盾构刀盘磨损及刀具更换.pdf

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换
HessenwasrevisedinJanuary2021
15刀具使用维护及更换
一般规定
,多在粉细砂层、圆砾层及卵石层中
进行,刀盘、刀具磨损较大,须对刀盘、刀具磨损的检测及更换等有
充分的估计。
在定购盾构机时,应充分考虑北京地层条件特点,确定盾构机的面
板型式以及刀具配置等,以满足北京地铁盾构施工的需要。
盾构施工前应根据地层的磨耗性、刀盘刀具类型及配置等制定刀具
使用计划。
盾构掘进施工前,应综合考虑地层条件,地面条件等因素,确定合
理的可能换刀位置。
施工中应使用泡沫、泥浆等添加材,并采取其它减磨、降矩措施,
提高刀盘、刀具的寿命。
、刀具的磨损与施工参数的选择、施工方法等密切相关,
应充分考虑这些因素的影响,审慎施工。施工中应密切观察推力、扭
矩、渣土性状、机体振动状态等,分析其原因,采取应对措施。
应设定异常掘进的警戒推力及扭矩值,如遇异常情况,应立即停机检
查。
北京地铁盾构隧道施工中的刀盘、刀具磨损现象非常复杂,详细情
况正在调查和研究中,随着调查研究的深入及施工经验的增多,将及
时做补充修订。
刀盘及刀具的选择

1刀具一般采用真空烧制的E类钢材,对于有特殊耐磨要求的刀
5
具宜采用耐磨能力是E两倍的所谓SINTER-H1P真空烧制的E类钢材。
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2表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料,可采用碳化钨或高铬堆
焊焊条,堆焊层硬度宜高于HRC60;
3采用超硬重型刀,刀具背面实施硬化堆焊。
刀头种类及型状:
1主切削刀;其切入角度影响切削能力的发挥,应根据施工地层
情况,选择切入角度;
2主超前刀(也称先行刀):采用主超前刀,一般可显着增加切
削土体的流动性,大大降低主切削刀的扭矩,提高刀具切削效率,减少
主切削刀的磨耗。
3鱼尾刀:为改善中心部位的切削和搅拌效果,宜在刀盘中心部
位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。
4盘圈贝型刀:实质上是超前刀,在盾构机穿越砂卵石地层特别
是大粒径砂卵石地层时宜采用。
5仿形刀:仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏
时,通过仿形超挖切削创造所需空间。
刀具配置
1增加刀具的数量,即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量;
2采用长、短刀并用法,即长刀具磨损后,短刀具开始接替长刀具磨损。其
高低差一般为20mm~30mm。
3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时,须采
用装卸容易的方法进行安装。
在北京地层条件下,应加大刀盘开口率,减少切削土渣在刀盘空间的
滞留时间,以保证土渣顺利进入土舱,减少刀盘、刀具的磨损。
刀具磨损的预测及检测方法
必须充分探讨刀头的耐磨耗性,事前预测磨耗量,制定切实可行的对
策,以便施工能顺利进行。
刀具磨耗量的预测
最外圈的刀具磨耗量的推测值可按下式计算:
δ=K·π·D·N·L/V
()
式中:δ——磨耗量(mm);
K——磨耗系数(mm/km);
D——盾构机的外径(m);
N——掘削的转数(rpm);
L——刀具切削长度(km);
V——掘进速度(m/min)。
磨耗系数K多选用由实践得出的如表所示的数值,但目前北京地层
条件下尚无可靠数据,此表的数据仅作为参考。
磨耗系数一览表表
磨耗系数
土质
泥水式土压式
淤泥粘土5×10-312×10-3
砂质土9×10-323×10-3
小砾11×10-326×10-3
砂砾中砾15×10-339×10-3
大砾19×10-352×10-3
磨耗检测:一般,判断刀头的磨损程度,是根据盾构记录的推进数据
的变化,从土质和机械两方面进行综合判断。条件具备时并用辅助性磨
耗探测装置,常用的磨耗探测装置有油压式、电气式、超声波式等。
当经验不多,预计磨损严重时,可进行开舱检查。开舱检查必须在开
挖面稳定的条件下进行。
降低刀盘磨损的施工工艺及换刀标准
(气泡、泥浆等),并实施科学的施
工管理,以降低刀盘刀具磨损;
;
宜适时交替使用刀盘正、反转,并尽可能使正、反方向切削刀的切削
长度相同。
。
目前,刀具更换尚无统一的标准,作为参考值,一般磨损量达到2~5cm时须换
刀。
换刀作业(舱内)
开舱换刀应尽可能在预定地点进行,并做好开舱前的所有准备工
作。换刀作业不得已在隧道内进行时,必须进行化学加固、气压施工等
辅助施工法,以确保开挖面稳定。为了施工安全、顺利地进行,应准备
好应急措施。
,设置脚支架,确认需要更
换的刀头,运入工具、器材,进行换刀作业。并作好换刀记录。

