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盾构机掘进中刀具损坏检查与维修技术分析

摘要:在城市化建设的不断推进,高铁和地铁的建设量逐渐增加,为盾构机的应用提供了良好的环境。本文共分为三个部分:前两个部分对盾构机刀具的选择和其在施工中的作用进行分析;第三部分对盾构机刀具的检查手段、更换手段、维修手段进行探究,旨在为同行业相关人士提供参考建议。
  隧道在建设的过程中盾构机占有非常重要的作用,其不仅使用广泛,而且安全性较高。但在实际开展盾构机掘进的过程中,由于地形和岩层比较复杂,选择适合的刀具开展作业非常重要。只有这样,才可以降低刀具的损耗,为工程向下推进奠定良好的基础。
1  盾构机刀具的工作原理及选择方式
 (1)刀具的工作原理。盾构机刀具的工作原理主要有两种:
  一是滚压式破岩;
  二是切削式破岩。滚压式破岩就是在盾构机底层以圆形滚刀的方式来碾压岩石,常用于岩石较多、硬土区域或砂粒丰富的地区开展作业,使用的刀具以滚刀为主。切削式破岩就是利用切刀将岩层外层的岩石打碎,适用于土层、砂层或较软质地的岩石等等,使用的刀具以切刀为主。
 (2)选择刀具的方式。盾构机能否顺利完成施工,取决于盾构机刀具的敏锐度,因此选择刀具是非常重要的环节。
在实际开展掘进工作时,操作人员需要以施工位置的实际情况、地质环境和岩石的硬度为基础,对刀具和破岩方式进行选择。
2  盾构机掘进速度和刀具损坏对施工整体的影响
  由于地形条件不同,在开展掘进工作时容易造成不同程度的刀具损坏,因此必须要替换刀具,保障刀具的锋锐度,使其能够在规定时间内完成掘进工程。在更换盾构机的刀具时需要弄清楚以下两个问题:
  一是盾构机在进行掘进施工时,操作人员需要根据岩层的实际情况选择更换合适的刀具,将盾构机最大的效能发挥出来。
  二是操作人员需要采用科学的方式判断刀具的磨损程度,计算刀具的磨损系数,当达到磨损最大值时需要立即对其进行更换。
3  刀具的检查手段、更换方式及具体的维修技术
3.1  检查刀盘刀具
  一是检查刀盘。操作人员需要对刀盘的磨损程度进行记录,确认主轴承的油脂状态是否正常;还需要对刀盘的操作面板和轴承支柱的完好度进行检查,一旦出现形变或开裂情况必须对其进行更换。
  二是检查刀具。操作人员需要对刀具与刀盘的连接状态进行检查,确认其是否牢固;固定零件及刀具的螺丝是否出现丢失或损坏情况;刀具周围的挡圈是否出现移位现象,确认刀圈的完好度。
  三是计算刀圈的磨损数值。刀圈在没有任何损坏迹象的前提下,采用正确的方式测量刀圈的磨损程度是更换刀具的主要参考依据,需要利用特别的模板对其进行测量。
3.2  刀具更换的具体原则
  在适当的时候更换刀具不仅可以降低刀具损坏的非正常概率,还可以弱化意外损坏更换时间对工程开展的影响,有利于盾构机强化自身的工作效率,而更换刀具需要严格按照三个原则:
  一是合理原则。
  一方面,刀具参数需要与地质条件合理;另一方面,更换刀具计划需要合理的约束。刀具基本参数是否适用于地质条件,能够决定盾构机的掘进进程。在掘进较为坚硬的岩石层时,需要采用滚刀刀具;在掘进较为松软的土质层时,需要采用切刀刀具和齿刀刀具,以保障刀具对地质层的适应能力,强化施工的可靠性。同时根据地质环境制定更换刀具的磨损数值和计划。通常情况下,刀具更换的最大值分别为:双刃中心滚刀—25mm;边滚刀—20mm;正滚刀—25mm,但实际需要更换的数值都比理论值小5mm。
  二是批量原则。为了确保盾构机设备的工作效率,控制更换刀具的次数,需要按照计划进行批量更换,力争做到正滚刀批量生产、中心刀批量生产、边滚刀批量生产。
  三是快速原则。更换刀具的场所需要尽可能的保持密闭,由于许多不可控因素的影响,需要快速进行刀具更换,这样才能够最大程度的保障操作人员的人身安全,维护机械设备的正常运行。
3.3  更换刀具时确认刀盘的有效位置
  在更换盾构机的刀具时先要确定参照物的位置,按照参照物的位置确定更换刀具刀盘最适宜的旋转角度,禁止在刀盘开口与土仓口重叠的时候进行换刀操作,否则将会增加仓口操作人员受伤的概率。以海瑞克盾构机的刀具更换为例,在更换前,可以先利用仿真模型和传感装置对旋转角度进行测量,以便提升刀具更换位置的精准度。
