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摘要：盾构机作为隧道掘进的专用机械设备，掘进作业中需要结合不同地质条件选择刀具。遭遇硬岩地段，容易发生刀具损坏问题，还要结合损坏情况采取科学维修措施，确保盾构施工顺利开展。因此，本文分析了盾构刀具的选择，论述了刀具磨损对盾构施工的影响，分析了刀具的失效形式，提出刀具管理和维修的措施。
关键词：盾构机掘进；刀具损坏；维修措施
1.盾构机刀具选择
在盾构机掘进过程中，刀具作为重要部件，要根据地质、地形等条件进行选择，保证刀具质量和性能符合施工要求。根据盾构机工作原理可知，刀具对岩石进行破除时分为切削和滚压两种方式，滚压破岩方式，是利用滚刀在岩石上旋转施加剪切力和冲击力，促使岩石被压碎和碾碎，适用于硬土、砂砾丰富和岩石多的地段。切削方式是利用刮刀等切削刀具沿着运动轨迹对岩石进行切削，适用于砂层、土层和软质地岩石地段。结合岩石硬度、地层条件等因素，对硬岩土层开挖时通常选用滚刀，开挖砂质地层通常选用切刀，配合采用边缘刮刀能减少刀具的磨耗。合理选择刀具，才能保证盾构机发挥最大效能。而在盾构机掘进过程中，刀具或多或少将发生磨损，遭遇不同地形条件会造成刀具发生不同程度的损坏，必要时应更换刀具，保证刀具锋锐度，继而使掘进施工在规定时间内完成。
2.盾构掘进速度和刀具损耗对盾构施工的影响
利用盾构机进行掘进作业过程中，对于复杂的地形作业时刀片极易受到不同程度的损坏，因此需要对刀具进行更换，从而使其保持正常的掘进速度。在对盾构机刀具进行更换时，需要明确以下几点问题：
其一，在盾构机挖掘作业施工过程中，在对刀具进行更换之前，需要对岩层的具体情况进行有效勘察，确保盾构机的整体性能能够满足后续岩层的施工要求。
其二，需要对刀具磨损程度进行判断，计算其磨损数值，只有达到更换磨损数值时才能更换刀具。
3.盾构机掘进中刀具损坏形式
3.1刀圈偏磨
这是刀具非正常损坏的主要形式，是指在掘进过程中刀圈表面被磨成一条或几条弦。刀圈偏磨主要是因为轴承损坏或浮动密封损坏，导致岩屑或铁屑进入刀体，使得轴承不能正常转动，进而刀圈也不能正常转动，引起刀圈的偏磨。
3.2刀圈断裂
一般是由于在掘进过程中出现大块岩石掉落，砸到刀圈；或者由于刀盘其他零件（如铲齿等）脱落而卡在刀刃与岩壁或两个刀刃之间；或者由于隧道掌子面围岩变化较大都会导致刀圈因为局部过载而使得刀圈所受应力集中，产生断裂。在施工过程中应注意观察前往围岩情况，合理调节掘进参数，以减少出现大块岩渣掉落的情况。
3.3刀圈卷刃
指在隧道围岩比较坚硬，岩石抗压强度比较大时，为了顺利掘进，推进力增大，导致刀具受力过大，引起刀圈卷刃；或者因为刀圈材质软，韧性不够大而造成刀圈卷刃。针对此种损坏形式，一方面需要增强刀圈的韧性，硬度等特性使其适应更加坚硬的岩石；另一方面在掘进过程中遇到坚硬岩石时，应合理调节掘进参数，降低贯入度和刀盘转速并且降低刀盘推进力，这样就可以最大限度地降低刀圈卷刃的发生。
3.4刀圈崩刃
刀圈崩刃一般发生在岩石较硬的情况下，这是因为此时刀圈与岩石的接触力较大，刀圈表面因为受力过大而出现崩刃现象。另外当刀圈材质较硬、较脆时其表面也容易出现崩刃现象。针对此种情况，一方面合理选用刀圈硬度、韧性等特性，另一方面合理调节掘进参数，在每一环掘进的初始阶段，应使刀圈与岩石接触时的推进速度不至过快，推进力不至过大，以最大程度地降低刀圈崩刃情况的发生。
3.5浮动密封损坏
浮动密封失效的形式主要有三种：
（1）由轴承等零件损坏后产生的金属粉末进入润滑油，进而进入密封环之间，造成浮动密封环之间过渡磨损而失效；
