重庆过江隧道盾构刀具磨损与更换_图文

1、用户篇 56 2006(01 CONSTRUCTIONMECHANIZATION盾构刀具布置和刀具类型的选择是其设计中 最重要的内容之一。刀具的布置方法及刀具的形 状是否适合工程的地质条件,直接影响盾构的切 削效果和掘进速度。重庆过江隧道穿越地层主要为砂岩、泥岩、 粉砂岩。刀盘设计为面板式钢结构,刀盘的开口 率为 28%,刀盘上布置了适应于硬岩的滚刀和适 应于硬岩破碎后刮碴和导碴的刮刀和切刀。每把 滚刀可承受 250kN 的推力,设计的最大破岩能力 为 120M P a ,完全适应坚硬砂岩(单轴抗压强度 最大为 69.4MPa 。 面板式刀盘上配置单刃滚刀 9把 (边滚刀 4把, 正滚刀 5把

2、 、 双刃滚刀 9把 (均 为正滚刀 、三刃滚刀(中心刀4把、切刀 76把 (牙型交错连续排列方式 、刮刀 8把。所有刀具 都是背装式的,能从刀盘的背面进行更换。盾构掘进过程中,切刀和刮刀通常都是正常 磨损,故本文不予讨论,下面着重讨论滚刀的磨 损。1滚刀失效分析1.1滚刀磨损的规律刀具因磨耗引起刀刃缺损或脱落时必须进行 更换, 刀具的磨损量受施工法、 土质、 滑动距离、 刀具形状、刀具材质、推进速度、刀盘转速等因 素影响,刀具的磨损量通常用下式预测=K D N L /V式中 K 磨损系数,m m /k m ; D 刀具距盾构中心的距离,m ; N 刀盘转速,r p m ; L 推进距离,km

3、 ; V 推进速度,m /m i n 。盾构在向前推进时,刀盘旋转时刀具正对地 层的部分与地层之间将产生很大的摩檫力,磨料 磨损是刀具正对地层部分的主要磨损形式。刀盘通过旋转完成对地层的切削,刀盘旋转 时中心区域和边缘位置的线速度有很大的差异。 刀盘旋转 1圈, 距刀盘中心点 3m 位置的刀具是距 中心点 lm 位置的刀具所通过路程的 3倍。 从理论 上讲, 在相同的工况下,距中心 lm 位置上的刀具 的寿命应是 3m 位置上的 3倍。在砂岩、 泥岩等地 层掘进时,靠近刀盘外侧的刀具刃部要承受较大 的冲击力, 冲击磨损是导致刀刃磨损的主要原因, 因此盾构的边刀总是磨损得最快。为了解决刀盘中心区

4、域与外侧刀具使用寿命 差异大的问题,在刀盘设计中应增加外侧的刀具 数量,重庆盾构的边刀只有 4把,数量偏少,因 此边刀的更换频率远大于中心区域刀具。 1.2滚刀失效的主要形式1正常磨损刀具的破岩效率与滚刀的刃 口宽度有关,随着刀圈磨损量的增加,刃口的宽 度增加,当达到一定范围时会影响掘进速度,甚 至不能再掘进。滚刀的正常磨损是指刀圈刃口宽重庆过江隧道盾构刀具磨损与更换陈馈(中铁隧道集团有限公司, 河南洛阳471009盾 构 工 程 用户篇度超过规定值的均匀磨损,是刀具失效的主要形 式。重庆过江隧道施工中,由于刀具检查更换及 时,更换下来的刀具均属正常磨损(图 1 。 整个刀圈没有断裂,称为“刀

5、圈剥落”也称“刀 圈碎裂” 。刀圈剥落是由于刀圈表面产生疲劳裂 纹,逐步扩展导致微观断裂,因磨损而剥落。如 果剥落块较小,一般不影响刀具的正常运转。 6 挡圈断裂或脱落挡圈 (见图4 用于避 免刀圈沿轴线方向的平行位移。如果挡圈断裂或 脱落会引起刀圈位移。图 1滚刀的正常磨损图 2刀圈断裂图 4刀圈的挡圈1-密封;2-刀体;3-刀圈;4-挡圈;5- 轴承2刀具的更换2.1刀具的检查刀具是盾构掘进系统的主要部件,必须根据地质条件对刀具的运转状况进行检查。在刀具严重磨损或损坏的情况下进行推进,会导致刀盘严重损坏。在试掘进阶段,应通过各种短时间间隔的试验来确定检查的最佳时间间隔;在地质条件发生变化时

