盾構(gòu)機軟土刀盤改造復合刀盤

馬俊江 孫相志

摘 要：介紹了一種在隧道施工中用于開挖隧道的掘進機刀盤改造，本文主要針對將6米盾構(gòu)機刀盤由軟土刀盤改造為復合刀盤的設(shè)計，分別從其結(jié)構(gòu)改造設(shè)計、重新布置刀具設(shè)計，以及其改造的工藝過程。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機;軟土刀盤;復合刀盤;結(jié)構(gòu);刀具布置

1刀盤改造概述

盾構(gòu)機是隧道施工機械設(shè)備，通過刀盤旋轉(zhuǎn)切削隧道土體實現(xiàn)隧洞開挖，并通過主推進油缸的推進力實現(xiàn)隧道掘進。所以盾構(gòu)機刀盤在施工中的作用就顯得尤為重要，因為各個地域的隧道地質(zhì)不同，所以盾構(gòu)機設(shè)備需要針對不同的地質(zhì)要求針對性設(shè)計確定符合掘進對應(yīng)地層的要求。由于近些年環(huán)保意識和環(huán)保政策的發(fā)展促進，使得工程機械再制造產(chǎn)業(yè)有很大發(fā)展，盾構(gòu)機行業(yè)也不例外，隨著全國隧道行業(yè)大發(fā)展，現(xiàn)在盾構(gòu)機的市場保有量很高，所以再制造也就隨之興起，這樣既能環(huán)保又能很大程度上降低制造成本。下面主要介紹一種6米軟土刀盤改造為復合刀盤的過程和特點。

2刀盤分類介紹

2.1軟土刀盤

切削型刀具適用于未固結(jié)成巖的軟土地層和某些全風化或強風化的軟巖地層，一般破巖能力在單軸抗壓強度20MPa以下。對于如上海地區(qū)、天百津、西安、鄭州等均一的軟土地層，通常只使用刮刀和撕裂刀配合使用就可以了。這類刀盤度結(jié)構(gòu)相對簡單，通常稱為輻條式刀盤或軟土刀盤。

2.2復合型刀盤

在盾構(gòu)施工工程中，大部分地層往往是有軟巖也有硬巖，一段軟一段硬，或上軟下硬、密實膠結(jié)卵石土等軟硬不勻的地層，這種地層在廣州地鐵、深圳地鐵、成都地鐵、北京地鐵工程江底版隧道中普遍存在，這時刀盤配備的刀具不但要有滾刀，還要有刮刀和撕裂刀，即可安裝滾刀，也可安裝切削刀，這樣的刀盤通常稱為復合刀盤或混合刀盤。如廣州地鐵盾構(gòu)刀盤，刀具的合理選擇和應(yīng)用在這類刀盤上也顯得尤為必要。

2.3全斷面硬巖刀盤

盤形滾刀適用于硬巖地層，對于均一的全斷面硬巖地層通常只用滾刀（配以刮板），鐵路、公路隧道、引水工程隧道常常是這類地層。作成的刀盤通常稱為硬巖刀盤或TBM刀盤，目前主要是17寸盤型滾刀。

3軟土刀盤改造復合型刀盤

因為目標工程的地質(zhì)要求，刀盤應(yīng)該選用復合型刀盤，所以需要將一個庫存軟土刀盤改造為復合型刀盤以適應(yīng)目標地層。

舊軟土刀盤是常規(guī)設(shè)計的六輻條軟土刀盤，如圖1所示。

1.60度滾刀輻條;2.240度滾刀輻條;3.30度外周滾刀輻條;4.90度外周滾刀輻條;5.150度滾刀輻條;6.210度外周滾刀輻條;7.270度外周滾刀輻條;8.330度滾刀輻條;9.保徑滾刀;10.60度和240度異形輻條板;11.內(nèi)圈板;12.輻條補強板;13.外圈板;14.補強筋板。

原軟土刀盤為六輻條，開挖直徑Φ6590mm配備刮刀和撕裂刀，刀盤配有中心泥材注入口一個、輻條泥材注入口五個，仿形刀兩把，磨損檢測刀具兩把，攪拌翼五個，刀盤盤體與主驅(qū)動連接法蘭通過牛腿連接。

改造方案需要實現(xiàn)：刀盤開挖直徑Φ6385mm，17寸滾刀軌跡布滿盤面滾刀刀具90mm，同時配備軌跡布滿盤面的刮刀和撕裂刀，配備中心泥材注入口一個、輻條泥材注入口五個，仿形刀兩把，磨損檢測刀具一把。根據(jù)改造方案要求，需要對刀盤主體結(jié)構(gòu)進行很大改動，盤體結(jié)構(gòu)改造如下：為了布置滾刀，首先需要將60度刀盤輻條和240度刀盤輻條連同牛腿管切除，新制60度和240度異形滾刀輻條板與主驅(qū)動法蘭焊接，如圖2所示，并增加150度和330度滾刀輻條與60度和240度滾刀輻條垂直焊接，新增30度、120度、210度和270度外周滾刀小幅條，增加內(nèi)圈板和各輻條補強板，新制外圈板。在焊接新輻條結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該用滾刀刀箱或工裝作為輻條支撐，防止焊接變形。將盤體結(jié)構(gòu)改造后，就能實現(xiàn)滾刀布刀。

刀盤的主體結(jié)構(gòu)改造后，來看下滾刀的布置，如圖3和圖4所示。

從圖3和圖4可以看出，滾刀已經(jīng)完全布滿盤面，滾刀刀高165mm而且滿足刀具90mm，中心采用2組雙聯(lián)滾刀作為中心刀箱，中心刀偏心49mm，刀盤外周傾斜的3道滾刀軌跡采用偏心滾刀得以實現(xiàn)其軌跡線。配合滾刀的正面撕裂刀刀高150mm，正面刮刀刀高145mm，保徑滾刀刀高110mm，保徑撕裂刀刀高110mm，保徑刮刀刀高90mm。這樣改造后可滿足各種刀具的布置要求。最終計算刀盤開口率約45%左右，可滿足施工要求。

4泥材注入口和攪拌翼重新布置

由于刀盤結(jié)構(gòu)和刀具布局變化很大，所以刀盤的注入口和攪拌翼的位置也要隨著盤體結(jié)構(gòu)的改變而發(fā)生變化，具體如圖5所示。

5結(jié)語

綜上所述，該刀盤改造方案是可行的，這樣既能縮短制做工期還能節(jié)能環(huán)保。由軟土刀盤改造為復合刀盤后，該復合刀盤可以在軟巖加硬巖或密實膠結(jié)卵石土等軟硬不勻的地層中掘進，為施工質(zhì)量和進度提供有力保障。