盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中刀具損壞檢查與維修技術(shù)分析

崔笑天

（中交二公局鐵路工程有限公司，陜西 西安 710000）

隧道在建設(shè)的過程中盾構(gòu)機(jī)占有非常重要的作用，其不僅使用廣泛，而且安全性較高。但在實(shí)際開展盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的過程中，由于地形和巖層比較復(fù)雜，選擇適合的刀具開展作業(yè)非常重要。只有這樣，才可以降低刀具的損耗，為工程向下推進(jìn)奠定良好的基礎(chǔ)。

1 盾構(gòu)機(jī)刀具的工作原理及選擇方式

（1）刀具的工作原理。盾構(gòu)機(jī)刀具的工作原理主要有兩種：一是滾壓式破巖；二是切削式破巖。滾壓式破巖就是在盾構(gòu)機(jī)底層以圓形滾刀的方式來碾壓巖石，常用于巖石較多、硬土區(qū)域或砂粒豐富的地區(qū)開展作業(yè)，使用的刀具以滾刀為主。切削式破巖就是利用切刀將巖層外層的巖石打碎，適用于土層、砂層或較軟質(zhì)地的巖石等等，使用的刀具以切刀為主。

（2）選擇刀具的方式。盾構(gòu)機(jī)能否順利完成施工，取決于盾構(gòu)機(jī)刀具的敏銳度，因此選擇刀具是非常重要的環(huán)節(jié)。在實(shí)際開展掘進(jìn)工作時(shí)，操作人員需要以施工位置的實(shí)際情況、地質(zhì)環(huán)境和巖石的硬度為基礎(chǔ)，對(duì)刀具和破巖方式進(jìn)行選擇。

2 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度和刀具損壞對(duì)施工整體的影響

由于地形條件不同，在開展掘進(jìn)工作時(shí)容易造成不同程度的刀具損壞，因此必須要替換刀具，保障刀具的鋒銳度，使其能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成掘進(jìn)工程。在更換盾構(gòu)機(jī)的刀具時(shí)需要弄清楚以下兩個(gè)問題：一是盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行掘進(jìn)施工時(shí)，操作人員需要根據(jù)巖層的實(shí)際情況選擇更換合適的刀具，將盾構(gòu)機(jī)最大的效能發(fā)揮出來。二是操作人員需要采用科學(xué)的方式判斷刀具的磨損程度，計(jì)算刀具的磨損系數(shù)，當(dāng)達(dá)到磨損最大值時(shí)需要立即對(duì)其進(jìn)行更換。

3 刀具的檢查手段、更換方式及具體的維修技術(shù)

3.1 檢查刀盤刀具

一是檢查刀盤。操作人員需要對(duì)刀盤的磨損程度進(jìn)行記錄，確認(rèn)主軸承的油脂狀態(tài)是否正常；還需要對(duì)刀盤的操作面板和軸承支柱的完好度進(jìn)行檢查，一旦出現(xiàn)形變或開裂情況必須對(duì)其進(jìn)行更換。二是檢查刀具。操作人員需要對(duì)刀具與刀盤的連接狀態(tài)進(jìn)行檢查，確認(rèn)其是否牢固；固定零件及刀具的螺絲是否出現(xiàn)丟失或損壞情況；刀具周圍的擋圈是否出現(xiàn)移位現(xiàn)象，確認(rèn)刀圈的完好度。三是計(jì)算刀圈的磨損數(shù)值。刀圈在沒有任何損壞跡象的前提下，采用正確的方式測(cè)量刀圈的磨損程度是更換刀具的主要參考依據(jù)，需要利用特別的模板對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。

