盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中刀具損壞及維修措施探討

武 帥

（中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司城市軌道交通工程分公司，上海 200040）

隧道工程施工是我國鐵路工程中最主要的內(nèi)容之一，隧道工程施工一般是在地下進(jìn)行，其施工難度相對較大，并且安全風(fēng)險性相對較低，對施工作業(yè)人員的生命安全有著嚴(yán)重的威脅。盾構(gòu)法施工是該工程中較為常見的技術(shù)之一，施工技術(shù)有著機(jī)械化較高、施工速度較快的優(yōu)點(diǎn)，因此也就得到了大部分施工企業(yè)的支持，逐漸發(fā)展成現(xiàn)如今運(yùn)用范圍較廣的施工技術(shù)。但技術(shù)發(fā)展的同時，其也會因?yàn)榈乩憝h(huán)境的原因造成一些較難的施工問題，例如在進(jìn)行施工過程中，若是遇到地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜并且在之前的勘察過程中沒有發(fā)現(xiàn)的情況，就會對盾構(gòu)機(jī)的挖掘工作產(chǎn)生一定的阻礙。并且在進(jìn)行掘進(jìn)的過程中，不利于施工的地形、巖石還會對其刀片造成一定的傷害，因此，在進(jìn)行掘進(jìn)施工的前期，對于地形的勘察工作、刀盤的擺設(shè)工作以及刀具的選購工作都十分重要，還需要根據(jù)不同的地形巖石來對刀盤和刀具進(jìn)行有效的選擇。

1 盾構(gòu)機(jī)刀具分析

1.1 刀具破巖辦法分析

切削破巖原理就是運(yùn)用切削氏的刀具根據(jù)所制定的運(yùn)行軌跡來進(jìn)行碾壓切碎巖石。這種方式的使用會引發(fā)地層震動的情況，從而也會爆發(fā)出沉降問題、地下水問題。因此，在進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工過程中還需要注意控制土壤壓力和泥水壓力，要保障工作的穩(wěn)定性以及破碎切削面的穩(wěn)定[1]。

1.2 刀具的選擇工作

在施工的過程中，其刀具的質(zhì)量能夠直接影響掘進(jìn)施工質(zhì)量，因此刀具的選購工作十分重要。在具體掘進(jìn)施工過程中，一般還需要根據(jù)實(shí)際的地形條件、巖石硬度、地質(zhì)環(huán)境等進(jìn)行破巖辦法和刀具的選購。在進(jìn)行刀具選購環(huán)節(jié)，還需要對生產(chǎn)刀具的企業(yè)進(jìn)行深入的研究和調(diào)查，通過綜合的分析和對比，對刀具進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量檢驗(yàn)工作，從而更好地保障施工需求，確保挖掘施工的效率。

1.3 盾構(gòu)機(jī)挖掘的速度、刀具的損害情況對于工程施工的影響分析

盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行挖掘施工的過程中，由于地形的復(fù)雜性和特殊性，其刀具受到的損傷情況也有著一定的差異。因此，刀具屬于易耗產(chǎn)品，需要及時更換，從而更好地保障施工進(jìn)度。在對刀具進(jìn)行更換的過程中，還需要注意以下幾方面的問題：

在進(jìn)行施工前期還未對刀具進(jìn)行更換的時候，首先，要對施工的具體環(huán)境做出有效的勘察工作，更好地保障設(shè)備的性能能夠滿足對巖層破碎的需求。其次，對刀具的損壞情況做出有效的判斷分析，對其磨損的數(shù)值進(jìn)行核算[2]，只有保障磨損的數(shù)值到達(dá)之后才能進(jìn)行更換作業(yè)。

2 刀具損壞情況的分析

在進(jìn)行施工的過程中，通常是采取觀察外部情況、聽儀器聲音、聞氣味、檢測、數(shù)據(jù)分析等方式進(jìn)行相應(yīng)的判斷，具體分析如下：

