土壓平衡盾構(gòu)機(jī)刀盤裝配難點(diǎn)解析

張建忠

（中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司，陜西西安 710000）

盾構(gòu)機(jī)刀盤是盾構(gòu)機(jī)開挖破碎巖土的核心部件，刀盤通過轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)多種刀具，以此完成開挖面巖土的切削工作，在刀盤背面裝有攪拌設(shè)備，旋轉(zhuǎn)時(shí)啟動(dòng)攪拌設(shè)備對(duì)渣土進(jìn)行攪拌，具有開挖攪拌過流巖土、支撐掘進(jìn)面等作用，可見刀盤裝配在盾構(gòu)機(jī)中的重要性。因此，需選擇或設(shè)計(jì)合理的盾構(gòu)機(jī)刀盤，確保盾構(gòu)機(jī)在使用過程中的可靠性和安全性。

1 盾構(gòu)刀盤的特點(diǎn)

1.1 滾刀破巖

滾刀在和巖石接觸之后有外力產(chǎn)生，經(jīng)過一段時(shí)間后會(huì)有核狀物出現(xiàn)。如果滾刀不移除，與巖石接觸的頻率會(huì)越來越高，施加給巖石的外力越來越大，當(dāng)外力上升到一定程度，核狀物周圍會(huì)出現(xiàn)許多裂紋。隨著力度的不斷增加，各裂縫之間頻繁接觸會(huì)出現(xiàn)巖石破碎的現(xiàn)象。當(dāng)巖石受到的外力超出了自身能力承受范圍時(shí)，會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)剝落。

1.2 切刀切削巖土

在盾構(gòu)機(jī)工作過程中，切刀在反復(fù)旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)開挖巖土，巖石、刀具同時(shí)會(huì)受到應(yīng)力、結(jié)構(gòu)形變等，來自外界因素的影響，開挖時(shí)會(huì)導(dǎo)致土體受到破壞。需要對(duì)切削的荷載量進(jìn)行計(jì)算，并做好分析工作。正常情況下，盾構(gòu)機(jī)在使用時(shí)會(huì)有不同的荷載產(chǎn)生，可分為兩類，分別是受破壞的巖土產(chǎn)生荷載和土體荷載。由于荷載的類型不同，在進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)使用不同的測(cè)試方法。

2 刀盤裝配難點(diǎn)分析

2.1 刀盤刀具裝配

刀盤6 410 mm，將133把刀具焊接在毛坯管面上，從裝配高度、半徑來看，最外側(cè)刀具半徑誤差不得超過3 mm。在進(jìn)行安裝時(shí)，如果不能達(dá)到圖紙要求，刀具將難以磨損均勻。在對(duì)地層進(jìn)行開挖時(shí)，部分刀具需要提前進(jìn)行更換，降低了工作效率。在對(duì)刀具進(jìn)行安裝時(shí)，刀盤輻條、面板是否安裝到位，位置、平面度是否一致也是難點(diǎn)所在。刀盤表面未經(jīng)過加工，使用傳統(tǒng)裝配方法會(huì)耗費(fèi)大量人力，時(shí)間較長(zhǎng)，且難以做到裝配精細(xì)化。

為了提高裝配精度，使其更好地用于工程施工，專門的工裝設(shè)計(jì)必不可少，同時(shí)可有效提高工作效率。確保刀具在裝配時(shí)能夠準(zhǔn)確定位，高度、角度、徑向尺寸等方面均須滿足要求。刮刀的刀刃是一條直線，呈現(xiàn)出圓環(huán)面的刀削軌跡。為了使工作效率能夠得到保障，在輻條上裝配刮刀時(shí)，需要留有一定角度，保證刀削方向和旋轉(zhuǎn)方向相切。如土壓平衡盾構(gòu)機(jī)開挖直徑為6 280 mm，半徑為1 200 mm，設(shè)定刮刀角度為25°；半徑區(qū)間為1 200～1 600 mm，刮刀角度為20°；半徑區(qū)間為1 600～2 000 mm，刮刀角度為15°；半徑區(qū)間2 000～2 400 mm，刮刀角度10°；半徑為2 400 mm，刮刀角度5°。先確定角度方向，再對(duì)刀具高度和徑向坐標(biāo)進(jìn)行有效控制，將刀盤加工表面作為基準(zhǔn)，在輔助基準(zhǔn)增加后提出專用工裝。在對(duì)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的刀盤進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，旋轉(zhuǎn)方式為雙向，刮刀在結(jié)構(gòu)方面比較特殊，其刀刃面僅朝一個(gè)方向切削。因此，對(duì)刮刀進(jìn)行設(shè)置時(shí)，其位置應(yīng)設(shè)在輻條兩側(cè)，使其可以朝兩個(gè)方向進(jìn)行切削。刮刀裝配角度如圖1所示，刀具焊接專用工裝如圖2所示。

圖1 刮刀裝配角度

圖2 刀具焊接專用工裝

該工裝自由度分為兩個(gè)方向：旋轉(zhuǎn)和垂直，將拉桿進(jìn)行伸縮可對(duì)標(biāo)尺和回轉(zhuǎn)中心垂直度進(jìn)行調(diào)整。將頂絲調(diào)整后，可調(diào)整回轉(zhuǎn)中心和刀盤表面垂直度，如果刀具處在不同的高差下，通過升降桿可進(jìn)行水平定位的調(diào)整。針對(duì)所描述的工裝，調(diào)整和刀盤之間的位置精度時(shí)需要做到以下幾點(diǎn)：

