關(guān)鍵詞：隧道　掘進(jìn)機(jī)　刀具　盤形　滾刀　檢測　維修

TBM（隧道掘進(jìn)機(jī)）作為長大隧道施工最有效的大型機(jī)械勾笆，掘進(jìn)時使用在刀盤上安裝的盤形滾刀刀刃楔入巖體破碎巖石，刀盤轉(zhuǎn)動帶動滾刀在掌子面上滾動進(jìn)行連續(xù)破巖桥滨，刀盤被向前推進(jìn)窝爪，滾刀破巖掘進(jìn)形成洞身。安裝在TBM刀盤上的盤形滾刀是TBM的專有工具齐媒，其技術(shù)性能的優(yōu)劣是擴(kuò)大TBM施工適用范圍和降低施工造價的關(guān)鍵技術(shù)之一蒲每，國外各著名TBM生產(chǎn)廠家對刀具都進(jìn)行了長期的研究，不斷改進(jìn)TBM刀具的性能喻括，使產(chǎn)品具有競爭力邀杏。但刀具性能必須在施工中正確使用才能充分發(fā)揮。施工中要對使用的刀具進(jìn)行嚴(yán)格檢測并及時維修唬血，使上機(jī)掘進(jìn)的刀具性能可靠望蜡，減少掘進(jìn)中刀具故障，以提高機(jī)器的利用率拷恨，從而提高掘進(jìn)速度脖律；正確使用刀具還必須包括正確更換刀具及其備件，從而降低刀具消耗漩叶。正確使用刀具不僅可提高掘進(jìn)速度還可從以上兩個方面來降低隧道掘進(jìn)成本苹衰。尤其在硬巖中掘進(jìn)其重要性更為明顯。西康鐵路秦嶺隧道出口及西南鐵路桃花鋪1號隧道TBM施工中狞朦，在掌握消化引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上棘爱，對TBM施工中的刀具技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，形成了一套符合我國施工條件、可操作性強(qiáng)的檢測維修技術(shù)序敷，并取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果撬彭。筆者參加這兩條隧道施工的刀具使用與研究，本文是對TB880E型掘進(jìn)機(jī)的17＂盤形滾刀檢測和維修技術(shù)的總結(jié)赋昔，可供借鑒据钱。

1TBM施工對刀具整備的技術(shù)要求

TBM施工中的刀盤檢查、刀具更換亮绢、刀具維修等一系列為使刀盤上的刀具處于良好狀態(tài)的工作統(tǒng)稱為刀具整備箭谴，是TBM施工作業(yè)的重要組成部分，對隧道施工進(jìn)度與造價有直接影響俘戈，且專業(yè)性強(qiáng)溉潭，是TBM施工技術(shù)的重點(diǎn)之一。

1.1提高刀具可靠性少欺，減少掘進(jìn)中的停機(jī)換刀

TBM施工時其掘進(jìn)喳瓣、出渣、支護(hù)等工序能平行作業(yè)且連續(xù)進(jìn)行赞别，因而具有掘進(jìn)速度快的特點(diǎn)畏陕。但由于受地質(zhì)因素、機(jī)器故障仿滔、刀具故障惠毁、施工管理技術(shù)等因素的影響使機(jī)器停機(jī)待掘進(jìn)的時間長，運(yùn)轉(zhuǎn)掘進(jìn)的利用率不高崎页。西康鐵路秦嶺隧道出口及西南鐵路桃花鋪1號隧道TBM施工中鞠绰，TBM的利用率僅為30%，而國外一般都達(dá)到40%飒焦，高者達(dá)到60%蜈膨。提高TBM的利用率，也就是要提高TBM施工的技術(shù)水平牺荠，減少各施工工序?qū)C(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的影響掐抢，是當(dāng)前在我國擴(kuò)大TBM施工使用范圍降低TBM施工造價的關(guān)鍵。

西康鐵路秦嶺隧道出口TBM施工中哗缀，由于刀具原因造成的停機(jī)時間占施工時間的比率為16.3%，也就是每天18h的掘進(jìn)施工（每天安排6h為TBM施工做整備琅芍，18h進(jìn)行掘進(jìn)施工）時間內(nèi)平均有近3h的時間是因刀具的原因使機(jī)器停止了運(yùn)轉(zhuǎn)板蜻。盤行滾刀破巖時承受巨大的載荷和沖擊、劇烈的摩擦和高溫甸垄，各零件表面尤其是刀尖要被磨損捺盖，各部分連接性質(zhì)被破壞，潤滑油及橡膠密封件的性能降低，使刀具逐漸失去破巖能力融唬，使用一段時間后要進(jìn)行更換漾衅。

