暨智勇

2011年8月11日盾構(gòu)關(guān)鍵部件介紹刀盤現(xiàn)在是1頁\一共有54頁\編輯于星期四提綱一、刀盤結(jié)構(gòu)介紹二、刀盤制作過程介紹三、不同廠家刀盤展示現(xiàn)在是2頁\一共有54頁\編輯于星期四

盾構(gòu)機(jī)是在地面以下暗挖隧洞的一種機(jī)械設(shè)備，主要是通過刀盤對掌子面巖土進(jìn)行開挖。其中刀盤的主要功能是：

1、開挖掌子面巖土；

2、穩(wěn)定掌子面；

3、攪拌土體。現(xiàn)在是3頁\一共有54頁\編輯于星期四盾構(gòu)機(jī)在施工過程中會遇到各種不同地層，如淤泥、粘土、砂層、軟巖、硬巖等式。作為盾構(gòu)關(guān)鍵部件之一的刀盤工作環(huán)境惡劣，受力復(fù)雜。刀盤結(jié)構(gòu)形式與工程地質(zhì)情況密切相關(guān)，不同地層應(yīng)采用不同的刀盤結(jié)構(gòu)形式。一、刀盤結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是4頁\一共有54頁\編輯于星期四1、刀盤結(jié)構(gòu)組成刀盤主要由刀盤體、刀具、磨損檢測器、攪拌棒、泡沫管路等零部件組成。刀盤體由鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，刀具有滾刀(齒刀)、切刀、邊緣刮刀、超挖刀、保徑刀等。現(xiàn)在是5頁\一共有54頁\編輯于星期四（1）縱斷面形狀刀盤縱斷面形狀大致有以下幾種：垂直平面形；突芯平面形；穹頂形；傾斜形；收縮形。2、刀盤結(jié)構(gòu)形式現(xiàn)在是6頁\一共有54頁\編輯于星期四（2）刀盤正面形狀刀盤的正面形狀主要有面板形、輻條形以及介于兩者之間的輻板形。優(yōu)點(diǎn)：面板直接支隨掘削面，有擋土功能，有利于掘削面穩(wěn)定；缺點(diǎn)：掘削粘土層時，晚發(fā)生粘土粘附面板表面，妨礙刀盤旋轉(zhuǎn)，影響掘削質(zhì)量，防止措施是外加添加材料等。面板式（開口率相對較小）現(xiàn)在是7頁\一共有54頁\編輯于星期四輻條式優(yōu)點(diǎn)：刀盤掘削扭矩小，排土容易，土艙壓力能

有效作用于掘削面

缺點(diǎn)：對于地下水壓大，易坍塌土質(zhì)，易噴水噴泥輻條式（開口率大）現(xiàn)在是8頁\一共有54頁\編輯于星期四

具體應(yīng)用哪種形式刀盤應(yīng)根據(jù)施工條件及地質(zhì)情況等因素決定，一般而言，土壓平衡盾構(gòu)根據(jù)地質(zhì)條件可選用輻條式、面板式和輻板式，泥水平衡盾構(gòu)一般采用面板式或輻板式。輻板式（開口率居中）現(xiàn)在是9頁\一共有54頁\編輯于星期四3、刀盤與切口環(huán)的位置關(guān)系刀盤與切口環(huán)的位置關(guān)系有三種形式，刀盤位于切口環(huán)內(nèi)，主要適用于軟弱地層；刀盤外沿凸出切口環(huán)，適用于土質(zhì)范圍較寬；刀盤與切口環(huán)對齊，適用范圍居中。刀盤與前盾間隙為30mm，刀盤厚度與土艙長度有關(guān)。現(xiàn)在是10頁\一共有54頁\編輯于星期四4、刀盤支承方式刀盤支承方式可分為中心支承式、中間支承式、周邊支承式三種。支承方式與盾構(gòu)直徑、土質(zhì)對象、螺旋輸送機(jī)、土體粘附狀況等因素有關(guān)。現(xiàn)在是11頁\一共有54頁\編輯于星期四刀盤不同支承方式的性能對比表現(xiàn)在是12頁\一共有54頁\編輯于星期四5、刀具