3.4  更换刀具的具体程序
  当应用盾构机对质地较硬的岩石进行掘进时,地壳自身的稳定能力较强,这时开展无压力的换刀作业最为适宜。
 (1)更换刀具的具体规划。操作人员在工作时需要与土木工程人员保持良好的沟通关系,对地质条件有更深层次的了解,并且对施工计划的重点和难点进行特别关注。在设计刀具及配件的相关方案时,相关人员需要对特殊部位磨损刀具的程度进行估算,制定科学的换刀方案,同时保持与其他工作人员的有效沟通,共同商讨出最佳的开仓位置。另外,还要根据设计方案准备充分的材料,做好相关人员的培训工作。
 (2)物资设备的供应。想要以最快的速度完成换刀工作,就必须要准备足够的原材料和辅助设备,如风动吊机、风动扳手或倒链等等。在进行换刀工作前,操作人员需要对盾构机的系统性能进行检查和调试,确认各个设备都处于正常的运行状态,营造良好的换刀环境。
 (3)操作人员的内部培训。施工单位需要筛选技术成熟、动作敏捷的操作人员进行换刀工作,为更换刀具的速度提供保障,同时开展内部培训,强化操作人员的综合素养。培训内容涉及的层面较多,如更换刀具的具体操作、换刀工具的维修养护、不同刀具更换的操作规范等等,培养操作人员对突发情况和问题的判断能力,提升刀具更换的安全性和准确性。
 (4)设立紧急处理小组。由于更换刀具的危险系数较高,施工单位必须要制定紧急处理预案,设立紧急处理小组,降低意外发生的概率,同时加深施工安全在操作人员头脑中的地位。
 (5)开仓的审批流程。施工单位需要制定科学的开仓方案,并与其他岗位工作人员开会对方案的可行性进行讨论,通常审批的流程为:机电部门总工和土木部门总工进行联合确认后上报项目经理,项目经理确认方案无误后,再上报到工程监理和业主手中,待双方同时确认后即可打开仓门。这样做不仅明确了各级岗位的责任制,而且提供施工单位的管理能力。
 (6)更换刀具的具体步骤。
  一是清理刀盘。待仓门开启后,操作人员需要先利用设备向内输送 7 分钟左右的高压风,这样既可以降低刀盘的温度,还可以增加内部环境的氧气值;然后再用水冲洗刀盘,尤其是更换刀片的位置;最后再利用螺旋输送设备将碴放置到主轴承下部位置,为刀具的检查提供便利。
  二是拆除刀具。操作人员需要应用大功率风动扳手拆卸刀盘上的螺丝钉,并将刀具运送回碴仓,需要注意的是操作过程需要以安全操作规范为基准,控制割枪内氧气的流量和乙炔的流量,降低过度损坏的情况发生。
  三是组装刀具。操作人员在重组刀具时,需要保证各个零件的干燥度和整洁度,对于拆除时的损伤应及时进行打磨和修复。
3.5  维修刀具的具体技术
 (1)按照正确的步骤安装刀圈。刀圈虽然是钢制品,但其硬度和形变能力较好,且原材料中涵盖许多元素。因此在安装的过程中,需要根据刀体的大小匹配适当内径的刀圈。通常情况下,安装刀圈都是以热装为主,即将刀圈放置在烤箱中进行加热。当温度达到一定值时刀圈的延展性最好,此时将其放置在刀体的正确位置,冷却后即可成功安装刀圈。
 (2)检查轴承及调整预紧度。盾构机设备的轴承是非常重要的部分,它可以根据施工条件而改变设备的手里方向,一般常用的轴承以直径受力的圆锥轴承为主。轴承的故障一般都是外部环境的腐蚀和刀具的密封状态,也可以适当调节刀具轴承的松紧度,使其能够满足工程的实际需求。
 (3)安装的密封性和气密性检查。操作人员在安装刀具时,需要在密封的条件下进行安装,同时密封表面的光洁度也是需要关注的部分,平面度也要符合盾构机设备的实际需求,并且在开始安装前,刀具及刀盘的整洁程度和研磨工作也是非常重要的。当结束维修刀具的工作后,需要在刀体中注入一定量的压缩气体,若在固定时间内气压可以维持在正常值,就说明刀体的气密性优良。
4  结语
  综上所述,想要保障盾构机的工作性能和安全性,就必 须要建立科学的管理制度,实现“专人专岗”,以培训和考核为导向定期对技术人员进行考核,使其掌握专业的操作技能。另外,盾构机刀具的维修养护技术也是培训中非常重要的内容,既可以保障操作人员的安全,还可以加快施工效率。
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