王家丁

（中鐵十八局集團軌道交通工程有限公司，湖北武漢 430000）

盾構刀具管理技術分析

王家丁

（中鐵十八局集團軌道交通工程有限公司，湖北武漢 430000）

刀具的養(yǎng)、用、管、修是盾構機使用過程中不可忽視的重要程序，分析盾構刀具管理技術，對于有效利用刀具、降低使用成本、減少施工風險和提高施工效率都有十分重要的意義。以東莞至惠州城際軌道交通項目為例，分析刀具的使用和維修方式，探討刀具使用成本的控制，給出滾刀管理的要點。

盾構刀具；滾刀管理；刀具使用

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.02

1 工程概況

以東莞至惠州城際軌道交通項目GZH-2標段為例介紹盾構刀具管理技術。根據(jù)工程設計選擇刀盤外徑為8.83 m的海瑞克土壓平衡盾構機。線路穿越的地層地質為素填土、粉質黏土、淤泥質粉質黏土、砂層、粉質黏土、全、強、弱風化混合片麻巖。地層地質結構見表1。

2 滾刀管理

復雜的地層決定了盾構機的刀具必須要有足夠的耐磨度、剛度和韌度，用以保證在各地層的適用性，而不需要根據(jù)地層實時調(diào)整刀盤上的刀具，從而節(jié)省大量的人力物力，不影響施工進度。因此本項目選擇硬度與韌性均較高的進口龐萬力刀具作為保徑刀及邊刀，以保證開挖面半徑及開挖效率，同時選擇南齒、株洲等硬度稍低但價格適中的國產(chǎn)刀具作為正面滾刀。通過不同刀具在刀盤上的合理搭配，做到既能保證開挖效率足夠高，也能有效控制刀具成本不至于過高。

為便于管理人員統(tǒng)計、維修人員辨別，同時滿足現(xiàn)場文明施工的要求，滾刀進場后在刀具廠按品牌分別集中存放（圖1、圖2）。滾刀刀圈的剛度值較大，而刀體剛度相對較低，在運輸至盾構機途中要求管理人員對刀具的運輸進行嚴格管控，嚴禁工人野蠻搬運，運送途中滾刀上不能放置重物，采取有效隔離措施防止因顛簸等情況導致滾刀相互碰撞，杜絕不必要的損失。

圖1 刀具成排放置

圖2 中心刀放置

為加強成本管控，做到材料出入有據(jù)可查，施工企業(yè)制定完善的刀具出入庫及維修流程；編制相應的表格，如：刀具出庫記錄表、刀具返廠檢查表、刀具維修記錄表等，做到刀具出入有據(jù)可循。

同時，實時跟蹤記錄各品牌刀具在不同地層的使用情況，以及不同刀具在相同刀座的使用情況得出該刀座上刀具的一般損壞形式進行統(tǒng)計匯總。在以后的施工中選擇性價比最高的刀具，可有效降低采購維修成本，同時也可大大減少因刀具更換對施工進度產(chǎn)生的影響。為便于統(tǒng)計，選擇一個固定的刀座位置進行比較：參考30#刀座，掘進時間假設每環(huán)90 min，刀盤轉速1.7 r/min，然后根據(jù)換刀記錄表中每把滾刀的使用里程反算相應的掘進環(huán)數(shù)，使管理人員對刀圈的使用情況有直接的認識。統(tǒng)計結果見表2。

表1 地層地質結構

表2 各廠家刀圈硬巖地層使用情況統(tǒng)計表

由表2的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得到4點結論。

（1）中天刀圈硬度與韌性處理最佳，無異常損壞情況。

（2）南齒刀圈性能最差，使用環(huán)數(shù)最低，異常損壞率達到48%，后期不予采購。

（3）華銳刀圈正常磨損情況下，使用環(huán)數(shù)最多，但價格較高，可裝于邊刀位置保證開挖面，同時能有效減少開倉次數(shù)，減少對掘進的影響。

（4）株洲刀圈性能穩(wěn)定、價格適中，宜選為主要供貨商。根據(jù)各廠家刀圈的使用結論，同步編制刀具動態(tài)使用表，根據(jù)表中各個刀座刀具的使用環(huán)數(shù)及時通知井下管理人員，開倉后哪些刀具由于使用時間較多是需要重點檢查磨損情況的。根據(jù)積累的數(shù)據(jù)，這兩個位置磨損達到換刀要求（12 mm）一般為25環(huán)左右，因此需提醒井下人員開倉檢查刀具時重點檢查51A及51B這兩個刀座的刀具磨損值，及時更換以免造成開挖半徑不足，出現(xiàn)盾體卡住的情況。

