（北京铁路局工程质量安全监督站，北京100860）
摘要：对北京地下直径线工程盾构机刀盘损坏情况进行原因分析，总结并提出修复意见，为其它相似工程提供参考。
关键词：北京地下直径线；盾构机；刀盘磨损；刀盘修复
前言
北京站至北京西站地下直径线，是国内第一条城市地下大跨径单洞双线铁路隧道；设计采用一台直径11.97m的泥水盾构机从西向东独头掘进。2011年3月13日，盾构机顺利穿越特级风险源地铁4号线宣武门站后到达计划停机7#点（里程DK4+438），施工人员带压进仓检查盾构机刀盘时发现刀盘磨损严重，存在四道环形凹槽同时大量刀具、刀座损坏；此时盾构机已累计掘进2358.5m，尚剩余2813m，已通过地铁4号线宣武门车站105m。为了盾构机能安全的完成剩余工程，必须对刀盘损坏原因进行全面分析，并进行修复。本文结合工程实际情况，浅谈一些看法。
1盾构机刀盘损坏过程
北京地下直径线在DK4+615～DK4+495段下穿地铁4号线宣武门车站。地铁4号线宣武门站为三拱两柱双层车站，车站宽22.9m，主体结构对应北京直径线里程为DK4+567～+543。设计采用“板凳桩－托护梁+注浆”的方法对宣武门车站进行预加固。
2006年10月21日至2007年3月10，完成对4号线宣武门车站的预加固施工，2011年1月11日至16日，为确保顺利穿越特级风险源宣武门站，盾构机在按计划在6#停机点（里程DK4+612.773）进行了系统检修；1月27日，盾构机进入地铁4号线宣武门站主体结构范围内3m时，掘进参数有较大变化，施工人员带压进仓检查时发现6mm厚带网眼的钢板碎片，疑为降水井的滤水管；经与施工地铁4号线宣武门车站的降水工程的建设、施工单位进行沟通，确认该钢板为地铁4号线宣武门车站内未拔除的降水井滤水钢管残片。同时经过对宣武门车站降水竣工图和北京地下直径线施工平面图的对照，确定盾构机下穿宣武门车站过程中，有10口降水井与直径线隧道交叉，西端8口、东端2口，实际比对降水井与盾构机里程确认，此时已通过西端8口降水井。（见下图）
2011年1月29日至2月11日，在下穿宣武门施工过程中，施工人员4次停机带压进仓作业，清除泥饼、检查刀盘刀具、打捞仓内滤水管钢片。2月27日，在盾构机已顺利穿越宣武门站主体结构东侧45m后，停机带压进仓时，发现一水泵电机残留部分和直径10.8 cm抽水钢管残片，同时在仓内发现卡在刀盘前的滤水钢管。
2011年3月13日，盾构到达计划停机7#点（里程DK4+438）；3月15日，施工人员停机带压进仓检查，发现四道环形凹槽，大量刀具刀座损坏。
2盾构机刀盘损坏情况
2.1刀盘本体发生较大磨损：M28刀轨迹对应的刀盘半径5.336m周圈磨损宽9cm，深7cm；M14、M15号刀对应的3.139m半径周圈磨损宽10cm，深14cm；M9刀箱对应的半径为2.194-2.510m周圈磨损宽30cm，深32cm；M4-M8刀箱对应的1.592-2.185m半径周圈磨损宽40cm，深35cm；其中1.807半径周圈磨损最为严重，磨损深度达35cm。
2.2部分刀箱及刀盘幅条、幅板磨损严重，其中M01、M05、M09、M10、M07、M12、M13、M06、M14、M00、M04、M08刀箱及刀轴磨损严重，已无法安装新刀。
2.3辐条周边刮刀、切刀掉落与崩齿现象严重，并且大部分切刀刀刃已损坏。
2.4撕裂刀也有不同程度的磨损。
2.5刀盘法兰和主驱动联接处严重磨损。
3盾构机刀盘、刀具损坏原因分析
