摘要：盾构机刀盘在遭遇不利地质条件时，又不具备随时换刀条件，强行出洞后，盾构机不仅刀具损失严重，刀盘本体也会受到较大磨损，磨损后刀盘需要进过受力分析、恢复本体等检测，经过合理的改造和修复方可使用。本文以“春城一号”盾构机为例，经历强风化泥岩和富含水砂层土质后出洞，刀盘损坏严重。返厂改造和修复刀盘，增加开口率，更换刀具，加固牛腿、修复保径刀和刀座等改造和修复技术，为即将投入的以粉质黏土为主的区间施工提供有力硬件保障，也为后续刀盘改造和修复提供借鉴和思路。
关键字：盾构机 刀盘 改造 修复
1、引言
盾构法是利用盾构机进行区间隧道施工的一种方法，有速度快、一体化程度高、对环境影响小、安全可靠等优点，已成为轨道交通建设的首选施工方法之一。刀盘是盾构机直接与土体接触的部件，因此，开挖掘进过程中会遇到无法勘察到的不明物，所以刀盘的磨损是必然的。掘进过程中，通常根据掘进速度、刀盘扭矩、推力等参数来判断刀具磨损的程度，但是土质条件往往不具备现场开仓更换刀具的条件，强行出洞后，刀具和刀盘都会出现严重磨损，甚至由于受力不均刀盘本体会出现裂缝和扭曲变形。“春城一号”盾构机是复合型刀盘，出洞后出现上述情况，而且后期将用于含水量极低的粉质黏土土层施工，研究决定切割部分面板，增大刀盘开口率，修复刀座、修复泡沫管路和保径刀。
2、概况
2.1设备概况
“春城一号”盾构机制造于北方重工，2012年出厂，属于土压平衡盾构机，开挖直径6280mm，刀盘为复合型刀盘，6辐条+6面板形式，刀盘开口率36%，主驱动驱动方式为电驱，总驱动功率660kw。2017年5月从长春地铁2号线BT01标段袁西区间左线出洞，累计掘进7098.35m。出洞后，刀盘、刀具和刀座磨损严重，部分刮刀和撕裂刀丢失，土仓内搅拌棒丢失脱落一根，局部泡沫管路有裂缝，周边耐磨保径刀局部磨损达20mm，刀盘本体有多处裂缝可见。主驱动大齿局部脱落，主驱动腔内多处拉伤，出现大量铁屑，主驱动小齿严重咬伤，研究决定经招标返厂维修。
2.2工程概况
“春城一号”盾构机维修出厂后，计划于2018年年初投入石家庄地铁3号线东孙区间施工使用，东广场站～孙村站區间线路整体呈东西走向，始于汇通路东广场站，止于建设南大街孙村站。起止里程为DK12+503.630～DK13+388.426，左线长度为888.629m。DK13+040处设置一座联络通道（带排水泵房）。沿线地表建构筑物为砖混结构类低矮房屋、框架结构类高层商业办公及住宅楼。
区间隧道洞身主要位于第四纪沉积层中，地层岩性主要以粉细砂、粘性土、粉土为主，左线线路纵坡-0.2%、-2%、-1.054%、2.5%，埋深约14.8～20.8m。
场区无地表水分布。场区地下水类型为第四系孔隙潜水，主要含水层为砂土、卵砾石土。但根据资料记载，80年代后期，由于石家庄市工业大量抽取地下水，地下水位不断下降，地下水水位埋深由上世纪六十年代水位埋深约6.00m，下降到目前40m左右。
3、刀盘改造
3.1开口率
根据以上工况描述，“春城一号”盾构机开口率较低，而且中心设计已结“泥饼”，严重制约以粉黏土为主的区间施工。根据原刀盘结构，决定切除其中3面板，增大开口率，具体方案：①准备工作，清理刀盘;②切除原刀盘90°、210°、330°位置处的面板;③ 打磨清理，变形恢复，受力检测，详见图1和图2.
