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大直径泥水盾构刀盘施工中适应性改造

陈世明 张宏达

【摘 要】摘 要:以北京直径线地下工程为背景，介绍了大直径泥水盾构刀盘改造方案，通过施工现场对盾构刀盘、刀具的改造、刀盘定位、焊接、检测、试推等关键工序分析总结，为类似工程盾构在施工现场改造，提供一定的指导作用。

【期刊名称】山西建筑 【年(卷),期】2011(037)007 【总页数】2

【关键词】关键词:泥水盾构，刀盘，刀具，改造方案

1 盾构刀盘改造背景

北京直径线是连接北京站和北京西站两大铁路交通枢纽的地下工程，其中5 227m盾构隧道采用一台φ11.97m泥水平衡盾构机施工。2008年 11月，盾构发生故障，经检查保险轴 3号，6号断裂，8号有裂纹，并经多次带压进仓检查，70%以上的切刀都有崩齿和磨损，周边刮刀和重型撕裂刀崩齿现象严重。专家论证认为，盾构停机和刀具损坏主要原因是隧道穿越的地层发生较大变化，呈现为非常致密的卵石层，使得重型撕裂刀无法松动土层，导致大部分刀齿受卵石碰撞而大范围崩落，进而刀具异常磨损导致刀盘扭矩增大，出现主驱动电机保险轴断裂。根据当前复杂的地质条件，为确保该工程安全、顺利施工，需对盾构机刀盘进行适应性改造。

2 盾构改造方案

根据地质补勘、新竖井地质素描、刀盘、刀具损坏等资料，专家论证确定刀盘

改造方案:1)刀盘原32把撕裂刀、中心刀改造为双刃滚刀，幅条上安装可更换新型撕裂刀;2)刀盘幅板处新增 8把单刃滚刀，并在其两侧各焊接1把撕裂刀;3)所有切刀全部更换为新型切刀;4)刀盘结构焊接加强筋板;5)增加一套电机及系统。 盾构改造前后主要参数变化见表 1。

3 盾构改造工艺及要求

3.1 施工工艺流程

盾构刀盘改造流程见图 1。 3.2 盾构刀盘改造前准备工作 3.2.1 改造竖井设计要求

为满足刀盘改造要求，竖井设计为:14 m×4.5m×21 m，竖井下部为三边支护不封闭的异形结构，盾构切削范围使用玻璃纤维筋。 3.2.2 脚手架搭设要求

脚手架搭设在符合安全技术规范的前提下，结构要满足:1)在刀盘 0°，90°，270°位置，同时进行改造作业;2)保证现场空间灵活调整，且能在竖井中部起吊物料时多次转动刀盘。 3.3 刀盘改造

3.3.1 刀座及刀具定位

刀座、刀箱定位的精确度关系到刀具的实际运行轨迹是否符合设计要求，是盾构改造成败的基础，应参照定位:1)切除中心锥形刀座，确定刀盘圆心;2)以滚刀刀座中心及刀盘圆心为基准，在刀盘断面上间隔 45°划出分度线;3)测量刀盘外圈周长、求刀盘磨损后直径，利用边滚刀分布角度分度线为基准确定边滚刀轴线; 4)滚刀定位以M 32为例，旋转刀盘至安装模板平面与边滚刀 M32轴线重

合，用一模板尺 1与安装模板贴合，模板尺中心线与安装模板上 M32刻度重合，将模板尺点焊在刀盘上;模板 2套在模板尺 1上，沿其轮廓切割，将边滚刀刀箱体和假滚刀置入割口，确认刀刃和刻度线方向一致，并检测无误后焊接边滚刀刀箱，滚刀定位示意图见图2;5)新增正滚刀箱(滚刀刀高)定位以现有刀座确定。

3.3.2 刀盘焊接

1)刀盘焊接。刀盘为Q 345的板材，焊接时易产生裂纹，而现场焊接板材属厚板焊接，易出现层状撕裂、夹渣、未熔合等缺陷，应制订合理的焊接工艺卡。 2)焊接材料及焊接参数的选定。a.焊材选用:选用E70T-5碱性药芯焊丝及 E5015型电焊条。焊条在使用前烘干，并保温待用、随用随取。b.焊接方法:尽可能采用CO2保护焊进行平焊和横焊，在刀盘旋转困难时，采用手工电弧焊仰焊或立焊。c.焊接电流:在较窄、宽焊缝焊条用 φ3.2，φ4.0的电焊条，电流 100 A～130 A，120A～180 A。

3)焊接工艺措施。a.焊接准备:焊接作业区应遮挡，在装配和焊接前，目测检查施焊面，并保持清洁;对坡口周围左右各100mm范围预热，温度控制在 100℃～150℃、层间温度Ti≤400℃，待恒温30m in后开始焊接。b.焊接控制:焊接中应从引弧板开始引弧、收弧板上结束，焊接完成后打磨清理;焊接中，控制节点焊接时间、清渣间歇时间，避免焊缝开裂;同一构件上焊接时，采用对称分布施焊;焊后应消除焊接应力，焊件缓慢冷却至室温。 3.3.3 刀盘焊接质量检测

1)目测检查:每焊20mm厚，检验人员用放大镜检查是否有裂纹、未熔合等焊缝缺陷。