2.1 觀察

觀察主要是直接對設(shè)備的外部具體情況進(jìn)行觀察工作，或者在挖掘的過程中、開挖面不夠穩(wěn)定、無法進(jìn)艙檢查的情況下，對挖掘出來的土壤進(jìn)行相應(yīng)的觀察和研究工作，這樣也能對其進(jìn)行有效的判斷分析，并且這種方法相對較為實(shí)用，分析出來的結(jié)果也相對準(zhǔn)確。例如，可以根據(jù)切削出來的碎石的實(shí)際形狀、大小以及其含量等來分析開挖面的實(shí)際情況，從而來對此類碎石是否運(yùn)用滾刀手法進(jìn)行碾壓破碎。通常情況下，渣土片狀的碎石超過一半概率，且其直徑在2-5厘米左右，那么就可得出滾刀效果相對較好，且刀具屬于均勻損耗。若是碎石呈現(xiàn)出粉末現(xiàn)狀，那么說明破碎性能相對較低，主要是靠研磨的方式[3]，從而也就推斷出設(shè)備的性能不強(qiáng)，或者刀具已經(jīng)耗損過度，需要進(jìn)行更換。

2.2 聽聲音

當(dāng)?shù)侗P在進(jìn)行轉(zhuǎn)動的過程中，可以通過聽滾刀和巖面之間摩擦的聲音進(jìn)行判斷，若在進(jìn)行挖掘的過程中，有特殊的聲響，且挖掘的參數(shù)也出現(xiàn)特殊情況，那么就需要及時進(jìn)行檢查。當(dāng)開挖的面層有較為堅(jiān)硬的巖石或者較為柔軟的土壤的情況下，若是盾構(gòu)機(jī)設(shè)備運(yùn)行速度過快時，其刀盤震動的聲音也是十分明顯的，若是設(shè)備遭受到卡頓的情況，就會聽到噼啪的震動聲音。

2.3 聞氣味

部分滾刀廠家在滾刀極度磨損的情況下，首先就會在設(shè)備上設(shè)定好相應(yīng)的味道，一旦設(shè)備磨損到一定的位置的時候，味道就會隨著散發(fā)出來，專業(yè)的技術(shù)人員聞到味道便知道其磨損程度。

2.4 自動檢測

種方式主要就是在刀具周邊一定位置安裝相應(yīng)的傳感設(shè)備，從而更加及時地觀察到刀具的耗損情況?，F(xiàn)階段，尤其是在大型工程盾構(gòu)施工的過程中，這種方法得到了較為廣泛的普及，避免刀具遭受到過度的損耗，從而損傷到刀具。關(guān)于自動損耗檢測主要分成三種辦法，即超聲波、液壓、電氣。前面一種方式主要是通過測量被挖掘出來的土壤溫度，從而來確定滾刀的耗損情況，若是溫度過高，那就說明刀具耗損過度。另外兩種方式應(yīng)用相對廣泛，并且這種辦法成本相對比較經(jīng)濟(jì)[4]。

2.5 綜合分析

這種方法主要是對設(shè)備的掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的分析，并且根據(jù)地質(zhì)環(huán)境來對刀具的耗損情況進(jìn)行相應(yīng)的判斷。例如，當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境相同或者土艙密封，被動土的壓力和推動一樣的情況下，若是運(yùn)行速度逐漸降低，刀盤增大的情形，那么就代表刀盤耗損的情況相對嚴(yán)重。若是推動力相對較大、掘進(jìn)的速度以及扭矩相對較小，或者密封艙的積土較少，發(fā)生這種情況的原因有兩種：

一是總推力過強(qiáng)，但是實(shí)際的推力過低，這就可能是設(shè)備周邊摩擦力過大。

二是兩個推力都過大，這也就意味著刀具的損耗過于嚴(yán)重。

2.6 綜合判斷

這種辦法主要是將上述的方式都綜合在一起研究，且更加的精準(zhǔn)。當(dāng)長距離施工的過程中，其刀具很容易因?yàn)檫^多的耗損，從而需及時地更換，避免將刀盤被損壞，造成相應(yīng)的安全事故。若是地層發(fā)生變化，采取該方法可更好地保障工程的安全性以及施工進(jìn)度的合理性，但是所替換的刀具也必須與地層條件相適應(yīng)。

