浅谈盾构刀具使用及维修管理

发布时间：2024-07-24

李小玲

（中铁十八局集团第一工程有限公司）

摘　要：盾构刀具管理是要把盾构机刀具的养、用、管、修提高到管理的高度上，有统筹、有计划、有反馈、有分析和总结，建立一个良性的、闭式循环的管理系统。加强盾构机刀具管理对有效地利用刀具以及对刀盘进行有效的保护、对降低刀具的使用成本有重要意义。 

关键词：盾构刀具；使用；维修

一、刀具管理内容 

盾构刀具在具体使用过程中可分为两个闭式循环管理系统，其一是大循环闭式管理系统，使用步骤为：选择盾构刀具、分析实际使用环节、对比分析道具的可用性、反馈对比信息、制定使用方案;其二是小循环闭式巡航管理系统，使用步骤为：使用环境测试、根据测试结果选择盾构刀具、检查更新、修理维护、试验。在具体运行过程，大循环闭式管理系统是小循环闭式管理系统运行的基础和核心。只有控制好大循环闭式管理系统的运行效率，才能确保盾构刀具持续稳定运行。 

二、刀具管理流程 

（一）测试及检查 

盾构刀具根据具体现状不同，可分为两大类：一类齿刀，另一类是盘型滚刀。在具体应用过程中，齿刀主要应用在土质结构强度在20MPa以下的土层开挖施工中，而盘型滚刀则主要应用在强度和比较高的土层开挖。盾构齿刀具测试时，要注重对齿刀刀体结构测试中，刀头和盾构刀体的连接方式有三种，包括：焊接连接、螺栓连接、镶嵌连接，其中螺栓连接的应用最为广泛，便于拆卸和更换。 

盘型滚刀在测试时，要先进行目测，查看刀圈中是否存在裂纹，刀具是否存在渗油和漏油等问题，然后再利用工具装置进行盾构刀具气密性测验，最后对刀具的启动扭矩进行合理调整，大量应用实例表明，如果启动扭矩过大，则在进行粘性土层掘进过程中，地层无法为刀具的扭转提供足够的扭矩力容易增加刀具弦的磨损速率，降低使用寿命。而如果启动扭矩过小，则在施工中容易引发刀具轴承松动，难以保证刀具在运行中的受力状态。因此，在使用前需要对刀具的启动扭矩进行全面系统的检测，合理调整扭矩。此外，刀具的气密性是盾构刀具检测的重中之重，如果气密性不足，就会引发渗油和漏油的问题，甚至会损坏轴承。在盾构刀具安装过程中，刀具装配的密封性可能存在问题，后或者导致一些杂物进入，从而引起降低盾构刀具的气密性，因此，在具体施工中必须确保密封性。盾构刀滚刀圈采用国内较先进的扩孔及模煅技术，具有良好的抗退火性和材料的热稳定性，能保证盾构刀滚刀圈在热装和滚压过程中不降低硬度。选用优质的合金材料，使盾构滚刀刀圈具有较高的硬度和耐磨性，从而有效地提高刀具的使用寿命。超高的屈服强度，抗高应力下发生压溃变形良好的抗冲击的韧性，杜绝内部裂纹和刀圈断裂。轴承均选用世界顶尖品牌，承载负荷达8–30吨，精良的密封圈件系统能最大限度地减少轴承、受污损失效的可能性，盾构刀具零部件由优化选材，具有高强度和高耐用性，可快速拆卸和再装配，零件可更换性。 

（二）刀具使用 

盾构刀具在掘进过程中，合理选择掘进方法对盾构刀具使用情况有非常重要的影响，在施工前要根据工程特性，选择与之相适的掘进模式和掘进参数，在保证挖掘速度的基础上，提升盾构刀具使用寿命。目前在盾构掘进过程中，常用的模式有两种，一种是扭矩控制方式，另一种是推力控制方式，其中扭矩控制掘进方式主要应用在土质结构比较柔软的工程施工中，而推力控制掘进模式则主要应用在硬质土质结构施工中。在具体施工过程中，需要根据不同的控制方式，选择与之相适的参数，并对各项参数进行全面系统的监控，并对各项参数进行全面记录，为后期施工提供数据支持，并避免盾构刀具因为操作不当而发生损坏。 

（三）刀具检查、更换 

在施工前，需要对工程地质结构进行系统、全面的勘察，并确定施工的重难点，掌握特殊地质结构对盾构刀具的影响，挖掘到特殊地质结构时，立即停机，更换刀具。 

（四）刀具修理

1.轴承与密封的更换。轴承与密封是刀具上的两种重要装置，对刀具掘进运转的可靠性和刀具的消耗具有特别重要的影响。采用以下方法维修： 

所有解体维修组装刀具时都必须更换橡胶圈;维修拆卸刀具时，若发现润滑油中含有金属末或油量减少，则金属环同时更换;若发现漏油或进泥，刚需要同时更换密封与轴承;更换轴承时不能单件（内圈或外圈）更换。 

