浅谈盾构刀盘现场拼装和焊接工艺

提要：本文对南水北调中线穿黄工程采用的德国海瑞克盾构机刀盘的现场拼装及焊接工艺进行了总结，探讨大直径盾构现场拼装及现场焊接的工艺技术，为类似的大直径盾构现场组装和焊接技术提供参考。

关键词：盾构；大直径；刀盘；组装；焊接

1、引言

盾构机的组装和拆卸是盾构施工的难点，而盾构机刀盘的现场拼装和焊接质量是盾构组装的重点，是确保盾构机能否正常使用的前提。刀盘设置在盾构机的最前方，其功能是既能掘削地层土体，又能对掘削面起一定的支撑作用从而保证掘削的稳定。由于刀盘刀具是根据地质情况而选定的，所以刀盘的组成不尽相同。下面以应用在南水北调穿黄工程中的直径9m的泥水加压式平衡盾构机刀盘为例加以描述。

2、刀盘的组成

（1）一套闭式刀盘钢结构分五块式，构成刀盘的整体框架，为刀盘的转动掘削提供支撑，

所有刀具的安装均采用螺栓式安装在此钢结构上，并采用背刀安装的方法。而分五块式主要是出于对刀盘的公路运输方面考虑，不至于严重的超宽。

（2）耐磨保护板，防磨钢条。其厚度一般不大于15mm，由于刀盘在地层中旋转，最高可达

到每分钟2.6转，这样不仅对刀具有磨损，而且对刀盘的钢结构同样也存在很大的磨损，所以在刀盘的外端焊接了耐磨保护板和防磨钢条，保护刀盘的钢结构框架，延长刀盘的使用寿命。

（3）一个中心传力架，用于连接刀盘和主驱动单元。中心传力架把主驱动的十个110KW的

变频电机提供的动力由中心传力架传力带动刀盘旋转，为刀盘提供驱动力。

（4）初装刀。其中包括宽200mm的标准刮刀90把（其中具有磨损检测装置的刮刀2把），中心刀1把，双刃滚刀2把，先行刀22把（它与标准刮刀的高度差为30mm），齿刀6把（与标准刮刀高度差为30mm），仿形刀又称超挖刀1把（行程0—70mm带软土刀具），铲刀16把（包含磨损测量工具1把），总计138把刀具。其中中心刀的作用是按照轨道设计中心线贯入地层使刀盘准确定位，保证盾构机保持正确的掘削方向。齿刀和先行刀先把掘削面撕裂，起到超前掘削的作用，保证标准刮刀的掘削效率。而双刃滚刀则用来在遇见硬岩地层的时候破碎硬岩层，保证盾构的正常掘进。由于穿黄工程的地质为细沙和软土层居多，所以只装2把滚刀。仿形刀俗称超挖刀，由安装在刀盘内的伸缩油缸控制，在盾构转弯时将超挖刀伸出，是盾构隧道的直径变大，减小地层对盾体的摩擦阻力，便于盾构机的转弯。铲刀又称边缘刮刀，安装在刀盘的边缘，呈圆弧形，能够减小盾构正常掘进时的摩擦阻力。

（5）中心冲刷设备。在中心刀的下方有两个孔，在粘土层粘刀盘时冲刷盾构刀盘，保证刀

具的正常使用效率。

（6）1个旋转接头，带膨润土管道（DN100mm）、液压油管和电气通道。

3、刀盘的安装

由于刀盘的总重量达96吨，所以刀盘的起吊安装过程选用两个吊车完成，一个主吊（起吊能力为150T），一个副吊（起吊能力为90T的胎吊）。先由主吊通过吊耳向上提起，副吊微微抬起，当接近完全垂直状态时放下副吊并摘下卸扣，完成刀盘的翻转，重新调整副吊车位置，主吊旋转到焊接平台附近，挂上副吊钢丝绳，使刀盘成水平，缓慢、平稳的放到到事先焊接好的长短两种圆柱钢体做成的焊接平台上。如图1、2所示：

4.1　焊接性分析

4.2　焊接工艺的制定

2）施焊前应该检查点焊部位焊点，如果有焊接缺陷如裂纹，气泡及夹渣等，均应该先用打磨机清理干净，再用钢丝刷打磨，然后再进行焊接。焊缝厚度达15mm时，进行下一道焊接。在此之前要对刀盘的平面尺寸进行精度检查和焊缝的质量检测。下一次焊接时需要重新预热。

3）打底焊接时，如果与焊缝间隙过大（大于5mm）时，采用在一侧多道焊。在坡口内焊接随着焊缝的厚度增加，焊缝也在增宽，在宽焊缝焊接时焊条不做大范围横向摆动，每道焊缝宽度不大于10mm，采用多道焊接的方法。

4）焊接顺序：先焊接两分块于中心块，采用对称焊接的方法，防止刀盘高温变形，焊缝厚度焊到15　mm时停止焊接。然后焊接2分块，同样采用两端同时对称焊接，焊接到15　mm时停止焊接。

（4）焊接过程控制

1）刀盘在焊接上下焊缝时也应该进行刀盘面的平面精度检查。

2）　焊接过程的清理，每焊接完一层或一道焊缝后，在下一次焊接前焊工清理焊缝的所有焊接熔渣和焊瘤，检查是否有焊接缺陷，如果有则用打磨机磨平，把所有焊接缺陷彻底干净的清除后再进行下一次焊接。

3）焊条在使用前应该在红外线焊条烘干箱内烘干后使用，烘干温度掌握在300—350℃，

并且烘干完再使用前都应放在焊条保温筒内，温度控制在180℃左右。

4）每次焊接完及时进行焊缝外保温，使焊接部位缓慢降温，可采用覆盖保温棉的方法，

避免出现温度裂缝。

（5）　焊接质量检测

结语

由于地域和气候的差异，各个施工现场环境和条件也不尽相同，拼装方法和焊接工艺各异。本文仅就穿黄工程现场和气候条件采用的方法和工艺加以总结，希望能为类似工程提供参考。

参考文献

[1]张凤翔，朱和华，傅德明。盾构隧道[M].北京：人民交通出版社，2004.

作者简介：王岳刚（1981-），男，助理工程师，主要从事工程设备物资管理工作。