淺談盾構(gòu)機(jī)刀盤不同區(qū)域的修復(fù)

李書鵬，李 偉

（洛陽(yáng)九久科技股份有限公司，河南洛陽(yáng) 471000）

0 引言

隨著我國(guó)軌道交通建設(shè)的大力發(fā)展，盾構(gòu)法施工作為隧道建設(shè)的重要手段，以其安全、環(huán)保、高效的特點(diǎn)發(fā)揮著不可替代的作用。但地下施工的不確定因素較多，給盾構(gòu)施工帶來諸多困難，由此導(dǎo)致刀盤磨損的情況時(shí)有發(fā)生。對(duì)此，在采取必要措施避免刀盤磨損的同時(shí)，也必須要加強(qiáng)對(duì)刀盤修復(fù)工作的研究。盾構(gòu)機(jī)刀盤修復(fù)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工作，根據(jù)刀盤結(jié)構(gòu)和磨損程度的不同，其工作量和側(cè)重點(diǎn)亦有較大區(qū)別，刀盤的修復(fù)內(nèi)容主要涉及刀盤體的修復(fù)、攪拌棒的修復(fù)、刀具的焊接以及刀盤外周圈板的修復(fù)等。。

1 刀盤體的修復(fù)

刀盤體的損壞形式主要以磨損為主，在修復(fù)時(shí)應(yīng)根據(jù)損壞的位置和程度有針對(duì)性的制定措施，其重點(diǎn)在于一定要保證刀盤的強(qiáng)度和剛性，不能影響刀盤整體的受力結(jié)構(gòu)。以修復(fù)某地鐵項(xiàng)目刀盤圓弧過渡區(qū)域的磨損（圖1）為例進(jìn)行說明。

圖1 刀盤體圓弧過渡位置磨穿

1.1 刀盤體筋板的修復(fù)

（1）用紙板或薄鐵皮在筋板的磨損位置拓樣，畫出筋板磨損斷面的形狀，根據(jù)圖紙裁剪出各位置的磨損樣板，然后按樣板加工所需鋼板。為保證焊接質(zhì)量，按樣板加工的鋼板的對(duì)接口兩側(cè)加工45°角焊接坡口，鋼板材料采用和原刀盤相同的材料（按原刀盤圖給定材料或取樣化驗(yàn)）。

（2）將按樣板形狀加工的鋼板在對(duì)應(yīng)位置分別點(diǎn)焊定位，用角磨機(jī)把焊縫位置的鐵銹和渣土等打磨清理干凈，要打磨出金屬光澤。

（3）焊接前用氧乙炔焰進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度200～250 ℃。焊接時(shí)采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方式，盡量減小焊接變形，保證焊接質(zhì)量和強(qiáng)度。

磨損及修復(fù)后的刀盤體筋板見圖2。

圖2 磨損及修復(fù)后的刀盤體筋板

1.2 刀盤面板的修補(bǔ)

（1）待刀盤圓弧過渡位置的筋板修復(fù)完成后，依次測(cè)量各磨穿位置刀盤面板的尺寸并用氧乙炔焰下料，然后在對(duì)應(yīng)位置分別點(diǎn)焊定位，用角磨機(jī)把焊縫位置的鐵銹和渣土打磨清理干凈，要打磨出金屬光澤（圖3）。

圖3 按面板磨損尺寸氣割下料

（2）焊接前用氧乙炔焰進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度200～250 ℃。焊接時(shí)采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方式，盡可能減小焊接變形。

需要注意的是，如果個(gè)別位置焊縫坡口較大則一定要采用“斷續(xù)間隔”的焊接方式，不能一次把焊肉填滿，否則極有可能產(chǎn)生焊接變形。

（3）刀盤面板補(bǔ)焊完成后，將補(bǔ)焊位置打磨清理干凈（圖4），然后敷焊耐磨網(wǎng)格（圖5），耐磨層著重覆蓋焊縫位置，以保證刀盤面板修補(bǔ)位置的耐磨性能。

