淺談盾構(gòu)刀具使用及維修管理

李小玲

（中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司）

摘　要：盾構(gòu)刀具管理是要把盾構(gòu)機(jī)刀具的養(yǎng)、用、管、修提高到管理的高度上，有統(tǒng)籌、有計(jì)劃、有反饋、有分析和總結(jié)，建立一個(gè)良性的、閉式循環(huán)的管理系統(tǒng)。加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)刀具管理對(duì)有效地利用刀具以及對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行有效的保護(hù)、對(duì)降低刀具的使用成本有重要意義。 

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)刀具；使用；維修

一、刀具管理內(nèi)容 

盾構(gòu)刀具在具體使用過(guò)程中可分為兩個(gè)閉式循環(huán)管理系統(tǒng)，其一是大循環(huán)閉式管理系統(tǒng)，使用步驟為：選擇盾構(gòu)刀具、分析實(shí)際使用環(huán)節(jié)、對(duì)比分析道具的可用性、反饋對(duì)比信息、制定使用方案;其二是小循環(huán)閉式巡航管理系統(tǒng)，使用步驟為：使用環(huán)境測(cè)試、根據(jù)測(cè)試結(jié)果選擇盾構(gòu)刀具、檢查更新、修理維護(hù)、試驗(yàn)。在具體運(yùn)行過(guò)程，大循環(huán)閉式管理系統(tǒng)是小循環(huán)閉式管理系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)和核心。只有控制好大循環(huán)閉式管理系統(tǒng)的運(yùn)行效率，才能確保盾構(gòu)刀具持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。 

二、刀具管理流程 

（一）測(cè)試及檢查 

盾構(gòu)刀具根據(jù)具體現(xiàn)狀不同，可分為兩大類：一類齒刀，另一類是盤(pán)型滾刀。在具體應(yīng)用過(guò)程中，齒刀主要應(yīng)用在土質(zhì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在20MPa以下的土層開(kāi)挖施工中，而盤(pán)型滾刀則主要應(yīng)用在強(qiáng)度和比較高的土層開(kāi)挖。盾構(gòu)齒刀具測(cè)試時(shí)，要注重對(duì)齒刀刀體結(jié)構(gòu)測(cè)試中，刀頭和盾構(gòu)刀體的連接方式有三種，包括：焊接連接、螺栓連接、鑲嵌連接，其中螺栓連接的應(yīng)用最為廣泛，便于拆卸和更換。 

盤(pán)型滾刀在測(cè)試時(shí)，要先進(jìn)行目測(cè)，查看刀圈中是否存在裂紋，刀具是否存在滲油和漏油等問(wèn)題，然后再利用工具裝置進(jìn)行盾構(gòu)刀具氣密性測(cè)驗(yàn)，最后對(duì)刀具的啟動(dòng)扭矩進(jìn)行合理調(diào)整，大量應(yīng)用實(shí)例表明，如果啟動(dòng)扭矩過(guò)大，則在進(jìn)行粘性土層掘進(jìn)過(guò)程中，地層無(wú)法為刀具的扭轉(zhuǎn)提供足夠的扭矩力容易增加刀具弦的磨損速率，降低使用壽命。而如果啟動(dòng)扭矩過(guò)小，則在施工中容易引發(fā)刀具軸承松動(dòng)，難以保證刀具在運(yùn)行中的受力狀態(tài)。因此，在使用前需要對(duì)刀具的啟動(dòng)扭矩進(jìn)行全面系統(tǒng)的檢測(cè)，合理調(diào)整扭矩。此外，刀具的氣密性是盾構(gòu)刀具檢測(cè)的重中之重，如果氣密性不足，就會(huì)引發(fā)滲油和漏油的問(wèn)題，甚至?xí)p壞軸承。在盾構(gòu)刀具安裝過(guò)程中，刀具裝配的密封性可能存在問(wèn)題，后或者導(dǎo)致一些雜物進(jìn)入，從而引起降低盾構(gòu)刀具的氣密性，因此，在具體施工中必須確保密封性。盾構(gòu)刀滾刀圈采用國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的擴(kuò)孔及模煅技術(shù)，具有良好的抗退火性和材料的熱穩(wěn)定性，能保證盾構(gòu)刀滾刀圈在熱裝和滾壓過(guò)程中不降低硬度。選用優(yōu)質(zhì)的合金材料，使盾構(gòu)滾刀刀圈具有較高的硬度和耐磨性，從而有效地提高刀具的使用壽命。超高的屈服強(qiáng)度，抗高應(yīng)力下發(fā)生壓潰變形良好的抗沖擊的韌性，杜絕內(nèi)部裂紋和刀圈斷裂。軸承均選用世界頂尖品牌，承載負(fù)荷達(dá)8–30噸，精良的密封圈件系統(tǒng)能最大限度地減少軸承、受污損失效的可能性，盾構(gòu)刀具零部件由優(yōu)化選材，具有高強(qiáng)度和高耐用性，可快速拆卸和再裝配，零件可更換性。 