3 刀具、盤的檢查和更換工作

3.1 刀盤檢查工作

在進(jìn)行刀盤檢查工作的過程中，需要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。首先，要對刀盤的實(shí)際耗損情況進(jìn)行相應(yīng)的檢查，對于主軸承設(shè)備的密封情況進(jìn)行相應(yīng)的檢查。對于刀盤是否有裂縫或者變形情況進(jìn)行相應(yīng)的檢查。其次，針對刀盤的硬度和穩(wěn)定性能進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)檢，確保每一個螺栓都沒有出現(xiàn)松動的情況，保障設(shè)備沒有出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，確保擋圈也沒有出現(xiàn)斷裂和脫落的問題發(fā)生。

3.2 刀具更換的原則

在進(jìn)行掘進(jìn)施工的過程中，有效進(jìn)行刀具更換工作不僅能夠讓刀具減少過度損耗，還能有效地控制由于刀具經(jīng)常性地更換所造成的時間浪費(fèi)問題，同時還大大地強(qiáng)化了施工的效率，因此，刀具的更換工作需要根據(jù)科學(xué)、大量、快速等原則進(jìn)行[5]。

3.3 刀具更換刀盤位置分析

當(dāng)盾構(gòu)刀具發(fā)生問題時需要進(jìn)行更換工作，在工作展開之前還需要確定好刀盤轉(zhuǎn)角的位置，不能將刀盤的開口處與土壓艙口相對應(yīng)，以保障相關(guān)人員的工作安全，減少企業(yè)風(fēng)險等。

3.4 刀盤更換工作分析

3.4.1 全面規(guī)劃

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行施工的過程中，相關(guān)的技術(shù)人員、設(shè)計(jì)人員、勘察人員等都應(yīng)當(dāng)先建立起有效的溝通機(jī)制，從而對其進(jìn)行相應(yīng)的分析，保障每個人員都能對施工現(xiàn)場的環(huán)境進(jìn)行全面的了解和分析，并且還需要時刻地觀察地形、地理環(huán)境中存在的施工重難點(diǎn)。在相關(guān)的技術(shù)人員進(jìn)行選購刀具及其配件的過程中，還需要考慮環(huán)境的特殊性可能會對設(shè)備造成的損耗程度，在進(jìn)行更換的過程中，還需要根據(jù)專業(yè)人員的有效建議，從而確定開倉地點(diǎn)的最優(yōu)性以及保障刀具順利更換。

3.4.2 設(shè)備物資供需

盾構(gòu)刀具在進(jìn)行更換過程中做好相應(yīng)的信息收集和準(zhǔn)備的主要目的就是在短時間內(nèi)有效地進(jìn)行刀具的更換工作。因此，只有保障相關(guān)的設(shè)備、資料都是完善的狀態(tài)下，才能進(jìn)行后期工作。

3.4.3 加強(qiáng)員工能力

強(qiáng)化技術(shù)人員的工作技能能夠有效地保障換刀工作的順利完成，因此，相關(guān)的技術(shù)培訓(xùn)工作十分重要，只有保障技術(shù)人員的綜合素養(yǎng)才能更好地保障替換工作質(zhì)量和效率。其培訓(xùn)工作主要是對刀具的替換、維護(hù)等工作說明、各個類型刀具更換的注意說明，并且還需要強(qiáng)化技術(shù)人員的刀盤刀具設(shè)置工作以及對刀具耗損情況的準(zhǔn)確判斷，除此之外，技術(shù)人員還要有刀具安裝的技能以及對突發(fā)事故的應(yīng)急應(yīng)變能力。

3.4.4 構(gòu)建安全管理小組

由于工作安全性能相對較低，且存在較大的安全隱患，因此在展開工作前期，還需要安排相應(yīng)的安管小組對突發(fā)事件做好相應(yīng)的防護(hù)工作，從而更好地保障員工的生命安全。

3.4.5 開倉審批工作

所謂的開倉審批，就是要保障各個部門在展開施工之前都做好相應(yīng)的論證，并且施工還需要得到相關(guān)人員的批準(zhǔn)和簽字，確保相關(guān)人員審核之后，才能進(jìn)行開倉作業(yè)，保障所有施工責(zé)任都能落實(shí)到具體的人員身上，保障開倉安全。