6、,应检查刀盘及刀具。盾构掘进中,当推进油缸的推力逐渐增大、 推进速度变慢、 推进时间延长时, 必须检查刀具。 本工程岩层的自稳性强,检查和更换刀具时不必带压作业,可采取相应的措施进行常压换刀。认真准确详细地进行刀具的检查是了解刀具运转状况和进行刀具更换的基础。1刀具外观检查检查刀盘上所有刀具螺栓是否有脱落现象、刀圈是否完好和位移、 有无断裂及平刀圈 (弦磨 现象、 刀体是否漏油、挡圈是否断裂或脱落。2 刀具螺栓的检查用手锤敲击螺栓垫, 听其声音来辨别螺栓的紧固程度,或一边敲击一边4刀具漏油主要原因是地质条件发生急剧变化或换刀不合理造成刀具过载,或是因刀具轴承及浮动密封的寿命已达极限。5 刀圈剥

7、落刀圈表面掉落整块的碎片, 而2 刀圈断裂掘进过程中, 由于地层突然变硬或刀盘某些部件脱落或其它铁 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, 同时刀圈与刀体配合过盈量未达到要求也会造成刀圈断裂(图2 。3 平刀圈平刀圈也称弦磨, 是由于土体太软, 滚刀不能转动或因刀具的轴承损坏而引起的。因滚刀不能在隧道开挖面上滚动,使刀圈呈现单侧磨损。如果没及时发现,不但会加速这把刀的磨损,并且会造成相邻滚刀过载失效,从而迅速向外扩展,直到整个刀盘上的刀具全部失效。弦磨有 3种情况,详见图 3。a弦磨 b多重弦磨 c严重弦磨图 3弦磨的 3种状况盾 构 工 程建筑机械化 2006

8、(01 57用户篇 58 2006(01 CONSTRUCTIONMECHANIZATION用手感觉其振动情况来辨别螺栓的紧固程度。3刀具磨损量的测量正确地进行刀具磨 损量的测量是更换刀具的基础。在掘进较硬的砂 岩时,一般每掘进 30环测 1次;在掘进较软的泥 岩时,一般每掘进 50环测 1次。 重庆过江隧道总 长 925m ,其中始发隧道 70m,盾构隧道 855m , 共掘进 570环, 刀具的检查及更换计 10次, 最大 检查间隔为 84环,最小间隔为 26环。 2.2刀具更换的基本原则1 中心刀、 双刃正滚刀、 单刃正滚刀的最大 磨损极限为 20m m ,单刃边刀的最大磨损极限为 10

9、m m 。更换刀具的标准为:边滚刀磨损量为 8mm(换下的边滚刀可用在正滚刀位置 ,正滚刀 和中心刀为 15m m 。2 当刀具出现下列任一损坏情况时, 必须更 换:刀圈断裂、 平刀圈、 刀体漏油、 刀圈剥落、 挡 圈断裂或脱落、刀轴或刀体损伤。3相邻刀具的磨损量之差不大于 15m m 。 4 更换刀具后, 将固定刀轴的螺栓紧固至规 定扭矩,待掘进一环后再开仓复紧。 2.3刀具的更换滚刀在刀盘上的安装如图 5所示,刀具更换 时应注意下列事项。1停机前须将伸缩式刀盘回缩 150m m ;关闭送泥管路闸阀,使用排泥泵降低液位,当液位 降低至 2m 时, 打开排气阀排气;打开放水阀使放 水量与刀盘前

10、方的涌水量相平衡,保持液位基本 稳定。当涌水较大(超过 100m 3/h时,使用排 泥泵进行抽水。2 打开泥水平衡仓的两个球阀, 释放仓内压 力,打开仓门;在压力仓内,通过控制面板将刀 盘转到合适位置停机。3将平台和支撑固定到隔板和沉浸墙上后 再检查确认刀具的磨损量。4 用风动扳手将刀具的固定螺栓松开, 螺栓 拆下后放在工具盒内以免丢失。5使用加长杆拆卸滚刀支撑、楔子、螺母, 松开固定螺母,向前推动楔子,直到转动 90°并 可以向后拉动为止。6安装刀具前清理刀盘上刀具内嵌件内的 导向面和支撑面。7 将新刀具吊进刀盘后面后, 应在滚刀支撑 面上涂抹一层薄油膜,然后将滚刀放入卡槽内。8 检查滚刀的固定杆、 夹紧块和楔子有无损 坏,即使有轻微损坏也必须更换;清洁螺栓、螺 母及垫圈,用风动扳手初步紧固螺栓,然后用扭 力扳手将螺栓拧紧至规定的扭矩。9所有刀具更换完成后,关闭压力仓仓门, 关闭排气阀,进行 0.51h 的泥水循环,然后进 行试掘进作业,掘进 1环后开仓检查刀具螺栓的 紧固情况,并复紧螺栓。3结束语在硬岩掘进时,要及时检查和更换刀具,避 免滚刀刀圈严重磨损或刀圈断裂,特别是边刀要 勤检查,磨损过量时会导致刀盘磨损,轻则造成 掘出来的隧道直径