（二）刀具使用 

盾構(gòu)刀具在掘進(jìn)過(guò)程中，合理選擇掘進(jìn)方法對(duì)盾構(gòu)刀具使用情況有非常重要的影響，在施工前要根據(jù)工程特性，選擇與之相適的掘進(jìn)模式和掘進(jìn)參數(shù)，在保證挖掘速度的基礎(chǔ)上，提升盾構(gòu)刀具使用壽命。目前在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，常用的模式有兩種，一種是扭矩控制方式，另一種是推力控制方式，其中扭矩控制掘進(jìn)方式主要應(yīng)用在土質(zhì)結(jié)構(gòu)比較柔軟的工程施工中，而推力控制掘進(jìn)模式則主要應(yīng)用在硬質(zhì)土質(zhì)結(jié)構(gòu)施工中。在具體施工過(guò)程中，需要根據(jù)不同的控制方式，選擇與之相適的參數(shù)，并對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行全面系統(tǒng)的監(jiān)控，并對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行全面記錄，為后期施工提供數(shù)據(jù)支持，并避免盾構(gòu)刀具因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而發(fā)生損壞。 

（三）刀具檢查、更換 

在施工前，需要對(duì)工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)、全面的勘察，并確定施工的重難點(diǎn)，掌握特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)盾構(gòu)刀具的影響，挖掘到特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，立即停機(jī)，更換刀具。 

（四）刀具修理

1.軸承與密封的更換。軸承與密封是刀具上的兩種重要裝置，對(duì)刀具掘進(jìn)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和刀具的消耗具有特別重要的影響。采用以下方法維修： 

所有解體維修組裝刀具時(shí)都必須更換橡膠圈;維修拆卸刀具時(shí)，若發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油中含有金屬末或油量減少，則金屬環(huán)同時(shí)更換;若發(fā)現(xiàn)漏油或進(jìn)泥，剛需要同時(shí)更換密封與軸承;更換軸承時(shí)不能單件（內(nèi)圈或外圈）更換。 

2.刀體的維修。刀具嚴(yán)重偏磨使刀體外表面部位嚴(yán)重?fù)p壞時(shí)刀體應(yīng)報(bào)廢;邊刀刀體的刀圈軸向定位擋肩部位被磨損，高度小于3mm時(shí)應(yīng)報(bào)廢;刀體內(nèi)表面變形應(yīng)報(bào)廢;內(nèi)表面的端面密封圈安裝位置表面受傷，一般情況可打磨修復(fù)，如受傷情況嚴(yán)重需報(bào)廢;內(nèi)表面軸承外圈的配合面，如拉毛時(shí)，經(jīng)打磨可使用，若軸承外圈壓入時(shí)過(guò)松，應(yīng)報(bào)廢;刀圈安裝面如出現(xiàn)凸出點(diǎn)，可對(duì)其進(jìn)行打磨修復(fù)。 

3.端蓋的維修。端蓋出現(xiàn)明顯缺損或裂紋需報(bào)廢;端面出現(xiàn)磨損可繼續(xù)使用端蓋邊緣磨損嚴(yán)重須報(bào)廢;端蓋變形須報(bào)廢。端蓋孔（刀軸安裝位）表面受傷，可修復(fù)使用;軸承定位架位置受傷可修復(fù)使用;螺紋孔出現(xiàn)變形，可用絲攻修復(fù)，如螺紋損壞兩絲以上或兩個(gè)以上螺紋孔變形需報(bào)廢;中心刀端蓋安裝“O”形圈位置在不影響密封性能的情況下可使用。 