3.4.6 刀具更換流程

首先，要做好刀盤的清理工作，且加強(qiáng)對工作的重視程度，并實(shí)時監(jiān)測清洗作業(yè)的展開情況，確保作業(yè)在低溫有氧環(huán)境下展開，尤其是對刀位區(qū)域的清理。其次，保障清理工作完成之后，還需要將大扭矩的扳手中的螺栓進(jìn)行一一卸除，并將刀具運(yùn)輸出去。關(guān)于螺栓螺帽情況，還需要運(yùn)用專業(yè)工具進(jìn)行去除，為了更好地降低其底座和刀具螺栓孔問題的發(fā)生概率，在進(jìn)行操作的過程中，需要明確好規(guī)范的操作流程，保障作業(yè)的安全。最后，就是進(jìn)行安裝作業(yè)，但在安裝前期，需要進(jìn)行二次清潔工作，要保障各個位置的干凈，沒有一點(diǎn)水珠，保障刀具的干燥性，從而避免后期出現(xiàn)銹蝕的情況，降低刀具的使用期限，對于刀具上面有損傷的區(qū)域，還需要及時進(jìn)行修復(fù)和打磨施工。

3.5 刀具安裝工作

在進(jìn)行刀具更換的前期，需要對其進(jìn)行全面的檢查，確保其質(zhì)量無損。在進(jìn)行更換的過程中，要保障其的清潔性，刀具位置擺放的合理性。在完成更換工作后，還需要對其做好相應(yīng)的檢查更換作業(yè)，避免出現(xiàn)遺漏問題，從而造成掘進(jìn)施工對設(shè)備造成損傷，并對整個工作流程做好相應(yīng)的記錄。

4 刀具維修技術(shù)分析

4.1 刀圈的安裝工作

刀圈是較為特殊的一種鋼原料，其硬度、耗損性能、剛度、防變形性能等相對優(yōu)良，金相組織是幾種元素組合而成。在進(jìn)行刀圈的安裝工作時，要保障其內(nèi)徑與刀體相匹配，且安裝工作必須在高溫環(huán)境下進(jìn)行，利用工業(yè)的烤箱設(shè)備將其加熱到合理的溫度中，在溫度加熱兩個小時之后，再將其安裝在正確的位置。

4.2 軸承檢查工作和調(diào)整進(jìn)度

在進(jìn)行施工的過程中，盾構(gòu)機(jī)刀具中的軸承使用需要根據(jù)施工條件的差異性選擇其合適的受力方向，在大部分情況中都是選擇圓錐型軸承，從而也就很容易出現(xiàn)配件銹蝕問題發(fā)生，或者刀具的密封性能過低造成的一系列問題，例如銹蝕、燒蝕問題。針對軸承裂痕情況，由于參數(shù)不夠準(zhǔn)確，還需要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行松緊度的調(diào)節(jié)工作，保障力度符合施工要求。一般刀具軸承的松緊度都是通過對兩軸承之間隔膜厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而更好地保障刀具各種力矩在合適的范圍之內(nèi)。

4.3 安裝密封工作和密封性檢查

在進(jìn)行刀具的密封安裝工作過程中，要對其表面的光滑度和平整度進(jìn)行相應(yīng)檢查，保障其符合要求。在安裝前期，還需做好相應(yīng)的密封清潔和研磨作業(yè)。在完成維修維護(hù)工作之后，還需對其密封性進(jìn)行檢查，要保障在規(guī)定的時間范圍內(nèi)，其氣壓保持穩(wěn)定，使用性能合格。

5 結(jié)語

要想加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)設(shè)備施工的效率，保障施工的安全，首先要完善相應(yīng)的管理制度，強(qiáng)化人員的綜合能力，保障每一位人員都能夠熟練地將技術(shù)掌握到位，加強(qiáng)安全防護(hù)意識并做好相應(yīng)的安全管理工作，由于設(shè)備中的刀盤刀具養(yǎng)護(hù)工作能夠直接影響工程效益，因此還需加強(qiáng)重視。