3.2 刀具更換的具體原則

在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候更換刀具不僅可以降低刀具損壞的非正常概率，還可以弱化意外損壞更換時(shí)間對(duì)工程開展的影響，有利于盾構(gòu)機(jī)強(qiáng)化自身的工作效率，而更換刀具需要嚴(yán)格按照三個(gè)原則：一是合理原則。一方面，刀具參數(shù)需要與地質(zhì)條件合理；另一方面，更換刀具計(jì)劃需要合理的約束。刀具基本參數(shù)是否適用于地質(zhì)條件，能夠決定盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)進(jìn)程。在掘進(jìn)較為堅(jiān)硬的巖石層時(shí)，需要采用滾刀刀具；在掘進(jìn)較為松軟的土質(zhì)層時(shí)，需要采用切刀刀具和齒刀刀具，以保障刀具對(duì)地質(zhì)層的適應(yīng)能力，強(qiáng)化施工的可靠性。同時(shí)根據(jù)地質(zhì)環(huán)境制定更換刀具的磨損數(shù)值和計(jì)劃。通常情況下，刀具更換的最大值分別為：雙刃中心滾刀—25mm；邊滾刀—20mm；正滾刀—25mm，但實(shí)際需要更換的數(shù)值都比理論值小5mm。二是批量原則。為了確保盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的工作效率，控制更換刀具的次數(shù)，需要按照計(jì)劃進(jìn)行批量更換，力爭(zhēng)做到正滾刀批量生產(chǎn)、中心刀批量生產(chǎn)、邊滾刀批量生產(chǎn)。三是快速原則。更換刀具的場(chǎng)所需要盡可能的保持密閉，由于許多不可控因素的影響，需要快速進(jìn)行刀具更換，這樣才能夠最大程度的保障操作人員的人身安全，維護(hù)機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.3 更換刀具時(shí)確認(rèn)刀盤的有效位置

在更換盾構(gòu)機(jī)的刀具時(shí)先要確定參照物的位置，按照參照物的位置確定更換刀具刀盤最適宜的旋轉(zhuǎn)角度，禁止在刀盤開口與土倉口重疊的時(shí)候進(jìn)行換刀操作，否則將會(huì)增加倉口操作人員受傷的概率。以海瑞克盾構(gòu)機(jī)的刀具更換為例，在更換前，可以先利用仿真模型和傳感裝置對(duì)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測(cè)量，以便提升刀具更換位置的精準(zhǔn)度。

3.4 更換刀具的具體程序

當(dāng)應(yīng)用盾構(gòu)機(jī)對(duì)質(zhì)地較硬的巖石進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，地殼自身的穩(wěn)定能力較強(qiáng)，這時(shí)開展無壓力的換刀作業(yè)最為適宜。

（1）更換刀具的具體規(guī)劃。操作人員在工作時(shí)需要與土木工程人員保持良好的溝通關(guān)系，對(duì)地質(zhì)條件有更深層次的了解，并且對(duì)施工計(jì)劃的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行特別關(guān)注。在設(shè)計(jì)刀具及配件的相關(guān)方案時(shí)，相關(guān)人員需要對(duì)特殊部位磨損刀具的程度進(jìn)行估算，制定科學(xué)的換刀方案，同時(shí)保持與其他工作人員的有效溝通，共同商討出最佳的開倉位置。另外，還要根據(jù)設(shè)計(jì)方案準(zhǔn)備充分的材料，做好相關(guān)人員的培訓(xùn)工作。

（2）物資設(shè)備的供應(yīng)。想要以最快的速度完成換刀工作，就必須要準(zhǔn)備足夠的原材料和輔助設(shè)備，如風(fēng)動(dòng)吊機(jī)、風(fēng)動(dòng)扳手或倒鏈等等。在進(jìn)行換刀工作前，操作人員需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的系統(tǒng)性能進(jìn)行檢查和調(diào)試，確認(rèn)各個(gè)設(shè)備都處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，營造良好的換刀環(huán)境。

（3）操作人員的內(nèi)部培訓(xùn)。施工單位需要篩選技術(shù)成熟、動(dòng)作敏捷的操作人員進(jìn)行換刀工作，為更換刀具的速度提供保障，同時(shí)開展內(nèi)部培訓(xùn)，強(qiáng)化操作人員的綜合素養(yǎng)。培訓(xùn)內(nèi)容涉及的層面較多，如更換刀具的具體操作、換刀工具的維修養(yǎng)護(hù)、不同刀具更換的操作規(guī)范等等，培養(yǎng)操作人員對(duì)突發(fā)情況和問題的判斷能力，提升刀具更換的安全性和準(zhǔn)確性。