（1）標(biāo)尺回轉(zhuǎn)一周后，測(cè)量同一點(diǎn)與基準(zhǔn)面2的距離，通過不斷對(duì)頂絲進(jìn)行調(diào)整，使其距離相等，使標(biāo)尺回轉(zhuǎn)中心垂直于刀盤頂面。

（2）工裝旋轉(zhuǎn)一周后，對(duì)L形位置立面與基準(zhǔn)面1間的距離進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量，并對(duì)回轉(zhuǎn)底座位置進(jìn)行合適的移動(dòng)，使回旋中心與刀盤中心能夠有效重合。

（3）確定標(biāo)尺底部最大位置所在，測(cè)量其與基準(zhǔn)面2、3之間的高差距離，對(duì)伸縮拉桿重新調(diào)配整頓，使其適應(yīng)新的情況和要求，高差距離設(shè)為855 mm，并維持這一距離，確保標(biāo)尺和刀盤頂面一直處于平行狀態(tài)。

專用工裝安裝位置如圖3所示。

圖3 專用工裝安裝位置圖（單位：mm）

工裝調(diào)整工作結(jié)束，在標(biāo)尺的作用下對(duì)刀具測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行定位，保證其與刀盤坐標(biāo)位置吻合。通過此工裝的使用，可精準(zhǔn)確定刀具所在的具體位置，節(jié)省了大量時(shí)間。

2.2 刀盤焊接管路組的安裝

進(jìn)行刀盤焊接時(shí)，各部位組件不同。首先在刀盤中間會(huì)有1路泡沫和膨潤(rùn)土噴口；刀盤垂直處設(shè)有1路磨損檢測(cè)器管路；在0°與180°位置設(shè)有4路超挖刀液壓管路，管路安裝具有隱蔽性，在排布時(shí)是軟管、硬管交叉組合。只有將管路和刀盤基體按順序進(jìn)行安裝，才能成功焊接。

在刀盤面板背部安裝刀盤管路，對(duì)焊接管路安裝好后，對(duì)其進(jìn)行酸洗，摩擦焊接處部位，直至其表面光滑無毛刺等雜物。再對(duì)其進(jìn)行焊接，否則可能會(huì)產(chǎn)生氣孔或包砂等不良情況，影響焊縫的修復(fù)效果，使其不能正常修復(fù)，應(yīng)重新對(duì)焊縫進(jìn)行焊接，使其不影響正常的工作進(jìn)度。應(yīng)根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求對(duì)其進(jìn)行打壓，符合要求后方可安裝管路保護(hù)罩。在對(duì)管路連接箱進(jìn)行裝配時(shí)，其作為刀盤與盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)連接的重要部件，隨著刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，其直接影響工件的裝配和使用，因此，在制備時(shí)應(yīng)注意其尺寸，以確保工件的準(zhǔn)確度。安裝刮刀、刀，螺栓涂抹樂泰膠，力矩須滿足圖紙要求，焊接部位打磨呈金屬光澤如圖4所示。

圖4 焊接部位打磨呈金屬光澤

為了保證結(jié)構(gòu)在焊接后沒有裂紋或缺陷，在焊接前需要檢查其是否存在裂紋。確定其完整無缺后，再消除其內(nèi)部殘余內(nèi)應(yīng)力，避免結(jié)構(gòu)外形出現(xiàn)裂縫，使結(jié)構(gòu)的尺寸更加精確，延長(zhǎng)使用壽命。為防止工件在焊接后，出現(xiàn)開裂的情況，在對(duì)其制造修復(fù)后，應(yīng)注意加強(qiáng)對(duì)焊縫進(jìn)行保溫，避免因突然冷卻，造成變形或其他不良情況。在溫度較低時(shí)，刀盤主梁與大圓環(huán)焊接完成后，需要對(duì)其包覆一層保溫棉進(jìn)行保溫，延長(zhǎng)焊縫冷卻的時(shí)間，降低裂紋出現(xiàn)的可能性，以保證焊接的質(zhì)量能夠符合要求。

2.3 刀盤管路附件的安裝

充分考慮到刀盤基體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)附件管理裝配時(shí)應(yīng)按順序進(jìn)行。

（1）在對(duì)泡沫管路進(jìn)行定位時(shí)，做好小法蘭的吊裝工作，吊裝位置與刀盤基體相對(duì)應(yīng)。

（2）對(duì)支腿內(nèi)部泡沫管路包括中心蓋板和小法蘭上的泡沫管路，做好預(yù)制工作。

（3）在刀盤基體中將小法蘭吊離，并將預(yù)制的泡沫管路取出，隨后進(jìn)行滿焊。

（4）待滿焊結(jié)束后將管路放好，再次吊裝小法蘭并做好定位，焊接泡沫管路接頭處。

（5）以圖為依據(jù)對(duì)管路壓力進(jìn)行試驗(yàn)。

（6）再次將小法蘭從刀盤基體吊離，在相應(yīng)位置做好中心背板吊裝并進(jìn)行滿焊。

（7）最后再做一次吊裝和滿焊，并進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)。按照該順序進(jìn)行，可保證所有的部件均安裝到位，裝配精度高。

3 結(jié)語

從盾構(gòu)機(jī)核心部件的角度來看，不同的地質(zhì)形式會(huì)對(duì)刀盤結(jié)構(gòu)形式、安裝方法產(chǎn)生不同的影響，工裝、管路附件應(yīng)調(diào)整標(biāo)尺、底座，適用于大多數(shù)的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。在刀盤的表面設(shè)置刀具時(shí)，需要對(duì)刀盤結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)等進(jìn)行全方位的考慮，真正達(dá)到合理、實(shí)用。