淺談隧道內(nèi)盾構(gòu)刀盤修復(fù)技術(shù)

李書鵬

(洛陽(yáng)九久科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000)

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目區(qū)間全長(zhǎng)1 187.7m，隧道洞身所經(jīng)地層主要有軟～硬塑黏性土，強(qiáng)/中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖以及上部為粉質(zhì)黏土、下部為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖形成的軟硬不均地層，其中全斷面中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖和軟硬不均地層約占77.8%，巖層最大單軸抗壓強(qiáng)度為55.8MPa。區(qū)間采用2 臺(tái)?6 460mm 土壓盾構(gòu)進(jìn)行掘進(jìn)施工，刀盤結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 刀盤結(jié)構(gòu)

當(dāng)區(qū)間左線刀盤掘進(jìn)至500 環(huán)位置時(shí)，參數(shù)出現(xiàn)明顯的異常波動(dòng)，經(jīng)停機(jī)開倉(cāng)檢查發(fā)現(xiàn)刀盤面板中心?700mm 范圍內(nèi)磨損嚴(yán)重，最大磨損深度達(dá)130mm，該區(qū)域的3 把中心刀均已掉落至土倉(cāng)內(nèi)，其他5 把中心刀的安裝螺栓均已松脫。刀盤中心磨損示意圖如圖2 所示。

圖2 刀盤中心磨損區(qū)域

考慮到項(xiàng)目工期比較緊張、盾構(gòu)停機(jī)位置埋深較深，最重要的是刀盤已進(jìn)入全斷面中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地層中，掌子面比較穩(wěn)定，經(jīng)綜合分析，最終決定在隧道內(nèi)對(duì)刀盤磨損部位進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)工作主要包括兩方面：更換中心刀箱1#～6#支撐板和修補(bǔ)刀盤面板磨損區(qū)域。刀盤停機(jī)所處位置如圖3 所示。

圖3 刀盤所處位置的地質(zhì)情況

2 修復(fù)措施

2.1 準(zhǔn)備工作

1)組織所有管理人員熟悉施工流程和修復(fù)方案，對(duì)所有參與人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全教育，明確職責(zé)要求和安全注意事項(xiàng)，確保實(shí)施過(guò)程中各環(huán)節(jié)無(wú)障礙溝通。

2)對(duì)盾構(gòu)后部5 環(huán)管片進(jìn)行二次注漿，漿液類型為水玻璃和水泥雙液漿，防止盾構(gòu)后方來(lái)水給修復(fù)作業(yè)帶來(lái)影響。

3)根據(jù)刀盤修復(fù)人員的身材以及修復(fù)過(guò)程中的活動(dòng)范圍，確定掌子面維修孔的開挖尺寸，為避免巖石應(yīng)力影響維修孔出現(xiàn)裂紋或其他危險(xiǎn)情況，維修孔要無(wú)規(guī)則開挖，且周邊“放坡”處理。

4)土倉(cāng)內(nèi)空氣持續(xù)流通是保證修復(fù)工作順利實(shí)施的主要因素，由于刀盤修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣是往上漂浮，所以排風(fēng)管道要放置在土倉(cāng)的上部，送風(fēng)管道要放置在刀盤中心線以下，這樣在土倉(cāng)內(nèi)就形成了空氣循環(huán)，循環(huán)能力要保證在1min 內(nèi)將土倉(cāng)內(nèi)的空氣循環(huán)一遍。土倉(cāng)內(nèi)空氣循環(huán)示意圖如圖4 所示。

圖4 土倉(cāng)內(nèi)空氣循環(huán)

2.2 具體實(shí)施措施

2.2.1 更換中心刀箱1#～6#支撐板

在更換支撐板的過(guò)程中，一定要保證中心刀箱整體的焊接強(qiáng)度和新支撐板的定位精度。

1)為保證中心刀箱和刀盤的焊接強(qiáng)度，將磨損區(qū)域中心刀箱兩側(cè)和刀盤的貼合位置分別刨割出坡口，并打磨平整光滑，然后采用窄焊道、薄焊層、多層多道的方式進(jìn)行焊接。焊接示意圖如圖5 所示。

圖5 磨損區(qū)域中心刀箱和刀盤焊接

2)將中心刀箱1#～6#支撐板按照1#、3#、2#、4#、6#、5#的順序分別刨割下來(lái)，并將刨割面打磨平整光滑，刨割過(guò)程中要盡量較少對(duì)支撐板和刀箱之間貼合面的傷害，以保證后續(xù)新支撐板的定位精度。