（4）設(shè)立緊急處理小組。由于更換刀具的危險(xiǎn)系數(shù)較高，施工單位必須要制定緊急處理預(yù)案，設(shè)立緊急處理小組，降低意外發(fā)生的概率，同時(shí)加深施工安全在操作人員頭腦中的地位。

（5）開倉的審批流程。施工單位需要制定科學(xué)的開倉方案，并與其他崗位工作人員開會(huì)對(duì)方案的可行性進(jìn)行討論，通常審批的流程為：機(jī)電部門總工和土木部門總工進(jìn)行聯(lián)合確認(rèn)后上報(bào)項(xiàng)目經(jīng)理，項(xiàng)目經(jīng)理確認(rèn)方案無誤后，再上報(bào)到工程監(jiān)理和業(yè)主手中，待雙方同時(shí)確認(rèn)后即可打開倉門。這樣做不僅明確了各級(jí)崗位的責(zé)任制，而且提供施工單位的管理能力。

（6）更換刀具的具體步驟。一是清理刀盤。待倉門開啟后，操作人員需要先利用設(shè)備向內(nèi)輸送7分鐘左右的高壓風(fēng)，這樣既可以降低刀盤的溫度，還可以增加內(nèi)部環(huán)境的氧氣值；然后再用水沖洗刀盤，尤其是更換刀片的位置；最后再利用螺旋輸送設(shè)備將碴放置到主軸承下部位置，為刀具的檢查提供便利。二是拆除刀具。操作人員需要應(yīng)用大功率風(fēng)動(dòng)扳手拆卸刀盤上的螺絲釘，并將刀具運(yùn)送回碴倉，需要注意的是操作過程需要以安全操作規(guī)范為基準(zhǔn)，控制割槍內(nèi)氧氣的流量和乙炔的流量，降低過度損壞的情況發(fā)生。三是組裝刀具。操作人員在重組刀具時(shí)，需要保證各個(gè)零件的干燥度和整潔度，對(duì)于拆除時(shí)的損傷應(yīng)及時(shí)進(jìn)行打磨和修復(fù)。

3.5 維修刀具的具體技術(shù)

（1）按照正確的步驟安裝刀圈。刀圈雖然是鋼制品，但其硬度和形變能力較好，且原材料中涵蓋許多元素。因此在安裝的過程中，需要根據(jù)刀體的大小匹配適當(dāng)內(nèi)徑的刀圈。通常情況下，安裝刀圈都是以熱裝為主，即將刀圈放置在烤箱中進(jìn)行加熱。當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)刀圈的延展性最好，此時(shí)將其放置在刀體的正確位置，冷卻后即可成功安裝刀圈。（2）檢查軸承及調(diào)整預(yù)緊度。盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的軸承是非常重要的部分，它可以根據(jù)施工條件而改變?cè)O(shè)備的手里方向，一般常用的軸承以直徑受力的圓錐軸承為主。軸承的故障一般都是外部環(huán)境的腐蝕和刀具的密封狀態(tài)，也可以適當(dāng)調(diào)節(jié)刀具軸承的松緊度，使其能夠滿足工程的實(shí)際需求。（3）安裝的密封性和氣密性檢查。操作人員在安裝刀具時(shí)，需要在密封的條件下進(jìn)行安裝，同時(shí)密封表面的光潔度也是需要關(guān)注的部分，平面度也要符合盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的實(shí)際需求，并且在開始安裝前，刀具及刀盤的整潔程度和研磨工作也是非常重要的。當(dāng)結(jié)束維修刀具的工作后，需要在刀體中注入一定量的壓縮氣體，若在固定時(shí)間內(nèi)氣壓可以維持在正常值，就說明刀體的氣密性優(yōu)良。

4 結(jié)語

綜上所述，想要保障盾構(gòu)機(jī)的工作性能和安全性，就必須要建立科學(xué)的管理制度，實(shí)現(xiàn)“專人專崗”，以培訓(xùn)和考核為導(dǎo)向定期對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行考核，使其掌握專業(yè)的操作技能。另外，盾構(gòu)機(jī)刀具的維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)也是培訓(xùn)中非常重要的內(nèi)容，既可以保障操作人員的安全，還可以加快施工效率。