淺談盾構(gòu)刀具使用及維修管理
2024-07-24李小玲
（中鐵十八局集團第一工程有限公司）
摘 要：盾構(gòu)刀具管理是要把盾構(gòu)機刀具的養(yǎng)、用、管、修提高到管理的高度上，有統(tǒng)籌、有計劃、有反饋、有分析和總結(jié)，建立一個良性的、閉式循環(huán)的管理系統(tǒng)。加強盾構(gòu)機刀具管理對有效地利用刀具以及對刀盤進行有效的保護、對降低刀具的使用成本有重要意義。
關鍵詞：盾構(gòu)刀具；使用；維修
一、刀具管理內(nèi)容
盾構(gòu)刀具在具體使用過程中可分為兩個閉式循環(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、分析實際使用環(huán)節(jié)、對比分析道具的可用性、反饋對比信息、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)境測試、根據(jù)測試結(jié)果選擇盾構(gòu)刀具、檢查更新、修理維護、試驗。在具體運行過程，大循環(huán)閉式管理系統(tǒng)是小循環(huán)閉式管理系統(tǒng)運行的基礎和核心。只有控制好大循環(huán)閉式管理系統(tǒng)的運行效率，才能確保盾構(gòu)刀具持續(xù)穩(wěn)定運行。
二、刀具管理流程
（一）測試及檢查
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，另一類是盤型滾刀。在具體應用過程中，齒刀主要應用在土質(zhì)結(jié)構(gòu)強度在20MPa以下的土層開挖施工中，而盤型滾刀則主要應用在強度和比較高的土層開挖。盾構(gòu)齒刀具測試時，要注重對齒刀刀體結(jié)構(gòu)測試中，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，其中螺栓連接的應用最為廣泛，便于拆卸和更換。
盤型滾刀在測試時，要先進行目測，查看刀圈中是否存在裂紋，刀具是否存在滲油和漏油等問題，然后再利用工具裝置進行盾構(gòu)刀具氣密性測驗，最后對刀具的啟動扭矩進行合理調(diào)整，大量應用實例表明，如果啟動扭矩過大，則在進行粘性土層掘進過程中，地層無法為刀具的扭轉(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。而如果啟動扭矩過小，則在施工中容易引發(fā)刀具軸承松動，難以保證刀具在運行中的受力狀態(tài)。因此，在使用前需要對刀具的啟動扭矩進行全面系統(tǒng)的檢測，合理調(diào)整扭矩。此外，刀具的氣密性是盾構(gòu)刀具檢測的重中之重，如果氣密性不足，就會引發(fā)滲油和漏油的問題，甚至會損壞軸承。在盾構(gòu)刀具安裝過程中，刀具裝配的密封性可能存在問題，后或者導致一些雜物進入，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)刀滾刀圈采用國內(nèi)較先進的擴孔及模煅技術，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。超高的屈服強度，抗高應力下發(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，承載負荷達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)刀具在掘進過程中，合理選擇掘進方法對盾構(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模式和掘進參數(shù)，在保證挖掘速度的基礎上，提升盾構(gòu)刀具使用壽命。目前在盾構(gòu)掘進過程中，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，其中扭矩控制掘進方式主要應用在土質(zhì)結(jié)構(gòu)比較柔軟的工程施工中，而推力控制掘進模式則主要應用在硬質(zhì)土質(zhì)結(jié)構(gòu)施工中。在具體施工過程中，需要根據(jù)不同的控制方式，選擇與之相適的參數(shù)，并對各項參數(shù)進行全面系統(tǒng)的監(jiān)控，并對各項參數(shù)進行全面記錄，為后期施工提供數(shù)據(jù)支持，并避免盾構(gòu)刀具因為操作不當而發(fā)生損壞。
（三）刀具檢查、更換