刀盤上配置有不同類型刀具，使盾構(gòu)機(jī)能適應(yīng)軟土到硬巖各種地層的掘進(jìn)。滾壓類刀具：單刃滾刀、雙刃滾刀、三刃滾刀等。切削類刀具：切刀、刮刀、齒刀、保徑刀、超挖刀、中心魚尾刀、貝殼刀等。現(xiàn)在是13頁\一共有54頁\編輯于星期四滾刀

在硬巖掘進(jìn)時，采用滾刀破巖，滾刀破巖的特點(diǎn)是依靠刀具滾動產(chǎn)生沖擊壓碎和剪切碾碎的作用達(dá)到破碎巖石的目的。根據(jù)形狀不同，可分為盤形滾刀，球齒滾刀，楔齒滾刀等。盤形滾刀是刀圈為盤形的滾刀，根據(jù)刀刃多少又分為單刃滾刀、雙刃滾刀和三刃滾刀。目前普遍使用的是單刃滾刀，盤形滾刀主要由刀圈、刀體、刀軸、軸承、密封等組成。現(xiàn)在是14頁\一共有54頁\編輯于星期四現(xiàn)在是15頁\一共有54頁\編輯于星期四刀圈斷面形狀有楔刃形和平刃形，刀刃角一般有60°、75°、90°、120°或平刃等，掘進(jìn)硬巖時一般用較大刀刃角，掘進(jìn)較軟巖石時用較小刀刃角。對于特別軟的巖層，刀刃角小容易嵌入巖層，增大刀刃角甚至做成平刃可以改善掘進(jìn)效果。因平刃盤形滾刀與巖石表面接觸面積磨損前后變化小，近年來平刃刀具使用逐漸增多。現(xiàn)在是16頁\一共有54頁\編輯于星期四滾刀破巖機(jī)理當(dāng)滾刀受載，刀刃切入圍巖時，巖石表面首先產(chǎn)生局部變形并出現(xiàn)微觀裂紋，此過程為巖石的初期破碎，當(dāng)載荷繼續(xù)增加，滾刀切入巖石深度也相應(yīng)的加深，在滾刀刃端的巖石粉碎破碎，并且又重新被碾壓，圍觀裂紋在刀刃兩側(cè)較快發(fā)展，一些裂紋開始延伸到巖石表面，最后形成幾道主要裂紋并迅速發(fā)展，便形成體積較大的巖石碎塊，繼而崩落。現(xiàn)在是17頁\一共有54頁\編輯于星期四滾刀的安裝形式現(xiàn)在是18頁\一共有54頁\編輯于星期四現(xiàn)在是19頁\一共有54頁\編輯于星期四切刀是軟土刀具，布置在刀盤開口槽的兩側(cè)，其切削原理是盾構(gòu)向前推進(jìn)的同時，切刀隨刀盤旋轉(zhuǎn)對開挖面土體產(chǎn)生軸向(沿隧道前進(jìn)方向)剪切力和徑向(刀盤旋轉(zhuǎn)切線方向)切削力，在刀盤的轉(zhuǎn)動下，通過刀刃和刀頭部分插入到地層內(nèi)部，象犁子犁地一樣切削地層。切削機(jī)理示意圖如下。切刀現(xiàn)在是20頁\一共有54頁\編輯于星期四切刀安裝形式現(xiàn)在是21頁\一共有54頁\編輯于星期四邊緣刮刀邊緣刮刀位于刀盤弧形周邊，在軟土地層中用于刮削土體，在巖石地層中用于刮渣，起裝載作用。現(xiàn)在是22頁\一共有54頁\編輯于星期四齒刀適用于土層及軟巖地層。安裝方式與滾刀相同。現(xiàn)在是23頁\一共有54頁\編輯于星期四超挖刀（仿形刀）超挖刀（仿形刀）是為曲線推進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、糾偏而設(shè)計的，安裝在刀盤的邊緣上，通過一個液壓油缸來控制刀的伸出量。現(xiàn)在是24頁\一共有54頁\編輯于星期四魚尾中心刀軟土地層掘進(jìn)時，中心部位不能布置切刀，布置魚尾刀可改善中心部位土體的切削和攪拌效果。現(xiàn)在是25頁\一共有54頁\編輯于星期四6、刀具布置主要原則：盡可能保證刀盤和刀具的受力均勻，使作用在大軸承上的徑向載荷盡量減小到最低。切刀全斷面雙向布置在主梁的兩側(cè)，使整個掌子面都在切刀的切削范圍內(nèi)，保證刀盤不論正反轉(zhuǎn)都能全斷面切削土體。使每把盤形滾刀破巖時所受的負(fù)荷盡量相等，即每把刀的破巖量相等，保證刀刃兩側(cè)的側(cè)向反力能相互平衡；前面的刀具能為后面的刀具提供破巖臨空面，形成前后滾刀順次破巖。現(xiàn)在是26頁\一共有54頁\編輯于星期四刀具布置方式：同心圓布置和阿基米德螺旋線布置方式。刀間距現(xiàn)在是27頁\一共有54頁\編輯于星期四中心滾刀：8把，刀間距：90mm，刀高：175mm正面滾刀：22把，刀間距：95mm，刀高：175mm。邊緣滾刀：8把切刀：64把，刀間距：150mm，刀寬：160mm，刀高：140mm邊緣刮刀：32把（左右各16把）保徑刀：8把刀盤開挖直徑：6280mm邊緣刮刀開挖直徑：6270mm保徑刀開挖直徑：6260mm刀盤外徑：6250mm

