盾构机刀具的配置、维修和管理方法浅议 摘要：盾构机是现代隧道施工中非常重要的一种机械设备，本文针对盾构机使用过程中刀具的配置、维修以及管理等方面展开了一些探讨，并基于实际经验提出了自身的一些看法，仅供借鉴关键词：盾构机；刀具配置；维修管理隧道工程盾构施工所面临的地质条件往往复杂而恶劣，相应地层的变化性较强给其施工带来严重的质量安全隐患为有效推进工程盾构施工就需对其盾构机的刀具运用予以合理运用与管理，通过准确的刀具配置选择与维护工作，确保刀具的使用成效与寿命期限施工单位须依照具体的作业地质环境条件，设置不同种类的盾构刀具与运用方法，并搭配相应的维修与管理措施，以保证整个盾构施工作业的效率与质量1盾构机刀具的配置分析盾构机刀具的布局与数量的分配，在其刀盘不同区域中有不同的配置思路1.1中心区的刀具配置中心区处于盾构机刀盘的中心区域，该区域的特征是空间范围较小并且滚刀的相应转弯半径也更小，进而造成滚刀在滑动时所受的轴向力相比其他区域更大因此中心区的刀具配置常采用以下思路：滚刀进行成组式设置安装，安装组别通常以两个为一组或三个为一组；滚刀的密封方式一般采用单密封环；中心区的轴承通常使用角度更大并且预紧力更强的型号，以适应更为强劲的轴向力；刀具刀圈的韧性也需比其他区域的滚刀更好。
中心区的刀具搭配通常以相同数量的双刃滚刀与单刃滚刀做布局对于黏土地层，为了提高刀盘中心区域的开口率，防止中心结泥饼，中心刀可暂时换用羊角刀1.2正面区的刀具配置正面区位于刀盘中心区与边缘区之间的位置，在盾构机运行时正面区的刀具会正对着掌子面，同时存在一定的转弯半径正面区所配置的刀具即为正滚刀，在刀具作业进程中，正滚刀的纯滚动形式会令其刀具的使命寿命相比其他区域的刀具更长通常在盾构作业中会在盾构机刀盘的正面区设置若干把单刃滚刀，同时在其开口位置再安设若干把双层刮刀做盾构施工1.3边缘区的刀具配置边缘区处于盾构机刀盘的外部边缘位置，该区域中的刀具所负责的盾构破岩工作量更为巨大，同时边缘区刀具所受力的种类与强度也比其他区域更大，并且在作业进程中还要确保破岩挖掘的直径宽度，还需将刀具刀圈的磨损程度控制在较小限度内因此在实际盾构施工时边缘区的刀具配置往往对刀具的数量需求会更多，而各个刀具之间的间隔距离会缩短边缘区刀具在配置时一般会设置若干把刮刀，并依照刀盘圆周方向做对称式布局，同时在其外部边沿位置再加设滚刀本工程所用的盾构机道具配置情况为：Φ9.6m盾构开挖轮廓直径为9.96m，刀盘开口率为24%，在前舱隔板底部设置碎石机，大于800m的块石，经碎石机破碎后，在排浆管进口设置格栅栅栏，粒径小于100mm的石块通过栅栏由管道排出。
这种设计使特大尺寸的石块留在刀盘的前面，通过碎石机再次破碎盾构配置了齿刀110把，边刮刀56把、54把滚刀（48把17寸单刃滚刀+4把17寸双刃滚刀+2把19寸单刃滚刀）、超挖刀2把滚刀主要用来破碎岩石，刮刀用于将滚刀轨迹线之间的已初步破碎但未脱落的岩块（土体）切割并刮入泥水仓，超挖刀主要在曲线或其他特殊地段用来保证开挖直径1#～8#新装滚刀刀刃宽19mm，9#～56#新装滚刀刀刃宽24mm，2把19寸新装滚刀刀刃宽19mm，1#～46#滚刀磨损极限值在25mm，47#～50