在施工前，需要對工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)、全面的勘察，并確定施工的重難點，掌握特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)對盾構(gòu)刀具的影響，挖掘到特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)時，立即停機，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，對刀具掘進運轉(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都必須更換橡膠圈;維修拆卸刀具時，若發(fā)現(xiàn)潤滑油中含有金屬末或油量減少，則金屬環(huán)同時更換;若發(fā)現(xiàn)漏油或進泥，剛需要同時更換密封與軸承;更換軸承時不能單件（內(nèi)圈或外圈）更換。
2.刀體的維修。刀具嚴重偏磨使刀體外表面部位嚴重損壞時刀體應報廢;邊刀刀體的刀圈軸向定位擋肩部位被磨損，高度小于3mm時應報廢;刀體內(nèi)表面變形應報廢;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，如受傷情況嚴重需報廢;內(nèi)表面軸承外圈的配合面，如拉毛時，經(jīng)打磨可使用，若軸承外圈壓入時過松，應報廢;刀圈安裝面如出現(xiàn)凸出點，可對其進行打磨修復。
3.端蓋的維修。端蓋出現(xiàn)明顯缺損或裂紋需報廢;端面出現(xiàn)磨損可繼續(xù)使用端蓋邊緣磨損嚴重須報廢;端蓋變形須報廢。端蓋孔（刀軸安裝位）表面受傷，可修復使用;軸承定位架位置受傷可修復使用;螺紋孔出現(xiàn)變形，可用絲攻修復，如螺紋損壞兩絲以上或兩個以上螺紋孔變形需報廢;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廢。
5.刀具記錄。從盾構(gòu)刀具更換時，要選擇遵循從上到下的更換方式，并對表面渣土進行進行全部處理，對密封腔體也要進行仔細清理，清理完成后再進行逐一記錄。
6.氣密性的檢查。滾刀的氣密性是檢驗密封效果的指標。氣密性不好，會導致滾刀潤滑油泄漏，最終導致刀具軸承損壞。刀具維修（無論刀具采用解體或不解體維修）裝配完成后，對總成內(nèi)部加壓氣體0.3MPa，保持此壓力10min，通過觀察氣壓表指針對數(shù)據(jù)來檢測刀具的密封性能，最后對刀具加（或更換）齒輪油。
三、盾構(gòu)機刀具管理發(fā)展方向
（一）帶壓換刀技術的普及
長期以來，盾構(gòu)機刀具因材質(zhì)特殊、制造工藝復雜，目前世界上只有少數(shù)幾家知名企業(yè)能夠制造。盾構(gòu)機刀具屬于易損件，需經(jīng)常更換，國外進口刀具價格昂貴，且制作周期較長。國內(nèi)盾構(gòu)機刀具發(fā)展較晚，無論是刀具材料還是刀具設計都與國外有一定的差距，因此這也制約了我國盾構(gòu)機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
在盾構(gòu)機刀具的設計與制造過程中，應使刀圈的耐磨性與沖擊韌性更好地結(jié)合，使盾構(gòu)機適應長距離以及復合地層的掘進要求;研究刀具的磨損、壽命檢測方法及探查工作面坍塌和裝置，防止刀具過度磨耗、損壞而磨損刀盤;尋求耐磨、耐熱、耐腐蝕、高硬度材料制作刀頭。另外，重點還要研究盾構(gòu)機刀體與土體相互作用的機理，開發(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，研究刀具數(shù)量、刀具形式、在刀盤上的布設及其優(yōu)化組合方式。特別是隨著高新科技的發(fā)展，我國盾構(gòu)機刀具的研發(fā)設計應向信息化、智能化發(fā)展。
（二）國產(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，為提高刀具的耐磨性能，在刀具合金周圍及刀具在正常使用過程中極易磨損的部位加焊高強度合金耐磨堆焊層。另外，盾構(gòu)刀具在機械加工完成后，出廠時每件都進行耐壓測試，最大限度的保證出廠產(chǎn)品的合金焊接性能。
四、結(jié)束語
盾構(gòu)機刀盤刀具樣機具有寬泛的地質(zhì)適應能力，具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，能很好地協(xié)調(diào)穩(wěn)定開挖面與排碴效率兩者之間的關系;采用國產(chǎn)耐磨材料及熱處理工藝研制的盾構(gòu)刀具，對土體具有良好的切削性能，可適應不同地層的變化，耐磨性及強韌性良好。盾構(gòu)刀盤刀具樣機整體性能優(yōu)良，工作可靠。