刀盤作為盾構的核心部件,是決定工程成敗的關鍵。由于工作環境惡劣,在掘進中承受大扭矩、大推力和復雜沖變載荷,刀盤容易發生磨損和破壞,因此需及時進行修復。下面就為大家分享幾個刀盤修復實例,為將來類似工程刀盤修復提供參考。

　　一、上軟下硬地層掘進施工盾構刀盤修復案例

　　1臺土壓平衡盾構機在上軟下硬地層掘進過程中,其刀盤和刀具磨損嚴重,具體如下:刀盤中心直徑2.7m范圍內刀盤面板及輻條均嚴重磨耗,4把雙聯中心滾刀及其刀箱全部掉落,8把正面滾刀及其刀箱全部掉落,6把切刀及其刀座嚴重磨損,其他刀具也存在不同程度的磨損。由于該刀盤已無法進行正常掘進,所以專門開挖了豎井,在豎井內進行刀盤修復。

　　1、準備修復材料

　　刀盤材料為Q345B鋼材,刀箱和刀座均由原廠提供成品。堆焊材料為北京固本KB680耐磨焊絲。KB680填充碳化鎢粒子的復合焊絲,碳化鎢粒子進入馬氏體基質上,主要用于要求強烈耐磨損工件表面的焊接環境。進行盾構機刀盤堆焊修復時,焊縫表面成型美觀,無渣,單層硬度HRC≥60。

　　2、處理磨損區域

　　將刀盤中心區域磨損的滾刀刀箱、刮刀刀座、加強筋板和中心刀盤噴口予以刨除;將磨損的刀梁進行打磨或火焰切割修整,并將焊接面打磨出金屬光澤。

　　3、選擇焊接工藝

　　為保證修復質量,選取與原廠制造刀盤時相同的焊接工藝。采取二氧化碳氣體保護焊,選用北京固本耐磨焊絲,配合熟練的焊接人員。焊前需預熱焊接部位,焊后須去除焊接部位應力,以避免引起刀盤焊接變形。采用多層多道焊接方法,保證焊接質量和強度。

　　4、修復刀盤主梁

　　焊接前采用加熱設備加熱原主刀梁和新主刀梁之間的焊縫,使其達到120℃后進行焊接。采用多層多道焊接方法,單條焊縫寬度應≤10mm。焊接完成后采用保溫棉對焊接部位進行一定時間的保溫,然后采取振動法消除應力。為保證主梁間刀箱的安裝,對焊后突起進行刨除,保證平面度小于5mm。

　　5、修復滾刀刀箱和切刀刀座

　　定位新滾刀刀箱部與已安裝滾刀刀箱背部處于同一平面。按照圖紙(可參照原圖紙)定位無誤后,進行拼點焊接,焊接參數參照刀盤結構件。采取同樣的定位方法,焊接修復切刀刀座后,安裝新的滾刀和切刀。

　　6、修復刀盤噴口

　　現場加工、焊接原刀盤噴口較困難,所以對新噴口的結構形式進行了局部改進。同時在噴口處增加保護鋼板,堆焊耐磨網格,其管路采用10mm鋼板進行保護。

　　本次刀盤修復工作共歷時80余天,對項目工期和成本均造成了較大影響,為安全、順利地完成該項目剩余工程量,盾構機在恢復掘進后應時刻觀察掘進參數,及時檢查刀盤刀具磨損情況,高度重視刀具更換質量,針對不同地層做好渣土改良工作。通過本次刀盤修復,盾構機得以順利完成項目施工。

　　二、北京地鐵砂卵石地層施工盾構刀盤修復案例

　　北京地鐵四號線四標段區間隧道穿越的地質屬砂卵石地層,工程共投入兩臺日本三菱公司生產的直徑為6.14m的土壓平衡盾構進行區間隧道掘進。通過分析刀盤在砂卵石地層中掘進時的磨損原因和部位,在現場進行了刀盤設計改進及修復施工。

　　1、刀盤內部裝置的修復

　　(1)將已磨損的刀盤外周切除,清理刀盤輻條和面板空腔內的砂土。

　　(2)脫落的仿形刀液壓缸重新定位安裝,更換新的帶有隔熱保護鋼絲的仿形刀油管。

　　(3)刀盤內的加泥管路全部拆除,清理通暢后,再重新安裝到中心回轉體和加泥出口處。

　　2、刀盤本體結構的修復

　　(1)盾構出洞刀盤吊出地面后,將刀盤被磨損的外周部分全部切除,按照盾構刀盤結構的原設計,將刀盤外圈鋼結構部分分為3塊在工廠內進行機加工,確保拼裝后刀盤周圈的橢圓度等精度符合要求。

　　(2)加工好的刀盤外周運到現場后,先在平坦的地面上將其連接成圓環,調整刀盤外周圓環的偏差符合要求的精度后,將圓環整體套裝到已經切除了外周的原有刀盤的剩余部分上,將刀盤的6根輻條位置準確定位,用水準儀將外周圓環與原刀盤剩余部分調整至同一水平面,采取沿刀盤直徑方向雙向斷續焊接的方法,逐步將外周圓環與刀盤的6根輻條和6塊面板完成滿焊。