（2）橡胶圈硬化而失去弹性，达不到密封面所要求的压力；
（3）装配刀具时，由于防尘不到位，使得密封之间进入金属颗粒。
针对以上情况，在装配刀具时要注意防尘，防止金属颗粒进入刀具内部，另外要对刀具进行定期检查，每次拆装刀具时尽量保证更换新的浮动密封，以保证刀具的可靠性。
4.盾构机掘进中刀具的维修措施
4.1刀具检查
进行刀具维修之前，施工人员应首先明确刀具是否存在问题，因此，应当使用刀具检查技术进行检测，主要包含刀盘检查与刀具检查两方面。一方面，工作人员要先检查刀盘的磨损程度，观察刀具的轴承与密封处是否可以继续工作，避免刀盘的面板、支柱以及辐条出现裂缝、缺口、变形等问题。另外一方面，施工人员要检验刀具，查看其是否结实耐用、在刀盘上是否稳定，发现刀具不稳固的情况时要检查螺丝是否出现松动、脱落以及损坏情况，如果损坏要及时维修，当无法维修时可以直接更换。还要对刀具的挡圈进行检查，发现挡圈脱落时维修人员要立刻维修，使其回到原本的位置上，挡圈被折断时要及时更换，保证设备的继续运行。
4.2刀具更换
掘进过程中刀具会发生损坏，这时工作人员可以更换刀具部件。刀具的替换需要按照“合理、迅速、科学、安全”的原则。
（1）刀盘转角的确定。维修人员更换刀具时，要先确认刀盘转角的具体位置，不能让刀盘的开口处正对土压仓口，保护工作人员的安全。工作人员可以在刀盘的附近设置参照物，以此确定刀盘位置，也可以使用专业的传感器进行定位，减少人为判断的误差。
（2）刀盘清理。当外界的碎石、灰尘、泥沙进入刀盘之后，刀盘的工作效率降低，此时，维修人员需要对刀盘进行清理。刀盘的刀位区域应当在低氧与有氧的环境下进行清理，保证刀盘的整洁。
（3）刀具拆除。修理刀盘时，应当拆除已经损坏的刀具。在刀盘清理结束之后，维修人员应运用风动扳手拆除刀具的螺栓，拆除损坏刀具之后再将其送到碴仓之外，而刀具的螺丝帽则可以用割枪进行清除。螺栓帽出现问题时，工作人员需要降低割枪的氧气同时减少乙炔流量，避免温度过高毁坏刀座的螺栓部分。
（4）刀具安装。工作人员在用新刀具替换已损坏的刀具时，要保证新道具的清洁干净，刀具上不能有水珠，避免潮湿导致刀具生锈。使用割除法时可能会造成刀具损坏，此时维修人员应当对损坏部分进行打磨，修复其破损部分。
4.3正确安装刀圈
在盾构机中，刀圈的材料大多是比较罕见的钢种，不但具有较高的硬度和吸收变形系数，而且耐磨。因此，在刀圈安装过程中，必须对刀圈的内径和刀体的配合度进行合理控制。多数刀圈安装形式为热装为主，需要在采用专业的烤箱来加热刀圈，待达到设定的热度以后，把将其直接套装到刀体之上，完成刀圈的安装工作。
4.4轴承检查和预紧度控制
盾构机在掘进过程中，施工条件不同，轴承所承受的受力方向也各不相同。多数情况下，以径向受力的圆锥滚子轴承为主，一旦轴承发生问题，则多和锈蚀机刀具密封性有关。需要对刀具轴承的松紧度进行合理调节，以满足使用的要求。
4.5密封安全和气密性检查
在刀具密封性安装时，需要格外注意密封表面的清洁度，平面度也要符合设计标准。并且在安装之前，要切实做好清洁度检查和研磨工作。一旦刀具维修工作结束以后，要立即进行机械能气密性检查，将压缩空气注入到刀体内部，如果在规定的时间内，气压仍然比较稳定，则表明其达到合格标准。
结语
在隧道掘进施工中，除了做好盾构机刀具的选择，还要及时进行刀具检查，以便发现刀具损坏问题。结合工程地质条件和刀具损坏形式，制定合理的刀具更换策略，利用专业技术进行刀具维修，使盾构机保持高效工作状态，延长刀具使用寿命，在提高工程效益的同时，保证盾构施工安全。
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