安装日期、刀具类型等。要根据刀具检查更换的情况，记录刀具的磨损量、损坏形式、更换时间、更换的零部件等内容，做好刀具使用的原始记录。

刀具在掘进过程中会出现正常的磨损和非正常的损坏，管理人员要对刀具磨损和损坏的规律进行统计分析，并查找原因，为刀具的更换、维修提供理论数据，便于后续施工对刀具选择和使用提出更加合理的解决方案。

4.结语

综上所述，土压平衡盾构机在施工过程中做好刀盘刀具配置、维修和管理等方面的工作，不仅能够保证盾构机使用效率得到持续提升，同时能够减少施工安全风险，获取较高经济效益，对于隧道工程建设的正常开展有着极大的促进作用。

参考文献

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