　　(3)完成刀盤鋼結構焊接后,分別向6根輻條的空腔內加氣壓,檢查焊縫的密閉性能,確認無任何泄漏現象。

　　3、刀盤附屬結構(刀座、刀具)的修復

　　(1)按照原設計圖紙尺寸進行缺失刀座的加工,并按照圖紙定位尺寸焊接新的刀座。對仍然完整的刀座進行加固處理,對所有刀座的本體進行耐磨處理。

　　(2)按照刀盤原設計方案,將12把全新周邊刀焊接到刀盤外周;將40把全新強化先行刀焊接到刀盤6根輻條上;更換1把仿形刀;更換位于刀盤外周的62把刮刀。

　　4、刀盤結構表面改進

　　在刀盤三角形面板磨損速度較快的外周圈約20cm寬范圍內的面板上加焊網狀耐磨層,在刀盤輻條上強化先行刀之間加焊網狀耐磨。

　　5、刀盤外周刀具及其保護的設計與改進

　　(1)在刀盤6個三角形面板的外周兩側面,每側各設置兩把形狀如刮刀的周邊刮刀,采用螺栓連接在刀座上,共設置24把。

　　(2)在刀盤面板迎土面外周的中間部位焊接長100mm、寬70mm、厚45mm的保護周邊刀根部焊縫的保護塊,保護塊上嵌有硬質合金。

　　(3)在刀盤外圈沿刀盤寬度方向,每隔250mm焊接一道寬25mm、高15mm的耐磨堆焊保護條;沿刀盤外徑寬度方向均布焊接12把長350mm、寬50mm、厚15mm的外周保護刀,增強刀盤外周的耐磨性能。

　　6、其他設計改進

　　(1)在刀盤面板上增加2個泥漿注入口,減少土體與刀盤的磨擦時間。

　　(2)將面板式刀盤進土開口部位的鋼結構制作成半圓形,有利于土體進入土倉。

　　(3)設置刀盤外周周邊刀磨損檢測裝置。

　　通過對北京地鐵砂卵石地層盾構刀盤設計改進,在經濟效益方面,僅用20余萬元左右的維修改造費用,就可將盾構刀盤修復如初并得以改進,為公司節省了購置新刀盤所需的130萬元費用。

　　三、西安地鐵三號線盾構機刀盤修復案例

　　盾構機出洞后,具備修復刀盤的空間條件。依托西安市地鐵三號線一期工程盾構刀盤修復實例,介紹筋板修復、刀盤校正、刀箱定位、泡沫噴嘴修復與保護等修復技術。

　　1、清理殘根

　　采用氧焊及氣刨工具,對面板筋板殘根以及刀箱刀具殘根進行清理,按焊接要求打磨出坡口面,為焊接工作做好準備。

　　2、筋板修復

　　(1)在殘根上作出標記并進行拓樣工作,根據圖紙確定補貼復原筋板的泡沫塑料樣板,然后按樣板加工所需鋼板(筋板采用50mm厚16Mn鋼板);

　　(2)將筋板殘根與鋼板焊接。為保證焊接質量,在對接口處加工45°角坡口,采用多層焊接將坡口填平。

　　3、刀盤校正

　　(1)考慮到校正刀盤時對主軸承的負面影響,將刀盤與前盾進行加固。加固區域確定在刀盤的未變形區域,既要保證對主軸的影響小又要保證未變形區域不產生二次變形。

　　(2)將變形區域的撕裂筋板和影響刀盤校正的筋板割斷,僅留背板。在其后面與土倉板間放兩臺液壓油缸將刀盤緩慢頂出,頂到位置后用“工”字鋼和角鋼將刀盤與前盾焊接在一起,防止反彈。

　　(3)在筋板割斷處加工坡口進行焊接,保證焊接強度,增加支承鋼板和復焊板,進行應力放散。待應力放散基本完成后將所有固定刀盤的支點拆除。

　　4、刀箱定位安裝

　　(1)刀盤面位置確定

　　采用在前盾上焊接六根定位鋼筋的辦法確定一個與前盾面平行的平面,此平面從定位鋼筋上掛線相交確定,作為刀箱定位的參考基準面。

　　(2)刀箱定位

　　根據參考基準面及圖紙尺寸,訂出刀箱與盤面的相對位置,保證刀刃相對于盤面的高度一致。

　　(3)邊緣滾刀的安裝

　　為了滿足安裝的角度,結合現場條件,用木板制作所需角度的樣板尺,經過使用樣板尺,能保證邊緣滾刀的安裝角度。

　　5、刀具安裝

　　(1)小刮刀刀座的安裝

　　以刀盤實際測繪基準面,利用殘根和圖紙標定的尺寸進行刀座的定位。先在內、外兩端各定一把刀座,而后利用角鋼定出其它同一直線刀座的位置,刀座全部定位后進行加固焊接。

　　(2)邊緣刮刀刀座的安裝

　　保證正面區域的小刮刀在同一平面上,邊緣區域與設計相符,保證開挖圓周的直徑,定位后焊接牢固。

　　6、泡沫噴嘴的修復與保護

　　(1)泡沫噴嘴修復

　　當面板全部磨損,只留下泡沫管道的一部分時,需重新安裝泡沫管道及噴嘴。安裝泡沫管道與噴嘴只能在安裝面板之前完成。

　　(2)泡沫噴嘴保護

　　為避免泡沫噴嘴發生堵塞現象,根據丁壩挑流的原理,對泡沫噴嘴采用環形保護,改變“土流”流向,保護噴嘴部位不受土體堵塞,使泡沫能夠加入土體。