圖4 補(bǔ)焊后的刀盤面板

圖5 刀盤面板敷焊耐磨網(wǎng)格

耐磨層的敷焊厚度最好控制在5 mm 以內(nèi)，太厚的耐磨層受到巖渣的磕碰或沖擊易發(fā)生脫落掉塊的情況，太薄則耐磨儲(chǔ)量少，起不到保護(hù)刀盤面板的作用。

1.3 刀盤背面二次焊接

刀盤正面修復(fù)焊接完成后，將刀盤翻面，對(duì)刀盤補(bǔ)焊位置的背面焊縫進(jìn)行焊接（圖6）。焊接前先用角磨機(jī)把焊縫位置打磨出金屬光澤，然后用氧乙炔焰進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度200～250 ℃。焊接時(shí)采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方式，盡可能減小焊接變形。

圖6 焊接刀盤磨損位置背面的焊縫

2 刀盤攪拌棒的修復(fù)

刀盤攪拌棒的損壞形式主要有斷裂和磨損兩種，不同的損壞形式，其修復(fù)方法差別較大。

2.1 修復(fù)斷裂的攪拌棒

攪拌棒的斷裂位置一般發(fā)生在與刀盤接合的根部，修復(fù)時(shí)為保證焊接強(qiáng)度，一定要以“換新”為指導(dǎo)思想，以“嵌入式焊接”為修復(fù)原則，不能簡(jiǎn)單的在斷口截面上施焊。下面以修復(fù)某地鐵項(xiàng)目斷裂的攪拌棒為例進(jìn)行說明（圖7）。

圖7 斷裂的攪拌棒

（1）使用碳弧氣刨將攪拌棒殘存部分從根部刨割下來（圖8），刨割時(shí)一定要沿著攪拌棒一側(cè)的焊肉位置實(shí)施，盡量減小對(duì)刀盤的損傷，并且必須要刨割出一定的深度，使新加工的攪拌棒能嵌入刀盤內(nèi)部，從結(jié)構(gòu)上保證其根部的焊接強(qiáng)度。新加工的攪拌棒的材料一定要采用和刀盤體相同的材料。

圖8 從根部刨割斷裂的攪拌棒

（2）用角磨機(jī)將焊縫位置打磨清理干凈，要打磨出金屬光澤，然后將新加工的攪拌棒嵌入刀盤體內(nèi)，并按圖紙尺寸點(diǎn)焊定位。

（3）焊接前用氧乙炔焰進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度200～250 ℃。焊接時(shí)采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方式，盡可能減小焊接變形（圖9）。

圖9 焊接新的攪拌棒

需要注意的是，該位置焊縫尺寸一般較大，不準(zhǔn)在焊縫處塞填鋼筋，避免對(duì)焊接強(qiáng)度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

2.2 修復(fù)磨損的攪拌棒

攪拌棒的磨損區(qū)域主要集中在外周方向，特別是與刀盤焊接的根部位置。在修復(fù)時(shí)要以“保證耐磨性”為指導(dǎo)思想，以“補(bǔ)焊”為修復(fù)原則。下面以修復(fù)某地鐵項(xiàng)目磨損的攪拌棒（圖10）為例進(jìn)行說明。

圖10 攪拌棒外周區(qū)域磨損

（1）將攪拌棒磨損區(qū)域打磨清理干凈，要打磨出金屬光澤，然后測(cè)量攪拌棒的磨損量，采用窄焊道、薄焊層、多層多道的方法進(jìn)行堆焊（圖11）。每堆焊一層后，都要進(jìn)行測(cè)量，避免堆焊尺寸過大產(chǎn)生干涉。

圖11 攪拌棒磨損區(qū)域堆焊

（2）為保證攪拌棒整體的耐磨性能，堆焊完成后，將堆焊層表面的焊渣清理干凈，在焊肉表面敷焊耐磨網(wǎng)格（圖12）。

圖12 敷焊耐磨網(wǎng)格

耐磨層的敷焊厚度最好控制在5 mm以內(nèi)，太厚的耐磨層受到巖渣的磕碰或沖擊易發(fā)生脫落掉塊的情況，太薄則耐磨儲(chǔ)量少，起不到耐磨保護(hù)的作用。