#滚刀磨损极限值在20mm，51#～54#滚刀磨损极限值在15mm，55#～57#滚刀磨损极限值在10mm内进行更换2盾构机刀具的失效问题与维修工作研究2.1盾构机刀具的常见失效问题盾构机刀具的失效主要包含刮刀失效与滚刀失效两大类问题2.1.1刮刀失效（1）刮刀刀刃损坏盾构机在掘进进程中由于滚刀自身的磨损程度过大，导致部分硬岩未经滚刀破碎处理，而由刮刀进行直接的作业接触，进而产生刮刀刀刃的破损问题其次也可能由于盾构机在地层中的施工速度过快导致刀具突然撞上硬岩，刮刀与硬岩相互碰撞致使其刀刃崩坏此外也会因为刮刀在处理硬岩时因入刀过深而引发刀刃损坏问题。
2）刮刀掉齿这一问题往往是由于刮刀刀齿本身的制作、焊接工作不精，致使其刀齿松动，或是在刮刀作业时突遇硬岩两者碰撞导致刮刀刀齿崩裂脱落2.1.2滚刀失效（1）刀圈断裂滚刀在砂卵石等不均匀地层施工时，滚刀受到单轴抗压强度高的大粒径卵石的撞击，容易发生刀圈断裂或刀体变形；掘进过程中，由于地层突然变硬或刀盘某些部件脱落或其他钢件卡在刀刃与地层之间，会导致刀圈局部过载而使刀圈应力集中发生断裂2）滚刀刀圈偏磨因刀圈磨损造成滚刀失效的首要原因就是其刀圈在盾构施工进程中所受到的磨损并不均匀，刀圈各部位的磨损程度因此出现差异，造成刀圈出现单边或多边偏磨，进而令滚刀难以连续滚动或是失效其次也会因为刀圈在施工进程中因滚刀刀刃口处出现意外的崩裂、掉落等问题，而导致滚刀难以继续工作另外，刀具启动扭矩过大也容易造成滚刀时转时不转，使刀圈发生偏磨3）滚刀刀具漏油绝大多数漏油刀具的轴承无法润滑而失效，轴承外圈大多已点蚀成麻面或发蓝同时刀具的浮动密封已失效引起漏油的原因主要有以下几个方面：由于岩石条件急剧变化或换刀不合理（相邻刀刃高差过大），造成个别刀具过载，使刀具轴承的承载面点蚀剥落，剥落的金属碎片及颗粒使密封失效由于刀盘冷却系统不良使轴承及润滑油温度过高，浮动密封面烧伤使密封失效。
刀具在装配或修理过程中刀具内混有杂物引起浮动密封面划伤失效当然，刀圈崩刃、刀具安装螺栓松脱、断裂、挡圈断裂或脱落都会引起滚刀失效2.2盾构机刀具的具体维修措施对盾构机刀具的维修措施除了基本的刀具问题检查与损坏部件更换之外，最为重要的就是对刀具的装配作业在其工作进程中需要对刀具的刀圈与轴承部位进行严格的加温管控，以此确保紧固件的加固效果刀圈在装配过程中其轴承内套隔圈的宽度尺寸是非常关键的，宽了无法调整轴承的预紧力和滚刀启动扭矩达不到合适的要求，轴承容易窜动；窄了容易使轴承的预紧力过大，刀具使用中轴承容易抱死，使刀圈偏磨装配时要特别检查浮动密封的结合面，不能有任何的划伤缺陷存在，进行压力试验后才能装配，因为浮动密封在使用过程中是金属面对金属面滑动摩擦，全靠刀具内部灌注的润滑油形成油膜进行润滑，一旦密封面有划伤存在，润滑油会很快泄漏，造成轴承和浮动密封干摩擦，刀具会很快失效报废同时所挑选的装配刀圈需要与工程的实际施工地质环境相匹配，满足其掘进作业的要求盾构机刀具的具体装配进程中还需依照不同的作业状况与对象，进行静态扭矩的调节更改，以防止静态扭矩对装配滚刀的使用功能与寿命产生不利影响目前国内流行的17寸滚刀（外径432mm），滚刀承载能力为25吨/把，在软土地层启动扭矩一般为24-26N.m，在全断面硬岩启动扭矩为28-31N.m。