4.刀軸的維修。刀軸出現(xiàn)變形或裂紋需報(bào)廢;刀軸與軸承、端蓋接觸面受傷，打磨后可使用;刀軸兩端螺紋孔有斷螺栓不能取出需報(bào)廢。 

5.刀具記錄。從盾構(gòu)刀具更換時(shí)，要選擇遵循從上到下的更換方式，并對(duì)表面渣土進(jìn)行進(jìn)行全部處理，對(duì)密封腔體也要進(jìn)行仔細(xì)清理，清理完成后再進(jìn)行逐一記錄。 

6.氣密性的檢查。滾刀的氣密性是檢驗(yàn)密封效果的指標(biāo)。氣密性不好，會(huì)導(dǎo)致滾刀潤(rùn)滑油泄漏，最終導(dǎo)致刀具軸承損壞。刀具維修（無(wú)論刀具采用解體或不解體維修）裝配完成后，對(duì)總成內(nèi)部加壓氣體0.3MPa，保持此壓力10min，通過(guò)觀察氣壓表指針對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)刀具的密封性能，最后對(duì)刀具加（或更換）齒輪油。 

三、盾構(gòu)機(jī)刀具管理發(fā)展方向 

（一）帶壓換刀技術(shù)的普及 

長(zhǎng)期以來(lái)，盾構(gòu)機(jī)刀具因材質(zhì)特殊、制造工藝復(fù)雜，目前世界上只有少數(shù)幾家知名企業(yè)能夠制造。盾構(gòu)機(jī)刀具屬于易損件，需經(jīng)常更換，國(guó)外進(jìn)口刀具價(jià)格昂貴，且制作周期較長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)盾構(gòu)機(jī)刀具發(fā)展較晚，無(wú)論是刀具材料還是刀具設(shè)計(jì)都與國(guó)外有一定的差距，因此這也制約了我國(guó)盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 

在盾構(gòu)機(jī)刀具的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，應(yīng)使刀圈的耐磨性與沖擊韌性更好地結(jié)合，使盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)長(zhǎng)距離以及復(fù)合地層的掘進(jìn)要求;研究刀具的磨損、壽命檢測(cè)方法及探查工作面坍塌和裝置，防止刀具過(guò)度磨耗、損壞而磨損刀盤(pán);尋求耐磨、耐熱、耐腐蝕、高硬度材料制作刀頭。另外，重點(diǎn)還要研究盾構(gòu)機(jī)刀體與土體相互作用的機(jī)理，開(kāi)發(fā)適用于不同土質(zhì)和地下水狀況、掘削速度的刀具與刀盤(pán)，研究刀具數(shù)量、刀具形式、在刀盤(pán)上的布設(shè)及其優(yōu)化組合方式。特別是隨著高新科技的發(fā)展，我國(guó)盾構(gòu)機(jī)刀具的研發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)向信息化、智能化發(fā)展。 

（二）國(guó)產(chǎn)化 

在生產(chǎn)工藝上，我們采用整體鍛壓，整體熱處理的優(yōu)化加工工藝，使產(chǎn)品具有更高的可靠性和良好的切割性能。同時(shí)，為提高刀具的耐磨性能，在刀具合金周?chē)暗毒咴谡Ｊ褂眠^(guò)程中極易磨損的部位加焊高強(qiáng)度合金耐磨堆焊層。另外，盾構(gòu)刀具在機(jī)械加工完成后，出廠時(shí)每件都進(jìn)行耐壓測(cè)試，最大限度的保證出廠產(chǎn)品的合金焊接性能。 

四、結(jié)束語(yǔ) 

盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)刀具樣機(jī)具有寬泛的地質(zhì)適應(yīng)能力，具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，能很好地協(xié)調(diào)穩(wěn)定開(kāi)挖面與排碴效率兩者之間的關(guān)系;采用國(guó)產(chǎn)耐磨材料及熱處理工藝研制的盾構(gòu)刀具，對(duì)土體具有良好的切削性能，可適應(yīng)不同地層的變化，耐磨性及強(qiáng)韌性良好。盾構(gòu)刀盤(pán)刀具樣機(jī)整體性能優(yōu)良，工作可靠。 

參考文獻(xiàn) 

地鐵盾構(gòu)機(jī)施工中的刀盤(pán)及刀具改造技術(shù)[J].王凱.施工技術(shù)，2016（S1）. 

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（來(lái)源：裝備維修技術(shù)）

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