3 焊接型刀具的焊接

焊接型刀具指的是焊接在刀盤面板不同位置、起到切削或保護(hù)作用的刀具。其材料一般有Q345B 和42CrMo 兩種。其中Q345B 材料刀具的焊接注意事項(xiàng)與上述介紹的刀盤體和攪拌棒的一致，在此僅針對(duì)42CrMo 材料刀具更換焊接時(shí)的注意事項(xiàng)進(jìn)行探討。

42CrMo 是一種高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼，這種材料的可焊性較差，焊接時(shí)熱裂紋敏感性較大，稍不注意就會(huì)產(chǎn)生裂紋，且裂紋多集中于焊肉和刀具銜接的位置（圖13）。

（1）用碳弧氣刨將刀盤上損壞的焊接型撕裂刀刨割下來，刨割時(shí)盡量減小對(duì)刀盤面的損傷，否則會(huì)影響新刀的定位。

（2）將刨割位置的刀盤面打磨清理干凈，然后按設(shè)計(jì)尺寸將撕裂刀在刀盤面板上點(diǎn)焊定位。如果刨割時(shí)對(duì)刀盤面損傷較深，則需用焊肉填補(bǔ)后再打磨平整。

（3）焊接前用氧乙炔焰對(duì)焊縫位置進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度嚴(yán)格控制在200～250 ℃。

（4）焊接時(shí)采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方法，且每層焊道焊接后，必須將焊縫周邊的焊渣和飛濺物打磨清理干凈。

（5）焊接完成后用保溫棉包覆，保溫緩冷（圖14）。

圖14 保溫緩冷

4 刀盤外周圈板的修復(fù)

刀盤外周圈板的損壞形式主要以磨損為主，如果磨損量較小，修復(fù)時(shí)僅敷焊耐磨層即可；如果磨損量較大，則需要貼焊耐磨板。下面以修復(fù)某地鐵項(xiàng)目刀盤圈板的磨損為例進(jìn)行說明（圖15）。

圖15 刀盤圈板外周磨損嚴(yán)重

（1）將刀盤圈板外周打磨清理干凈，要打磨出金屬光澤，然后測(cè)量圈板的磨損量。

（2）根據(jù)圈板磨損后的外圓直徑，選擇適當(dāng)厚度的耐磨板（HARDOX500），并輥壓成和圈板外圓相吻合的圓弧，同時(shí)要保證耐磨板外圓尺寸和刀盤新圈板外圓尺寸基本一致。

（3）根據(jù)圈板外周的結(jié)構(gòu)形式裁割耐磨板，并在對(duì)應(yīng)位置分別點(diǎn)焊定位。為加強(qiáng)耐磨板的焊接強(qiáng)度，可提前在耐磨板上氣割圓孔，焊接時(shí)采用塞焊方式用焊肉填滿。

（4）焊接前用氧乙炔焰對(duì)焊縫位置進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200～250 ℃。焊接時(shí)宜采用窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接方式（圖16）。

圖16 焊接后的耐磨板

5 結(jié)語(yǔ)

隨著盾構(gòu)機(jī)在隧道建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用，刀盤的損壞形式會(huì)越來越多樣，毫無(wú)規(guī)律可循，因此刀盤的修復(fù)內(nèi)容包含但不限于本文所介紹的幾項(xiàng)，但其重點(diǎn)和難點(diǎn)都在于如何根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況制定合理的修復(fù)方案和規(guī)范有效的焊接工藝，這樣才能在保證焊接質(zhì)量的前提下，恢復(fù)刀盤的各項(xiàng)功能。后續(xù)將繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)刀盤修復(fù)工作的研究，總結(jié)刀盤的不同損壞形式的修復(fù)經(jīng)驗(yàn)，希望能為其他工程的刀盤修復(fù)提供借鑒和參考。