1）若所设置的静态扭矩过大，岩层对滚刀所带来的转矩就难以与滚刀自身的静转矩向匹配，相应刀具刀圈也难以滚动并导致其出现磨损2）若所使用的静态扭矩过小，刀具轴承的受力就会出现不平均的问题，进而令受力过于集中的轴承滚子发生脱落隐患因此维修人员对其静态扭矩的调节、设置，应依照具体滚刀静转矩、刀具密封规格、轴承阻力矩等相关数据信息进行确定，以保证盾构机刀具的装置质量[2]3盾构机刀具的管理方法探究3.1盾构施工中的刀具管理工程盾构机施工作业时对刀具的管理使其管控工作的关键环节，具体管理工作如下：（1）将盾构机的油缸推力管控在合理范围内油缸推力是影响盾构机刀具作业安全与质量的重要因素，如果所设定得推力过大，就容易造成刀具刀圈受力过大，进而引发刀圈的崩裂问题而若推力设置的过小，相应作用在刀具刀圈上的力就会变小，进而难以让刀具进行连续滚动，并引发刀具刀圈的磨损不均匀问题所以需要工作人员对其油缸推力予以监管控制，以确保其在掘进施工中为刀具刀具提供足够的摩擦力使其高速、稳定转动2）合理管控刀盘的转动速度盾构机刀盘的转动速度同样会对其设备的作业施工安全起到关键影响目前，我们使用的刀圈材料以热作磨具钢为主，表面硬度在HRC54-58之间，可以承受较大的冲击载荷，并具有较好的耐磨性，适应于中硬岩条件破岩作业。
如果施工进程中刀盘的转动速度过大，那么就会造成刀盘在与岩石接触作业时，其刀具所承受的冲击力增大，一旦超出刀具的硬度标准就会造成刀具的损坏、崩断问题因此需要工程人员在管理时严格管控其盾构机的刀盘转动速度3.2盾构机刀具磨损情况的统计与处理盾构机的刀具在掘进进程中难免因为各类时间或地质原因而出现磨损，管理人员对其磨损情况的收集统计工作就是在刀具更换、装配完成后，对其在工程地层中掘进作业一段距离后所产生的磨损状况予以整理、记录，并在多次记录的基础上统计出此类刀具在地层中作业的实际磨损状况与规律，滚刀更换标准为：中心刀的最大磨损量为20mm，正滚刀的最大磨损量为15mm，边缘滚刀的最大磨损量为8mm（换下来的边缘滚刀可用在正面滚刀位置），相邻刀具磨损量高差不大于15mm由此总结出相应的刀具更换标准与管理经验，为后续的盾构机刀具掘进施工提供分析数据与指导规范，以此确定把控准确的换刀时间与部位，并相应提升对掘进施工中刀具的管理成效4结束语综上所述，刀具的配置、维修与管理工作是确保盾构机有效施工运行，以及盾构作业工程整体施工效率的关键内容，需要工程人员对其盾构机刀具的数量选择、刀具配置布局、刀具常见失效情况、相应的刀具维修装配手段以及刀具的管理等方面予以高度重视，并落实解决对策，以此保证盾构机所用刀具的运用成效与使用期限，降低刀具的更换频率与问题发生概率，在合理管控盾构机刀具使用的基础上，推动工程盾构施工的高效、安全进行。
参考文献：[1]严天翔.盾构机刀具的配置、维修和管理浅议[J].大科技，2017（1）.[2]郑晓飞，王栓，郝保安，等.浅谈全断面硬岩盾构掘进刀具的选择与更换[J].中国房地产业，2016（18）.[3]詹涛.南昌地铁盾构刀盘选用及刀具配置分析[J].施工技术，2017（s1）：801-804. -全文完-。