浅谈盾构机刀盘不同区域的修复

李书鹏，李 伟

（洛阳九久科技股份有限公司，河南洛阳 471000）

0 引言

随着我国轨道交通建设的大力发展，盾构法施工作为隧道建设的重要手段，以其安全、环保、高效的特点发挥着不可替代的作用。但地下施工的不确定因素较多，给盾构施工带来诸多困难，由此导致刀盘磨损的情况时有发生。对此，在采取必要措施避免刀盘磨损的同时，也必须要加强对刀盘修复工作的研究。盾构机刀盘修复是一项复杂的系统性工作，根据刀盘结构和磨损程度的不同，其工作量和侧重点亦有较大区别，刀盘的修复内容主要涉及刀盘体的修复、搅拌棒的修复、刀具的焊接以及刀盘外周圈板的修复等。。

1 刀盘体的修复

刀盘体的损坏形式主要以磨损为主，在修复时应根据损坏的位置和程度有针对性的制定措施，其重点在于一定要保证刀盘的强度和刚性，不能影响刀盘整体的受力结构。以修复某地铁项目刀盘圆弧过渡区域的磨损（图1）为例进行说明。

图1 刀盘体圆弧过渡位置磨穿

1.1 刀盘体筋板的修复

（1）用纸板或薄铁皮在筋板的磨损位置拓样，画出筋板磨损断面的形状，根据图纸裁剪出各位置的磨损样板，然后按样板加工所需钢板。为保证焊接质量，按样板加工的钢板的对接口两侧加工45°角焊接坡口，钢板材料采用和原刀盘相同的材料（按原刀盘图给定材料或取样化验）。

（2）将按样板形状加工的钢板在对应位置分别点焊定位，用角磨机把焊缝位置的铁锈和渣土等打磨清理干净，要打磨出金属光泽。

（3）焊接前用氧乙炔焰进行预热，预热温度200～250 ℃。焊接时采用窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接方式，尽量减小焊接变形，保证焊接质量和强度。

磨损及修复后的刀盘体筋板见图2。

图2 磨损及修复后的刀盘体筋板

1.2 刀盘面板的修补

（1）待刀盘圆弧过渡位置的筋板修复完成后，依次测量各磨穿位置刀盘面板的尺寸并用氧乙炔焰下料，然后在对应位置分别点焊定位，用角磨机把焊缝位置的铁锈和渣土打磨清理干净，要打磨出金属光泽（图3）。

图3 按面板磨损尺寸气割下料

（2）焊接前用氧乙炔焰进行预热，预热温度200～250 ℃。焊接时采用窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接方式，尽可能减小焊接变形。

需要注意的是，如果个别位置焊缝坡口较大则一定要采用“断续间隔”的焊接方式，不能一次把焊肉填满，否则极有可能产生焊接变形。

（3）刀盘面板补焊完成后，将补焊位置打磨清理干净（图4），然后敷焊耐磨网格（图5），耐磨层着重覆盖焊缝位置，以保证刀盘面板修补位置的耐磨性能。

图4 补焊后的刀盘面板

图5 刀盘面板敷焊耐磨网格

耐磨层的敷焊厚度最好控制在5 mm 以内，太厚的耐磨层受到岩渣的磕碰或冲击易发生脱落掉块的情况，太薄则耐磨储量少，起不到保护刀盘面板的作用。

1.3 刀盘背面二次焊接

刀盘正面修复焊接完成后，将刀盘翻面，对刀盘补焊位置的背面焊缝进行焊接（图6）。焊接前先用角磨机把焊缝位置打磨出金属光泽，然后用氧乙炔焰进行预热，预热温度200～250 ℃。焊接时采用窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接方式，尽可能减小焊接变形。

图6 焊接刀盘磨损位置背面的焊缝

2 刀盘搅拌棒的修复

刀盘搅拌棒的损坏形式主要有断裂和磨损两种，不同的损坏形式，其修复方法差别较大。

2.1 修复断裂的搅拌棒

搅拌棒的断裂位置一般发生在与刀盘接合的根部，修复时为保证焊接强度，一定要以“换新”为指导思想，以“嵌入式焊接”为修复原则，不能简单的在断口截面上施焊。下面以修复某地铁项目断裂的搅拌棒为例进行说明（图7）。

图7 断裂的搅拌棒

（1）使用碳弧气刨将搅拌棒残存部分从根部刨割下来（图8），刨割时一定要沿着搅拌棒一侧的焊肉位置实施，尽量减小对刀盘的损伤，并且必须要刨割出一定的深度，使新加工的搅拌棒能嵌入刀盘内部，从结构上保证其根部的焊接强度。新加工的搅拌棒的材料一定要采用和刀盘体相同的材料。