3.1根据刀盘磨损现状及打捞的水泵、电机等残留物分析，确认造成此次刀盘刀具严重损坏的直接原因是遗留在降水井内的水泵及抽水钢管。盾构机在掘进过程中，刀盘刀具先被遗留在地铁4号线宣武门站地下的降水井抽水泵及电机损坏；然后受复杂的地质影响，损坏的刀具、抽水电机以及被切割、撕断的滤水钢板与碴土结成高强度的泥饼，持续磨擦刀盘；刀盘面板因刀具损坏造成个别轨迹缺少刀具的保护后，在耐磨焊层磨损后产生快速磨损；另外掉落的刀具、部分滤水钢板以及碴土沉淤在排浆口位置，引起刀盘背后碴土堆积高度增加，导致刀盘法兰磨损。
3.2实际地质情况比地勘报告显示的情况恶劣。盾构机穿越地层的复杂性也是造成刀盘刀具磨损的重要原因，目前穿越地层主要为包含卵石、粉砂及重粘土等多种地层的复合地层，粘土粘性远高于一般的粉粘土粘性，并且与卵石混合在一起，形成“土包石”，盾构机掘进过程中土体易粘附于刀盘形成泥饼，磨损刀盘、刀具。另外根据带压进仓的检查情况，在刀盘中心区域存在一明显的胶结层，强度较高。
3.3刀具破坏后，刀盘磨损速度快。刀盘在刀具被抽水泵及水泵电机损坏后，由于相应轨迹缺少而保护而加剧磨损。
3.4对盾构机下穿地铁4号线宣武门站的线位情况未先期调查清楚，前期调查时宣武门站负责降水的施工人员未提供真实信息，导致盾构机掘进前方情况不明，存在人为异物，造成刀具、刀盘受损。
3.5直径线沿线地勘区域涉及市政公路，地勘布点受限而不能密集分布，盾构机掘进地层地质发生变化，存在砾岩层；没有按照设计要求进行超前地质预报。
4盾构机刀盘修复
4.1主要处理方案
4.1.1滚刀刀箱处理，按原设计恢复。
4.1.2切刀，在刀盘磨损严重的区域，焊接新型轴销式切刀刀座并安装新刀，尤其是3.2半径范围内。
4.1.3刀盘磨损区域，用40mm或60mm钢板补焊磨损的缺口，并加焊合金刀。
4.1.4在刀盘半径R=1.8m，磨损深度350mm的周圈焊接钢板。
4.2主要工作量
4.2.1需要处理的滚刀刀箱有：M01、M05、M09、M10、M07、M12、M13、M06、M14、M00、M04、M08等12个刀箱。
4.2.2对100把切刀及面板开口进行修复。
4.2.3对刀盘面板磨损区域进行修复并加焊耐磨层。
4.2.4更换磨损严重的滚刀、撕裂刀、周边刮刀、切刀。
4.3作业方式
由于地面不具备设井实现常压的条件，主要通过带压动火进行刀盘修复。进仓压力计划2.7bar，单次进仓工作时间180分钟，减压时间145分钟，单次进仓工作时间5.25小时。
4.4作业时间
每个刀箱修复预计3～4天，12个刀箱需48天；切刀修复每天10把，预计10天；刀盘面板区域修复耗时预计4天；全部修复工作预计3个月。
5结语
城市轨道交通建设中，地下隧道施工正越来越多的采用盾构法施工技术；施工前对施工沿线进行全面细致地质勘查，是盾构机选型、设计刀盘刀具设计的依据；施工中提前对盾构机掘进方向的情况进行预测和探知，对危及盾构机安全的障碍物进行排除，是盾构机顺利掘进的重要保障。希望北京地下直径线工程盾构机刀盘损坏及修复的事件，能对类似的地下隧道工程施工人员提供借鉴和指导意义。
论文作者:贾超
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年8月上
论文发表时间:2016/8/17
标签：盾构论文; 磨损论文; 刀具论文; 直径论文; 宣武门论文; 地下论文; 车站论文; 《建筑建材装饰》2015年8月上论文;