典型刀盤的刀具布置：現(xiàn)在是28頁\一共有54頁\編輯于星期四7、泡沫注入口向刀盤掌子面及土艙內(nèi)注入泡沫或膨潤土等材料，改善渣土流塑性及抗?jié)B性。泡沫注入口數(shù)量與刀盤直徑、支承方式及刀盤形狀等有關(guān)。現(xiàn)在是29頁\一共有54頁\編輯于星期四8、回轉(zhuǎn)接頭回轉(zhuǎn)接頭分為泡沫接頭、液壓接頭、電氣接頭三部分，回轉(zhuǎn)接頭固定于刀盤小法蘭上。現(xiàn)在是30頁\一共有54頁\編輯于星期四9、支腿焊接支腿：采Q345C鋼板拼焊而成。鑄造支腿：整體鑄造成形現(xiàn)在是31頁\一共有54頁\編輯于星期四二、刀盤制作過程下料-刀盤體鉚焊－機(jī)加－刀座鉚焊－刀具安裝－組裝調(diào)試刀盤焊接內(nèi)容包含：刀盤主體結(jié)構(gòu)、刀箱、刀座、管路焊接、耐磨板等；主體結(jié)構(gòu)焊接主要分輻條與面板結(jié)構(gòu)焊接、支腿等焊接。現(xiàn)在是32頁\一共有54頁\編輯于星期四1、焊接結(jié)構(gòu)順序及輔助工裝使用焊接結(jié)構(gòu)要求：刀箱、支腿、輻條與大圓環(huán)及面板等焊接同步進(jìn)行；然后將各零部件組焊。

刀盤支腿、支腿與面板以及支腿與法蘭之間的焊縫為I級焊縫，所有刀箱焊縫以及刀箱與面板連接的焊縫為II級焊縫；其余未注焊縫為Ⅲ級；

所有I級、Ⅱ級焊縫應(yīng)進(jìn)行100%UT檢測，按JB4730合格進(jìn)行驗收;所有Ⅲ級焊縫應(yīng)進(jìn)行20%UT檢測，整體焊縫應(yīng)作100%MT檢測，都按JB4730-Ⅲ級為合格進(jìn)行驗收。現(xiàn)在是33頁\一共有54頁\編輯于星期四焊縫需求等級為Ⅱ級焊縫；焊接尺寸需預(yù)留3mm焊接收縮量。

刀箱焊接需要輔助支撐加固；焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～150℃；平焊位置；焊接工藝℃；參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=180～320A，U=20～32V,L=15～20L/MIN；層間溫度100～2502、刀箱焊接現(xiàn)在是34頁\一共有54頁\編輯于星期四焊縫需求等級為Ⅱ級焊縫；焊接尺寸需預(yù)留3mm焊接收縮量。