图8 从根部刨割断裂的搅拌棒

（2）用角磨机将焊缝位置打磨清理干净，要打磨出金属光泽，然后将新加工的搅拌棒嵌入刀盘体内，并按图纸尺寸点焊定位。

（3）焊接前用氧乙炔焰进行预热，预热温度200～250 ℃。焊接时采用窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接方式，尽可能减小焊接变形（图9）。

图9 焊接新的搅拌棒

需要注意的是，该位置焊缝尺寸一般较大，不准在焊缝处塞填钢筋，避免对焊接强度产生严重影响。

2.2 修复磨损的搅拌棒

搅拌棒的磨损区域主要集中在外周方向，特别是与刀盘焊接的根部位置。在修复时要以“保证耐磨性”为指导思想，以“补焊”为修复原则。下面以修复某地铁项目磨损的搅拌棒（图10）为例进行说明。

图10 搅拌棒外周区域磨损

（1）将搅拌棒磨损区域打磨清理干净，要打磨出金属光泽，然后测量搅拌棒的磨损量，采用窄焊道、薄焊层、多层多道的方法进行堆焊（图11）。每堆焊一层后，都要进行测量，避免堆焊尺寸过大产生干涉。

图11 搅拌棒磨损区域堆焊

（2）为保证搅拌棒整体的耐磨性能，堆焊完成后，将堆焊层表面的焊渣清理干净，在焊肉表面敷焊耐磨网格（图12）。

图12 敷焊耐磨网格

耐磨层的敷焊厚度最好控制在5 mm以内，太厚的耐磨层受到岩渣的磕碰或冲击易发生脱落掉块的情况，太薄则耐磨储量少，起不到耐磨保护的作用。

3 焊接型刀具的焊接

焊接型刀具指的是焊接在刀盘面板不同位置、起到切削或保护作用的刀具。其材料一般有Q345B 和42CrMo 两种。其中Q345B 材料刀具的焊接注意事项与上述介绍的刀盘体和搅拌棒的一致，在此仅针对42CrMo 材料刀具更换焊接时的注意事项进行探讨。

42CrMo 是一种高强度合金结构钢，这种材料的可焊性较差，焊接时热裂纹敏感性较大，稍不注意就会产生裂纹，且裂纹多集中于焊肉和刀具衔接的位置（图13）。

（1）用碳弧气刨将刀盘上损坏的焊接型撕裂刀刨割下来，刨割时尽量减小对刀盘面的损伤，否则会影响新刀的定位。

（2）将刨割位置的刀盘面打磨清理干净，然后按设计尺寸将撕裂刀在刀盘面板上点焊定位。如果刨割时对刀盘面损伤较深，则需用焊肉填补后再打磨平整。

（3）焊接前用氧乙炔焰对焊缝位置进行预热，预热温度严格控制在200～250 ℃。

（4）焊接时采用窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接方法，且每层焊道焊接后，必须将焊缝周边的焊渣和飞溅物打磨清理干净。

（5）焊接完成后用保温棉包覆，保温缓冷（图14）。

图14 保温缓冷

4 刀盘外周圈板的修复

刀盘外周圈板的损坏形式主要以磨损为主，如果磨损量较小，修复时仅敷焊耐磨层即可；如果磨损量较大，则需要贴焊耐磨板。下面以修复某地铁项目刀盘圈板的磨损为例进行说明（图15）。

图15 刀盘圈板外周磨损严重

（1）将刀盘圈板外周打磨清理干净，要打磨出金属光泽，然后测量圈板的磨损量。

（2）根据圈板磨损后的外圆直径，选择适当厚度的耐磨板（HARDOX500），并辊压成和圈板外圆相吻合的圆弧，同时要保证耐磨板外圆尺寸和刀盘新圈板外圆尺寸基本一致。

（3）根据圈板外周的结构形式裁割耐磨板，并在对应位置分别点焊定位。为加强耐磨板的焊接强度，可提前在耐磨板上气割圆孔，焊接时采用塞焊方式用焊肉填满。

（4）焊接前用氧乙炔焰对焊缝位置进行预热，预热温度为200～250 ℃。焊接时宜采用窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接方式（图16）。

图16 焊接后的耐磨板

5 结语

随着盾构机在隧道建设中发挥越来越重要的作用，刀盘的损坏形式会越来越多样，毫无规律可循，因此刀盘的修复内容包含但不限于本文所介绍的几项，但其重点和难点都在于如何根据施工现场的实际情况制定合理的修复方案和规范有效的焊接工艺，这样才能在保证焊接质量的前提下，恢复刀盘的各项功能。后续将继续加强对刀盘修复工作的研究，总结刀盘的不同损坏形式的修复经验，希望能为其他工程的刀盘修复提供借鉴和参考。