盾构机软土刀盘改造复合刀盘

马俊江 孙相志

摘 要：介绍了一种在隧道施工中用于开挖隧道的掘进机刀盘改造，本文主要针对将6米盾构机刀盘由软土刀盘改造为复合刀盘的设计，分别从其结构改造设计、重新布置刀具设计，以及其改造的工艺过程。

关键词：盾构机;软土刀盘;复合刀盘;结构;刀具布置

1刀盘改造概述

盾构机是隧道施工机械设备，通过刀盘旋转切削隧道土体实现隧洞开挖，并通过主推进油缸的推进力实现隧道掘进。所以盾构机刀盘在施工中的作用就显得尤为重要，因为各个地域的隧道地质不同，所以盾构机设备需要针对不同的地质要求针对性设计确定符合掘进对应地层的要求。由于近些年环保意识和环保政策的发展促进，使得工程机械再制造產业有很大发展，盾构机行业也不例外，随着全国隧道行业大发展，现在盾构机的市场保有量很高，所以再制造也就随之兴起，这样既能环保又能很大程度上降低制造成本。下面主要介绍一种6米软土刀盘改造为复合刀盘的过程和特点。

2刀盘分类介绍

2.1软土刀盘

切削型刀具适用于未固结成岩的软土地层和某些全风化或强风化的软岩地层，一般破岩能力在单轴抗压强度20MPa以下。对于如上海地区、天百津、西安、郑州等均一的软土地层，通常只使用刮刀和撕裂刀配合使用就可以了。这类刀盘度结构相对简单，通常称为辐条式刀盘或软土刀盘。

2.2复合型刀盘

在盾构施工工程中，大部分地层往往是有软岩也有硬岩，一段软一段硬，或上软下硬、密实胶结卵石土等软硬不匀的地层，这种地层在广州地铁、深圳地铁、成都地铁、北京地铁工程江底版隧道中普遍存在，这时刀盘配备的刀具不但要有滚刀，还要有刮刀和撕裂刀，即可安装滚刀，也可安装切削刀，这样的刀盘通常称为复合刀盘或混合刀盘。如广州地铁盾构刀盘，刀具的合理选择和应用在这类刀盘上也显得尤为必要。

2.3全断面硬岩刀盘

盘形滚刀适用于硬岩地层，对于均一的全断面硬岩地层通常只用滚刀（配以刮板），铁路、公路隧道、引水工程隧道常常是这类地层。作成的刀盘通常称为硬岩刀盘或TBM刀盘，目前主要是17寸盘型滚刀。

3软土刀盘改造复合型刀盘

因为目标工程的地质要求，刀盘应该选用复合型刀盘，所以需要将一个库存软土刀盘改造为复合型刀盘以适应目标地层。

旧软土刀盘是常规设计的六辐条软土刀盘，如图1所示。

1.60度滚刀辐条;2.240度滚刀辐条;3.30度外周滚刀辐条;4.90度外周滚刀辐条;5.150度滚刀辐条;6.210度外周滚刀辐条;7.270度外周滚刀辐条;8.330度滚刀辐条;9.保径滚刀;10.60度和240度异形辐条板;11.内圈板;12.辐条补强板;13.外圈板;14.补强筋板。

原软土刀盘为六辐条，开挖直径Φ6590mm配备刮刀和撕裂刀，刀盘配有中心泥材注入口一个、辐条泥材注入口五个，仿形刀两把，磨损检测刀具两把，搅拌翼五个，刀盘盘体与主驱动连接法兰通过牛腿连接。

改造方案需要实现：刀盘开挖直径Φ6385mm，17寸滚刀轨迹布满盘面滚刀刀具90mm，同时配备轨迹布满盘面的刮刀和撕裂刀，配备中心泥材注入口一个、辐条泥材注入口五个，仿形刀两把，磨损检测刀具一把。根据改造方案要求，需要对刀盘主体结构进行很大改动，盘体结构改造如下：为了布置滚刀，首先需要将60度刀盘辐条和240度刀盘辐条连同牛腿管切除，新制60度和240度异形滚刀辐条板与主驱动法兰焊接，如图2所示，并增加150度和330度滚刀辐条与60度和240度滚刀辐条垂直焊接，新增30度、120度、210度和270度外周滚刀小幅条，增加内圈板和各辐条补强板，新制外圈板。在焊接新辐条结构时，应该用滚刀刀箱或工装作为辐条支撑，防止焊接变形。将盘体结构改造后，就能实现滚刀布刀。

刀盘的主体结构改造后，来看下滚刀的布置，如图3和图4所示。

从图3和图4可以看出，滚刀已经完全布满盘面，滚刀刀高165mm而且满足刀具90mm，中心采用2组双联滚刀作为中心刀箱，中心刀偏心49mm，刀盘外周倾斜的3道滚刀轨迹采用偏心滚刀得以实现其轨迹线。配合滚刀的正面撕裂刀刀高150mm，正面刮刀刀高145mm，保径滚刀刀高110mm，保径撕裂刀刀高110mm，保径刮刀刀高90mm。这样改造后可满足各种刀具的布置要求。最终计算刀盘开口率约45%左右，可满足施工要求。

4泥材注入口和搅拌翼重新布置

由于刀盘结构和刀具布局变化很大，所以刀盘的注入口和搅拌翼的位置也要随着盘体结构的改变而发生变化，具体如图5所示。

5结语

综上所述，该刀盘改造方案是可行的，这样既能缩短制做工期还能节能环保。由软土刀盘改造为复合刀盘后，该复合刀盘可以在软岩加硬岩或密实胶结卵石土等软硬不匀的地层中掘进，为施工质量和进度提供有力保障。