经上述改造方案，经测量，刀盘开口率增加到46.2%。且经过建模（x=1180mm，y=3105mm，z=3105mm）受力分析，刀盘边缘点应力远低于318MPa（许用应力值），刀盘边缘应力合格，详见图3，说明：红色线是薄膜应力;绿色线是弯曲应力;蓝色线是薄膜应力和弯曲应力组成;棕色的是总应力（去掉经验值）。
3.2刀具
面板切割后，刀具也随之减少，因此为满足新土层的施工要求，需增加和重新布置刀具，具体方案：①将切割掉的刮刀焊接在相邻辐条的对应切削直径上;②为保证受力平衡，将原有面板焊接的12把刮刀改焊在辐条上;③切割掉的撕裂刀用焊接撕裂刀代替，并增加重型焊接撕裂刀，选取合适的切削直径焊接，改造前后刀具数量如表1。
3.3牛腿
清理刀盘后，牛腿焊缝可见多处表面裂缝，经过磁粉探伤和超声波探伤后决定进行加固处理，具体方案：①打磨焊接口，清理;②牛腿本体增加焊接筋板;③牛腿与法兰面增加焊接筋板，详见图4。
4、刀盘修复
4.1裂缝修复
此处所述裂缝为牛腿两侧焊接面可见裂缝，见图5，磁粉探伤结果显示多处不合格，焊缝深度局部超过10mm，超声波探伤结果显示未见本体穿透性裂缝。修复措施：打磨表面裂缝，表面裂缝清理后重新堆焊，完成后进行超声波探伤，合格方可使用。
4.2泡沫管路修复
“春城一号”盾构机刀盘共有6个泡沫口，被切掉面板上含有2个泡沫口，因此需将切割的泡沫发射口钻孔安装焊接于其他辐条上。修复措施：清除被切割管路，焊接新管路，管路焊接完成后，进行内部清理打压，合格方可投入使用。
刀盘上的泡沫管路线路尽可能减少转弯，保证泡沫发泡质量。
4.3保径刀修复
“春城一号”耐磨保径刀直径为6270mm，经检测保径刀磨损量为5-20mm。修复措施：打磨清理原保径刀伤口，耐磨条堆焊保径刀，直径6272mm。
4.4刀座修复
“春城一号”盾构机出洞后，部分刮刀和撕裂刀丢失，刀座损坏严重，不具备使用条件。修复措施：购买新刀座，清理原刀座，焊接新刀座。焊接强度不低于设计强度。
5、结束语
结合施工经验，含水量极低的粉黏土层的区间施工，盾构机刀盘的开口率是保证其掘进速度的最重要因素之一。“春城一号”刀盘中心易结泥饼，而且开口率低，所以改造刀盘，增加开口率，结合土质重新设计和布置刀具，才能有效提高盾构机使用效率。
刀盘受到严重创伤后，返厂维修修复是最佳选择，能够专业检测和受力分析，保证焊接技术和工艺，确保后续使用质量。
“春城一号”盾构机刀盘改造和修复需专业技术人员全程跟踪监造，确保每一环节严格按照技术方案执行，为后续盾构机使用提供技术支持和质量保障。
参考文献
[1]缪楠.盾构机刀盘磨损的修复工艺及预防措施探讨[J].工程机械与维修，2015（07）：84-86.
[2]李桐.土压平衡盾构机刀盘的修复[J].设备管理与维修，2014（S2）：71-73.
[3]林赉贶. 土压平衡盾构机刀盘开口特性及刀具布置方法研究[D].中南大学，2013.
[4]李斌. 盾构机刀盘修复技术[A]. 北京盾构机专业委员会.2011中国盾构技术学术研讨会论文集[C].北京盾构机专业委员会：《市政技术》编辑部，2011：4.
[5]任洁，刘曙光，李伟.复合式土压平衡盾构机刀盘焊接工艺[J].现代制造技术与装备，2018（09）：93-94.
[6]李化南，张桂菊.复合式盾构机刀盘刀具布局方案的研究[J].广东蚕业，2017，51（08）：8.
[7]孙翠华. 盾构刀盘改造及应用[D].石家庄铁道大学，2017.