3)轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤，使中心刀箱處于“1”字狀態(tài)，用事先加工好的工裝將6 件支撐板分別定位，保證各支撐板的“V”形槽共面且間距一致，然后分別點(diǎn)焊固定。為避免各支撐板在焊接過(guò)程中出現(xiàn)移位的情況，在支撐板的前后各固定一塊筋板，使之成為一個(gè)整體，如圖6 所示。

圖6 支撐板焊接前加固

4)轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤，使中心刀箱處于“一”字狀態(tài)，分別對(duì)3 個(gè)支撐板進(jìn)行焊接，焊接前用氧乙炔焰進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度200～250℃。焊接時(shí)采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方式，盡量減小焊接變形，保證焊接質(zhì)量和強(qiáng)度。焊接完成后，將刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)180°，用相同方法焊接另外一側(cè)的3個(gè)支撐板。

2.2.2 修補(bǔ)刀盤面板

由于刀盤面板呈弧面磨損，若直接用焊肉堆滿，則發(fā)熱量太大，極易造成周邊區(qū)域變形，甚至將周邊焊縫拉裂，所以在修補(bǔ)過(guò)程中要采用貼焊鋼板并敷焊耐磨層的方式進(jìn)行修補(bǔ)。

1)根據(jù)刀盤面板磨損的深度刨割磨損區(qū)域，將弧面刨割成平面并打磨平整，然后根據(jù)具體尺寸裁割鋼板并點(diǎn)焊定位。

2)用氧乙炔焰對(duì)貼焊鋼板周邊坡口進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度200～250℃。然后采用窄焊道、薄焊層、多層多道的方式進(jìn)行焊接，盡量減小焊接變形，保證焊接質(zhì)量和強(qiáng)度。

3)在修補(bǔ)后的刀盤面板表面敷焊網(wǎng)格狀耐磨層，避免在后續(xù)施工過(guò)程中出現(xiàn)早期磨損的情況。

具體實(shí)施情況分別如圖7～圖9 所示。

圖7 鋼板點(diǎn)焊定位

圖8 鋼板焊接

圖9 敷焊耐磨網(wǎng)格

3 注意事項(xiàng)

1)作業(yè)前的準(zhǔn)備工作一定要考慮周全并落實(shí)到位，這直接關(guān)系到后續(xù)工作是否能夠安全、順利地進(jìn)行。

2)由于在焊接和刨割過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣都是向上漂浮的，所以在用氣體檢測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)倉(cāng)內(nèi)氣體變化情況時(shí)，要以操作人員周圍的氣體變化情況為準(zhǔn)。

3)在修復(fù)過(guò)程中，刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)與否一定要由專人負(fù)責(zé)溝通，作業(yè)期間要鎖住刀盤。轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤前，一定要確保所有人員、設(shè)備、工具等均不在倉(cāng)內(nèi)；轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤后，一定要將刀盤沖洗干凈。

4)要由專人實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掌子面的穩(wěn)定情況和刀盤所處上方地面的變化情況。

5)由于空間狹小，只能有一人進(jìn)行修復(fù)作業(yè)，為安全起見，一定要由專人負(fù)責(zé)和倉(cāng)內(nèi)修復(fù)人員的實(shí)時(shí)溝通。

6)由于作業(yè)空間非常潮濕，倉(cāng)底最大水深達(dá)2m，作業(yè)人員在修復(fù)期間必須穿戴絕緣手套和絕緣鞋。

7)由于倉(cāng)內(nèi)空間狹小，空氣流通不暢，工人在施工過(guò)程中要輪流作業(yè)，30min 更換一次。

8)焊接時(shí)，焊機(jī)的連接線一定不能連接到盾體上，因?yàn)檫@樣的連接方式可能使焊接電流直接穿過(guò)刀盤主驅(qū)動(dòng)，將導(dǎo)致刀盤主驅(qū)動(dòng)的損壞。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)刀盤修復(fù)作業(yè)的合理統(tǒng)籌和對(duì)各環(huán)節(jié)的嚴(yán)格把控，終于安全順利地完成了此次刀盤修復(fù)工作。盾構(gòu)恢復(fù)掘進(jìn)后，采取了控制施工參數(shù)、加強(qiáng)刀具檢查頻次等措施，使盾構(gòu)在后續(xù)掘進(jìn)直至貫通的過(guò)程中，無(wú)異常損壞情況，保證了施工的順利進(jìn)行。此次刀盤的成功修復(fù)，降低了經(jīng)濟(jì)損失、保證了項(xiàng)目整體工期，相信能夠?yàn)槠渌?xiàng)目類似工況下的修復(fù)工作提供借鑒和參考。