3 滾刀的使用

在掘進過程中根據(jù)地質情況選擇合理的掘進參數(shù)，在換刀完成恢復掘進時，掘進速度不能過大，一般新刀安裝完成之后要有一個磨合過程，根據(jù)現(xiàn)場的施工經(jīng)驗在更換新刀后的0.2 m掘進時，貫入度應≤4 mm/r，待刀具磨合完成后再逐步將掘進速度提高。在較軟地層掘進過程中可采用低轉速、高貫入度以增大刀具的啟動扭矩，避免弦磨；在較硬巖層掘進過程中可采用高轉速、低貫入度避免推力過大將刀具損壞。掘進過程中不能調(diào)向過快、過大，否則很容易破壞邊緣滾刀或卡住盾體。

更換刀具時相鄰刀箱的滾刀刀差不能過大，相鄰刀差一般控制在≤5 mm，差值過大將造成刀具受力不均勻，極易損壞刀具。為了避免大規(guī)模刀具損壞和刀盤嚴重磨損情況的發(fā)生，掘進過程中參數(shù)異常時應盡早安排停機檢查刀具及刀盤。如果地層情況沒有變化，在大推力和大扭矩的情況下掘進幾十厘米的距離都有可能造成嚴重的損失。硬巖地層堅持每環(huán)開倉檢查掌子面及刀具情況，及時清除艙內(nèi)可能掉落的刀圈、刮刀、齒刀及裝刀配件等雜物，防止與刀盤或者刀盤上的刀具劇烈碰撞造成刀盤及刀具受損，而這種情況下刀具的受損往往是不可維修的報廢，而且數(shù)量可能會比較多，代價極大。

4 刀具維修

舊刀返廠后，應檢查其磨損情況。

（1）刀圈正常磨損情況。刀具正常使用過程中，刀圈均勻受力碾壓掌子面，磨損后表現(xiàn)為規(guī)則的圓形。①測試該刀的扭矩是否正常，是否漏油，不排除導致異常損壞的因素已經(jīng)發(fā)生，但刀具卻被拆下來未繼續(xù)使用的情況。②測試扭矩合格無法保證刀具磨損正常，需要打開油塞，用潔凈的細鐵絲插入孔底，拔出后將鐵絲在白紙上涂抹，對比油脂顏色，如油脂顏色變黑則表明軸承高溫運行，軸承可能已經(jīng)失效需要更換；如顏色與新油相同或者相近則只需測試氣密性合格即可。③確定刀具為正常磨損后，刨開擋圈更換刀圈即可，該種形式的刀具維修簡便、經(jīng)濟，同時也最常見。

（2）刀圈異常磨損情況。通常有擋圈脫落、刀圈斷裂、刀圈偏磨、刀轂損壞、整刀報廢等表現(xiàn)形式。根據(jù)不同情況更換相應的刀具配件進行維修即可。刀具廠的配件分門別類的進行擺放，既能方便的選取維修所需的配件，又可滿足現(xiàn)場文明施工要求。

5 成本控制

（1）刀具采購階段。根據(jù)盾構機類型、地質情況、廠家供應情況等綜合考慮進行刀具供應商的選取。同時考慮到工程款支付金額及時間的特點，還需要所選的廠家有一定的墊資能力。

（2）刀具使用階段。根據(jù)地層地質情況，合理控制各項盾構參數(shù)，避免人為造成刀具損壞，影響施工進度。掘進過程中如參數(shù)發(fā)生異常變化，及時進倉檢查掌子面及刀具情況，更換損壞刀具后盡快恢復掘進。

（3）刀具維修階段。對拆下返回的刀具進行細致全面的檢查、維修，維修完成后測試檢查刀具的氣密性、啟動扭矩、裝刀高度等方面，保證刀具的可用性，做到發(fā)出去就能裝刀使用的程度，避免因維修不合格造成配件損壞，因端蓋過高無法裝入刀箱等情況的出現(xiàn)。

（4）配件進貨階段。根據(jù)積累的使用數(shù)據(jù)，選擇最優(yōu)的供貨商。咨詢供貨商刀具配件的供應周期及時備貨，根據(jù)地層情況考慮各種配件的合理庫存?zhèn)湄洈?shù)量，以免出現(xiàn)沒有配件維修刀具的情況。同時盡量避免較大批量的進貨，一是刀具廠的空間有限，減少場地占用；二是減少庫存數(shù)量，做到有配件用即可，減少對資金的占用量。

6 結論

刀具管理極為重要，既要統(tǒng)籌各個階段的管理，還需及時做好刀具出入庫、維修、日常使用等各種記錄。因此，需要在摸索中總結刀具的各種管理經(jīng)驗，通過對刀具的管理，既可有效減少刀具成本，又可減小刀具對掘進的影響，從而保證施工進度計劃的實施。

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〔編輯 利 文〕