2.刀体的维修。刀具严重偏磨使刀体外表面部位严重损坏时刀体应报废;边刀刀体的刀圈轴向定位挡肩部位被磨损，高度小于3mm时应报废;刀体内表面变形应报废;内表面的端面密封圈安装位置表面受伤，一般情况可打磨修复，如受伤情况严重需报废;内表面轴承外圈的配合面，如拉毛时，经打磨可使用，若轴承外圈压入时过松，应报废;刀圈安装面如出现凸出点，可对其进行打磨修复。 

3.端盖的维修。端盖出现明显缺损或裂纹需报废;端面出现磨损可继续使用端盖边缘磨损严重须报废;端盖变形须报废。端盖孔（刀轴安装位）表面受伤，可修复使用;轴承定位架位置受伤可修复使用;螺纹孔出现变形，可用丝攻修复，如螺纹损坏两丝以上或两个以上螺纹孔变形需报废;中心刀端盖安装“O”形圈位置在不影响密封性能的情况下可使用。 

4.刀轴的维修。刀轴出现变形或裂纹需报废;刀轴与轴承、端盖接触面受伤，打磨后可使用;刀轴两端螺纹孔有断螺栓不能取出需报废。 

5.刀具记录。从盾构刀具更换时，要选择遵循从上到下的更换方式，并对表面渣土进行进行全部处理，对密封腔体也要进行仔细清理，清理完成后再进行逐一记录。 

6.气密性的检查。滚刀的气密性是检验密封效果的指标。气密性不好，会导致滚刀润滑油泄漏，最终导致刀具轴承损坏。刀具维修（无论刀具采用解体或不解体维修）装配完成后，对总成内部加压气体0.3MPa，保持此压力10min，通过观察气压表指针对数据来检测刀具的密封性能，最后对刀具加（或更换）齿轮油。 

三、盾构机刀具管理发展方向 

（一）带压换刀技术的普及 

长期以来，盾构机刀具因材质特殊、制造工艺复杂，目前世界上只有少数几家知名企业能够制造。盾构机刀具属于易损件，需经常更换，国外进口刀具价格昂贵，且制作周期较长。国内盾构机刀具发展较晚，无论是刀具材料还是刀具设计都与国外有一定的差距，因此这也制约了我国盾构机产业的发展。 

在盾构机刀具的设计与制造过程中，应使刀圈的耐磨性与冲击韧性更好地结合，使盾构机适应长距离以及复合地层的掘进要求;研究刀具的磨损、寿命检测方法及探查工作面坍塌和装置，防止刀具过度磨耗、损坏而磨损刀盘;寻求耐磨、耐热、耐腐蚀、高硬度材料制作刀头。另外，重点还要研究盾构机刀体与土体相互作用的机理，开发适用于不同土质和地下水状况、掘削速度的刀具与刀盘，研究刀具数量、刀具形式、在刀盘上的布设及其优化组合方式。特别是随着高新科技的发展，我国盾构机刀具的研发设计应向信息化、智能化发展。 

（二）国产化 

在生产工艺上，我们采用整体锻压，整体热处理的优化加工工艺，使产品具有更高的可靠性和良好的切割性能。同时，为提高刀具的耐磨性能，在刀具合金周围及刀具在正常使用过程中极易磨损的部位加焊高强度合金耐磨堆焊层。另外，盾构刀具在机械加工完成后，出厂时每件都进行耐压测试，最大限度的保证出厂产品的合金焊接性能。 

四、结束语 

盾构机刀盘刀具样机具有宽泛的地质适应能力，具有足够的强度、刚度和稳定性，能很好地协调稳定开挖面与排碴效率两者之间的关系;采用国产耐磨材料及热处理工艺研制的盾构刀具，对土体具有良好的切削性能，可适应不同地层的变化，耐磨性及强韧性良好。盾构刀盘刀具样机整体性能优良，工作可靠。 

參考文献 

地铁盾构机施工中的刀盘及刀具改造技术[J].王凯.施工技术，2016（S1）. 

盾构机刀盘的应急修复[J].邹积波，朱华锋.工程机械与维修，2003（6）. 

盾构机的刀盘和刀具[J].何小娥.建设机械技术与管理，2010（5）. 

南京地铁盾构机刀具配备维修与管理[J].房海军.设备管理与维修，2015（3）.

（来源：装备维修技术）

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