高压环境下盾构机刀盘修复技术探讨

高压环境下盾构机刀盘修复技术探讨

发表时间：2018-10-09T20:58:29.757Z 来源：《防护工程》2018年第16期作者：李向锋

[导读] 本文针对在高压密闭空间中，介绍了洞内注浆工艺，高压密闭稳定空间的建立及维持方法，高压环境下的安全控制措施，刀盘的修复焊接工艺等

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摘要：本文针对在高压密闭空间中，介绍了洞内注浆工艺，高压密闭稳定空间的建立及维持方法，高压环境下的安全控制措施，刀盘的修复焊接工艺等，为今后类似问题的处理与解决提供了参考与借鉴。

关键词：盾构机；高压环境；安全；盾构机；刀盘；焊接

1.引言

随着地铁建设的发展，盾构掘进技术是一项用于地下隧道工程建设的先进技术，它具有施工质量好、施工速度快、施工安全、自动化程度高、对周围环境影响小等特点。因而，盾构掘进技术越来越多的应用于公路隧道、地铁隧道、铁路隧道、市政管道、水电隧道工程建设。在盾构掘进中，刀盘磨损或损坏时有发生，由于地层或周边环境等因素影响，不能进行常压开仓修复工作，必须选择高压环境条件下进行刀盘修复工作。

2.工程概况

广深港高铁深港连接隧道为ϕ9.6m双洞单线盾构隧道，全长3346m，盾构穿越地层多为强风化和全风化变质砂岩或变质粉砂岩结构及粘土地层，砂岩地层土质松软，气密性差。粘土地层细颗粒含量高，粘性高。盾构机进入香港段大理岩溶洞区遭遇复杂地层影响，掌子面不稳定，压力无法保持，导致盾构机长时间未能正常更换刀具，盾构机刀盘遭到严重破坏，出现大量刀具掉落，刀座损坏，刀盘封板变形、搅拌棒掉落等现象。由于香港段穿越米埔湿地自然保护区，线路穿越区域地表分布大量鱼塘，不能采取地面加固方式，为保证隧道顺利掘进，需对受损刀盘在高压环境下进行修复、焊接。

3.建立安全的修复空间

修复作业开始前，为了保证在掌子面安全施工，必须在开挖舱建立一个稳定密闭修复空间。在停机前采用优质泥浆进行循环，达到较好的护壁效果。停机后，通过盾构机上部超前钻孔，利用超前钻钻孔，钻孔深度16m，插入注浆管，向盾构机前方土体注入水泥浆-水玻璃双液浆，注浆压力0.5～0.8Mpa，起到加固盾构机前方土体的作用。通过盾体径向预留孔向盾体周围注入克泥效，填充盾构机周围土体间隙，起到闭气效果，维持泥水仓压力，避免冒气、漏浆现象。拌制新鲜高浓度膨润土泥浆（新鲜高浓度膨润土泥浆的注入数量以现场泥浆粘度检查结果为准），将新鲜泥浆通过砼运输车运至平台放入砂浆车，由砂浆车运至盾构机储浆罐内，通过同步注浆泵向气仓或泥水仓内压入泥浆，加至液位到中心以上1.5m左右。转动刀盘，让新浆在泥水仓内充分混合，注入泥浆过程中，控制刀盘转速不超过0.2转/min，严谨快速转动刀盘，防止刀盘过大扰动掌子面，导致掌子面失稳。

为了确保带压进仓作业安全顺利进行，进仓前必须进行泥水仓密封效果试验等工作。液位降低、泥膜形成后，静置一段时间（0.5～1小时），观察、记录仓内液位及压力变化，若液位及压力无变化或变化小，则证明成膜质量好，泥水仓密封效果良好，可进行下步作业；反之，则需重新成膜，直至达到良好的密封效果。

4.过程中安全控制

1、全程监测盾构机停机位置地面的稳定性，监控掌子面的稳定性，掌握仓内压力波动情况。

2、作业过程中使用的便携式多功能气体监测仪能对修复工作空间内的气体成分进行动态监测，便携式多功能气体监测仪配置有可燃气体传感器、氧气传感器、CO2传感器、CO 传感器和水蒸气传感器，通过便携式多功能气体检测仪器可以检测修复工作空间内的可燃气体、氧气、CO2、CO 和水蒸气的含量，降低修复工作空间内施工人员的中毒风险，保障了施工人员的人身健康和安全。

3、作业过程中采用了废气排放管路进行废气和烟尘排放，废气排放管路能够有效收集和排放修复过程中产生的废气和烟尘，排气量维持在Samson系统自动补气量的10%左右为最佳，保障了施工人员的人身健康和安全。

4、在修复过程中采用了带有减压装置的焊接呼吸面罩，施工人员所呼吸的气体是经过盾构净化装置净化以后的压缩空气和医用氧气，保证了施工人员作业过程中的人员健康。

5.刀盘修复工艺

刀盘修复母材为Q345钢材，采用ENISO 2550-AE382B 32 2.50/3.25mm德国进口焊条，使用ESAB650C多功能焊机。工作环境压力：2.9bar。

5.1齿刀刀座修复

对于端头磨损不到2cm的齿刀刀座，采用填补堆焊的方法。如果齿刀刀座端头磨损超过2cm,则采取以下步骤：

1、先将磨损处填补堆焊，再打磨平整；

2、将新的齿刀刀座三角块割除，边缘打30mmX30mm 45°坡口；

3、在旧刀座凹槽上塞一块钢板使其平整；

4、将新刀座焊接在钢板上。

5.2搅拌棒修复

1、对旧的搅拌棒进行废料割除并打磨，在4cm厚的钢板上开孔，将搅拌棒将焊接在钢板内，搅拌棒伸进钢板3.5cm，在钢板正面和背面都对搅拌棒进行焊接。将搅拌棒前端割除8cm，然后再在搅拌棒前端切一个倒角，高4cm，长10cm。搅拌棒连接部位如图1所示。

图1 搅拌棒连接部位图

2、焊接部位清洗、烘干：对搅拌棒焊接位置进行清洗、除锈、烘干，保证焊接面清洁，轮廓清晰。

3、焊接面修复：由于搅拌棒受阻力过大原因掉落，其断裂面大多呈现不规则形状，焊接前须对焊接面进行刨平、打破口以保证焊接牢固。

4、搅拌棒焊接：焊接方法采用耐磨焊接，焊接时点焊固定搅拌棒，后沿破口方向连续焊接、堆焊、刨平。

5.3封板修复施工

1、检查核对受损刀盘封板。

2、对受损封板进行清洗、烘干。

3、用气割对受损封板进行切割，将气割后的封板调出并运送到指定地点进行整平、修复。

4、将修复后的封板送回开挖仓内焊接到原位置。

5、对焊接的封板进行检测，保证焊接质量

6.质量保证措施

（1）坡口表面如有较大的沟槽，必须先打磨、堆焊，然后再打磨。

（2）焊接用焊条必须经烘干处理，储存于保温筒内，加热150摄氏度左右，确保焊条干燥。（3）在已经焊好一层的焊缝上继续焊接第二层前，必须在前一层焊缝上清除焊渣，涂抹防飞溅剂。裂纹、孔隙、融化不全、裂缝等，必须仔细打磨干净且不得过度焊接。

（4）所有的焊接位置，每一焊道的宽度都不能超过15mm。

（5）如果坡口角度过大，可先进行堆焊，将角度减小后再开始按正常工艺进行焊接。