1首先要对所换刀具进行检查,看是否有损坏或裂痕,磨损是否
严重。
2若确认需更换刀具,则在刀具运输过程中要注意,不应有严重
碰撞及磨损。
3每次更换时,工作人员先将刀具周围的泥土清掉,保证有一定
的工作空间。再用套筒及加力杆卸下固定螺栓,注意不要让螺栓掉到土
舱下部。将换下的刀具递到人闸内,同时将固定螺栓和固定座用水清洗
干净,还要检查一下是否有裂纹,如有裂纹必须更换新螺栓,以确保刀
具有足够的固定强度。
4将新的刀具按原来的位置安装好,将固定螺栓拧紧。
5每次只能带一批刀具进舱,每批刀具换完后,把废刀具放进料
闸内,与此同时操作手转动刀盘。工作人员把下一批刀具送入土舱内,
再继续更换下一组刀具。
6每换完一批后,由值班机械工程师检查安装质量,看是否有漏
掉的或者没有固定好的。机械工程师确认无误后方可继续作业。更换速
度按实际情况定,必须以保证施工安全和安装质量为前提。
7在舱内刀具更换作业过程中,土建工程师应密切注意开挖面的
土质情况和地层中地下水的状况。当开挖面有异常情况时,应立即组织
工作人员退出土舱,关好舱门。
8在更换刀具过程中,所有的刀具都是通过旋松其固定螺栓进行
拆卸,在更换刀具后要重新使用规定的紧固扭矩拧紧螺栓。
:
1根据刀具磨损情况来确定所需更换的部分刀具,不能随意更换
某一部分,这样会造成新刀具的严重磨损,导致不必要的浪费,并且也
不能达到要求的效果。
2每次卸下刀盘的连接螺栓后,一定要注意清洗,避免螺栓螺纹
损坏。
保证螺栓的安装强度。
3刀具卸下后,检查螺栓是否有裂纹,如有马上更换。
4整个焊接过程应注意舱内的通风,确保舱内工作人员新鲜空气
的用量。
5因舱内环境潮湿闷热,焊工每班工作时间控制在4小时左右,
保证焊工的工作效率和焊接质量,同时也保证人员的健康安全。
6材料进出应避免碰坏损伤,人行通道位置管路需进行保护。
7在一个循环的刀具更换完成后,机械工程师必须让所有人员撤
离土舱进入人闸,待转完刀盘,观察开挖面无异常现象后,再继续进行
检查、换刀作业。
:
1根据机械工程师描绘的刀盘磨损情况,加工相应的焊接件,焊
接件的材质必须与刀盘本体材质一致;
2焊接前对刀盘焊接面用丙酮液进行清理,局部残留体应用角磨
机打磨平整,以保证焊接质量;焊接过程中应保证焊接件焊缝四周均匀
一致;
3焊接件及焊缝四周用耐磨焊条加焊耐磨层;
4焊接完成后方可进行刀座的焊接和刀具的安装。
盾构开舱作业
应建立完善的开舱控制程序,严格开舱管理,确保开舱施工安全。
:
1合理制定开舱里程、地层预处理方案等开舱计划;
2开舱条件应安全、可靠;
3尽可能减少对地面环境影响;
4开舱作业应连续,快进、快出。
开舱程序控制
为使开舱作业有序地进行,应制定开舱作业程序,并建立相应的签认制度。
1开舱准备工作确认
为保证开舱作业的连续、快速,必须做好充分的准备,准备工作包括预计更
换刀具准备、开舱作业工具准备、洞内风水电准备等。准备工作由专人负责,完
成后由相关工程师确认,机电总工程师审核;
2开舱位置确定
根据开舱计划,必须在盾构到达既定里程后方可进行开舱作业。开舱位置由
土木工程师确认,土木总工程师审核。通过签认后即可打开舱门;
3工程地质确认
开舱后先按要求对土舱进行冷却与空气置换,然后由有经验的地质工程师判
断工作面的地质条件,仔细观察后签署意见,并由土木总工程师进行审核确认。
确认安全后其他人员方可进入土舱执行下一步作业;
4刀具检查与处理方案确定
由具有刀具管理经验的机械工程师对刀具进行检查,做好记录,并由机电总
工程师进行审核确认,制定刀具处理方案。
由土木工程师对工作面稳定情况进行进一步判断后,决定是否可进行既定方
案的刀具处理施工。进行刀具处理的过程中,必须有一名土木工程师不间断地对
工作面稳定情况进行观察;
5刀盘清理及舱门关闭确认
刀具处理完毕关闭舱门前对土舱及刀盘前方进行全面的检查,避免工具、杂
物遗留在内。检查完毕由当班班长签认,负责机械工程师确认,确认后关闭舱
门,舱门关闭情况由负责机械工程师确认,机电总工程师审核。完成后及时恢复
掘进施工。
安全保障措施与安全事故抢救
1开舱安全保障措施
开舱作业必须在既定的位置进行,如果因施工需要必须在其他位置进行开舱
作业时,必须充分分析并报业主及监理同意后,由项目经理及总工程师决定;
开舱作业的一切准备工作必须提前做好,一旦开舱必须保证作业立即开始;
开舱必须在掘进停止后立即进行。
在作业过程中必须由专人负责观察工作面稳定情况,一旦发现异常及时撤出
施工人员,并关闭舱门。坍塌发生时,必须立即封堵工作面或恢复掘进;
做好开舱作业组织,确保施工的有序、连续,尽快完成施工。
2安全事故抢救
组织成立安全事故领导小组,做好后勤保障与突发事故的处理、抢救准备;
组织有医护人员参加的抢救小组;
施工现场配备急救医药与器械,医护人员在现场值班;
在施工现场规划与建立安全事故抢救通道,确保在紧急情况下能及
时疏散人员。