因此，更換刀具是TBM施工的一項重要的不可缺少的工作芋困，必然要占用部分施工時間楞便。合理的做法是盡可能主動進(jìn)行換刀，也就是在每天的施工整備時間內(nèi)換刀利术。這就要求準(zhǔn)確判斷刀具狀態(tài)呈野，既不盲目更換，增加刀具消耗印叁，又減少給即將進(jìn)行的掘進(jìn)留下刀具故障被冒，力求減少在掘進(jìn)進(jìn)行中出現(xiàn)刀具漏油、刀圈偏磨轮蜕、螺栓丟失或松動等不允許存在的現(xiàn)象昨悼，從而減少掘進(jìn)中被迫停機(jī)進(jìn)行刀盤檢查和刀具更換的時間。停機(jī)進(jìn)入刀盤進(jìn)行檢查再更換一把刀至少要用兩個小時的時間跃洛，這就大大減低了TBM的掘進(jìn)進(jìn)度率触。表1中列出了三個使用TB880E型掘進(jìn)機(jī)施工工程的刀具更換統(tǒng)計，可以看出在秦嶺隧道出口和桃花鋪1號隧道TBM施工中税课，由于刀圈磨損進(jìn)行的換刀占80%闲延，大大高于秦嶺隧道進(jìn)口施工的57.2%，這說明后者裝機(jī)掘進(jìn)的刀具狀態(tài)比較差韩玩，掘進(jìn)中刀具產(chǎn)生的故障比較多垒玲，對掘進(jìn)的影響也就會大。

要減少這種掘進(jìn)進(jìn)行中產(chǎn)生的刀具故障找颓，必須嚴(yán)格控制上機(jī)掘進(jìn)的刀具質(zhì)量参七，通過在洞外對刀具進(jìn)行嚴(yán)格檢測并仔細(xì)地維修，使運(yùn)進(jìn)洞內(nèi)上機(jī)掘進(jìn)的刀具在刀圈磨損到極限尺寸前發(fā)生因檢測維修不當(dāng)造成的密封漏油狱诊、軸承損壞村次、連接與配合失效等故障占所有檢測維修刀具總數(shù)的比率小于5%，這就會大為減少掘進(jìn)中發(fā)生的被動性換刀件策。減少了因換刀停機(jī)的時間痒弃，提高機(jī)器的利用率。這是對TBM施工刀具整備工作的高要求巩樟。

1.2減少刀具消耗仆扰，降低掘進(jìn)費(fèi)用

硬巖掘進(jìn)機(jī)施工成本中刀具費(fèi)用占較大比例，石質(zhì)越硬艰捶，刀具費(fèi)用比例越高祟放，在秦嶺隧道堅硬的片麻巖地段掘進(jìn)澳踱，刀具費(fèi)用為掘進(jìn)成本的三分之一。減少刀具消耗衡喧，是降低隧道掘進(jìn)成本的主要手段,是TBM施工刀具整備工作的主要任務(wù)之一癣彩。減少刀具消耗應(yīng)從以下幾方面著手。

(1)正確使用刀圈帚屉，使刀圈的實際磨損量不小于允許磨損量的90%谜诫。刀圈的使用量大，且價格昂貴涮阔，秦嶺隧道出口TBM施工中刀圈費(fèi)用占刀具費(fèi)用的30%猜绣。正刀刀圈在半徑方向的允許磨損量為38mm、邊刀和中心刀刀圈為20mm敬特，必須充分利用掰邢，減少刀圈消耗。

(2)合理使用軸承伟阔，充分發(fā)揮軸承的使用壽命辣之。軸承消耗量大，價格昂貴皱炉，秦嶺隧道出口TBM施工中,刀具軸承費(fèi)用占刀具費(fèi)用的17%怀估。按Wirth公司技術(shù)規(guī)程，刀具軸承的使用壽命為287.7計算小時合搅。經(jīng)過分析多搀、研究與不斷試驗、改進(jìn)画了，秦嶺隧道出口及桃花鋪1號隧道大部分實際使用的軸承壽命都達(dá)到了900計算小時虾驰，大大減少了軸承的消耗。

(3)合理使用密封嫌或，充分發(fā)揮密封的使用壽命伊了。密封的消耗量大，價格昂貴喝灌，秦嶺隧道出口TBM施工中栅刚，刀具密封費(fèi)用占刀具費(fèi)用的10%。按Wirth公司技術(shù)規(guī)程嘉栽，每次拆卸維修再組裝刀具時必須更換新密封慈哗。經(jīng)過分析與試驗，秦嶺隧道出口和桃花鋪1號隧道施工中损螃，大部分密封被重復(fù)使用印脓，部分經(jīng)維修后再使用，大大減少了密封的消耗啡笑。