刀箱焊接需要輔助支撐加固；向上立焊位置；焊接工藝參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=160～220A，U=20～25V,L=15～20L/MIN；層間溫度100～250℃；平焊位置；焊接工藝參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=180～320A，U=19～32V,L=15～20L/MIN；層間溫度100～250℃；3、中心十字刀箱焊接現(xiàn)在是35頁\一共有54頁\編輯于星期四焊縫需求等級為Ⅰ級焊縫；支腿焊接需要輔助支撐加固；焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150～200℃焊接工藝參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=240～330A，U=24～33V,L=15～20L/MIN；控制層間溫度100～250℃；4、支腿焊接現(xiàn)在是36頁\一共有54頁\編輯于星期四導(dǎo)軌焊接：焊接要求保證尺寸，保證內(nèi)腔尺寸，平面度及垂直度，定位尺寸通過加工臺階保證，通過控制焊接工藝參數(shù)以及輔助工裝來控制焊接變形。5、超挖刀組件焊接現(xiàn)在是37頁\一共有54頁\編輯于星期四焊縫需求等級為Ⅰ級焊縫；焊接時注意控制變形，需加輔助支撐加固。焊接前預(yù)熱溫度為150～200℃，焊接工藝參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=240～330A，U=24～33V,L=15～20L/MIN；焊接時嚴(yán)格控制層間溫度150～250℃6、支腿與法蘭焊接現(xiàn)在是38頁\一共有54頁\編輯于星期四焊縫需求等級為Ⅱ級焊縫；其余筋板焊接要求焊縫等級為Ⅲ級。

此部分為刀盤前開挖部分，焊接順序如下：

1）鉚焊前需確定刀盤圓心，放樣劃線；劃出面板分布位置，大圓環(huán)定位線，十字刀箱定位線，劃線時注意要標(biāo)明圓心點(diǎn)位置；2）將面板十字刀箱按劃線擺放正確，將中心圓環(huán)校正墊高150mm，然后將刀箱與中心圓環(huán)焊牢加固，用支撐將面板固定（要保證翻身時所需強(qiáng)度足夠），焊接過程注意控制焊接參數(shù)以減少焊接變形。

在大圓環(huán)及面板劃與之相焊的刀箱、筋板位置線，由于每個刀箱的角度都不一樣，要注意正確定好刀箱位置。

7、面板、輻條與大圓環(huán)等焊接現(xiàn)在是39頁\一共有54頁\編輯于星期四現(xiàn)在是40頁\一共有54頁\編輯于星期四翻轉(zhuǎn)刀盤，將板過渡板與大圓環(huán)點(diǎn)焊；在大圓環(huán)上氣割出組裝單刃滾刀刀箱和邊緣刮刀位置的缺口，并修磨需焊接位置；焊接工藝參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=240～330A，U=2433V,L=15～20L/MIN；焊接時嚴(yán)格控制層間溫度150～250℃。現(xiàn)在是41頁\一共有54頁\編輯于星期四翻轉(zhuǎn)刀盤：刀箱與大圓環(huán)組裝、點(diǎn)焊；點(diǎn)焊后均勻加焊；此類焊縫為Ⅱ級焊縫；然后將其余前主體部分板按圖位置點(diǎn)焊，焊接；焊接時要求保持對稱焊接，以減小焊接過程中引起的變形；在以變形的地方要求加輔助支撐。

現(xiàn)在是42頁\一共有54頁\編輯于星期四刀盤大法蘭組件與刀盤主體鉚裝點(diǎn)焊，要控制好大法蘭與大圓環(huán)的同心度；此處焊縫要求等級為Ⅰ級，焊接前預(yù)熱溫度為150～200℃，焊接工藝參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=240～330A，U=24~33V,L=15～20L/MIN；焊接時嚴(yán)格控制層間溫度150～250℃；然后將其余的刀盤主體結(jié)構(gòu)板點(diǎn)焊、加焊。8、支腿法蘭與刀盤體組焊現(xiàn)在是43頁\一共有54頁\編輯于星期四刀盤主體結(jié)構(gòu)焊接完成后需要經(jīng)過去應(yīng)力處理：鑄造支腿需要經(jīng)過時效處理；焊接支腿結(jié)構(gòu)形式刀盤需要經(jīng)過退火處理。在機(jī)加工之前需要進(jìn)行噴砂、噴漆處理。刀盤轉(zhuǎn)加工現(xiàn)在是44頁\一共有54頁\編輯于星期四焊接前需調(diào)整刀盤水平；刀座焊接需要刀具工裝，刀具工裝與刀盤體組裝后，要求工裝位置調(diào)至水平、工裝軸心與刀盤軸心一致。9、刀座焊接現(xiàn)在是45頁\一共有54頁\編輯于星期四滾刀、齒刀裝配：滾刀、齒刀裝配時需要調(diào)整刀箱的水平、位置尺寸，高度尺寸175mm，要按刀座裝刀工裝來確定。

滾刀由滾刀