(4）減少掘進(jìn)中刀具的事故性損壞崇磁。由于對機(jī)器調(diào)向過大、不均勻地質(zhì)段推進(jìn)過快等原因造成的刀具意外損壞推姻，為數(shù)不少平匈，這時損壞的刀具往往不是一把，而是多把藏古，一般都很嚴(yán)重增炭，難于修復(fù)，影響大拧晕。必須改進(jìn)操作和施工組織與管理隙姿，減少這些事故性的損壞和造成的損失。

(5）減少刀體厂捞、刀蓋输玷、刀軸等大件的消耗。這些大件造價高靡馁，使用中往往發(fā)生變形和磨損欲鹏，能否繼續(xù)使用，較難判定臭墨。必須制定正確的檢定標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法赔嚎，并要用校正、刷鍍等方法進(jìn)行恢復(fù)性修理乐肿，減少這些零件的消耗珠技。
2刀具軸承的壽命與密封的失效

TB880E型隧道掘進(jìn)機(jī)上的刀具有中心刀6把、正滾刀62把软雹、邊刀3把嘲本、擴(kuò)孔刀2把，共4種73把凑戏，按一定規(guī)律布置并安裝在刀盤上鲁磺。正滾刀的結(jié)構(gòu)及在刀盤上的安裝方式如圖1所示。邊刀與正刀基本相同裆机。軸承與密封是刀具上的兩種重要裝置跋园，對刀具掘進(jìn)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和刀具的消耗具有特別重要的影響。

2.1軸承的壽命與維修

Wirth公司規(guī)定正刀與邊刀軸承的壽命為287.7小時狼憋，刀具在不同的刀位上的運(yùn)轉(zhuǎn)小時乘以刀位系數(shù)息栖，得出的計算小時達(dá)到該值時就要更換軸承。這一壽命是按90%的可靠度通過試驗得出的奖瞳。按圖2所示軸承壽命幅度看出鹿蜀，即10%的軸承壽命低于這一值，90%的軸承壽命高于這一值服球，所有軸承壽命的平均值為這一值的4倍茴恰。按此可作出如下分析：①由于有10%的軸承壽命低于這一值颠焦，就會有20%的刀具在此之前由于軸承損壞而損壞，刀具由此就會有20%的不可靠往枣，這是很不利的伐庭，必須盡量減少；②90%的軸承壽命大于這一值分冈，還可使用圾另，按此更換軸承就有大量的軸承被浪費(fèi)。

研究認(rèn)為Wirth公司對軸承定時更換的方法是不合適的雕沉。通過定期進(jìn)行檢測和解體檢查集乔，根據(jù)軸承扭矩值的變化、潤滑油的變化坡椒、滾動體表面尤其是軸承內(nèi)圈滾動面的疲勞損壞面積的大小判定軸承的預(yù)期壽命扰路，對刀具進(jìn)行檢測與維修，確保軸承在預(yù)期內(nèi)可靠肠牲。秦嶺隧道出口和桃花鋪1號隧道施工中煞精，大部分刀具軸承的壽命達(dá)到900h，既減少了軸承的消耗厌棵，又提高了刀具的可靠性因郁。

Wirth公司規(guī)定凡使用過的刀具在拆卸維修時必須更換安裝新密封，原密封報廢醇票，消耗量很大加鄙。盤形滾刀的密封由金屬環(huán)和橡膠圈組成，這種密封試驗壽命高達(dá)5000h速郑。分析認(rèn)為刀具密封失效的主要原因是橡膠圈變質(zhì)失去彈性造成的溜盾，是溫度變化引起的。由于地質(zhì)條件的變化和工作刀位的不同溃皮，刀具的工作溫度在有些條件下比較高盔却，損壞了橡膠圈的密封性能。另一個原因是潤滑油中有金屬顆粒熬皮，損壞了密封面奖锦。二者都具有偶然性。

采用以下方法維修密封：①拆卸維修組裝刀具時必須更換橡膠圈幽七；②維修拆卸刀具時景殷，若發(fā)現(xiàn)潤滑油中含有金屬末或油量已減少，則金屬環(huán)同時更換澡屡；③更換下來的金屬環(huán)應(yīng)送專業(yè)工廠維修猿挚，大部分可修復(fù)后再使用。這不僅提高了刀具密封的可靠性驶鹉，而且大大減少密封的消耗绩蜻。

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