盾構(gòu)刀盤的緊急焊接修復(fù)

盾構(gòu)刀盤的緊急焊接修復(fù)：刀盤本體及刀具安裝基座的焊接修復(fù)： 在土倉內(nèi)開挖面上進(jìn)行焊接作業(yè)，受到了操作空間、通風(fēng)條件等多種因素的限制，作業(yè)難度較大對(duì)焊工的操作水平也有較高的要求。由于在本次作業(yè)過程中開挖面地層情況比較隱定，加之措施得力所以焊接作業(yè)進(jìn)行的較為順利。

1、鋼材的選擇：刀盤修復(fù)工作，時(shí)間緊、任務(wù)重。但我們還是進(jìn)行了認(rèn)真的調(diào)查、分析和準(zhǔn)備。首先根據(jù)刀盤本體采用St52-3鋼號(hào)。相當(dāng)于國產(chǎn)的低碳鋼。刀盤本體及刀具安裝基座的修復(fù)寬度為350mm，厚度為100mm，高度為150mm。從材料的機(jī)械性能和可焊性等多方面因素綜合考慮，并經(jīng)與有關(guān)單位的焊接專家研究，最終決定采用國產(chǎn)20#鋼對(duì)刀盤及安裝基座進(jìn)行修復(fù)。 2 、刀盤修復(fù)方案的優(yōu)化：如何保證修復(fù)后的刀盤本體性能不低于原設(shè)計(jì)制造的水平，我們進(jìn)行了深入的分析和研究，并加工了樣塊在現(xiàn)場進(jìn)行了模擬裝配分析。

3、從焊接工藝考慮采用左右塊加支撐塊的方案：原設(shè)計(jì)修復(fù)方案中采用兩塊150mm厚的鋼塊，對(duì)刀盤大臂左右兩側(cè)進(jìn)行焊接修復(fù)。我們通過分析及樣塊的模擬安裝發(fā)現(xiàn)：在土倉內(nèi)，受操作空間的限制，焊接作業(yè)只能從兩個(gè)側(cè)面進(jìn)行無法正面對(duì)刀盤進(jìn)行焊接作業(yè)。在345mm的寬度上，焊接兩塊150mm的鋼塊，第一塊可以焊接，而第二塊與第一塊相鄰的部分與刀盤本體間的焊縫無法實(shí)施焊接作業(yè)。所以，改為采用兩塊100mm厚的鋼塊加中間支撐板；先焊接左、右塊，再焊接中間連接板。這樣既保證了焊接作業(yè)的司達(dá)性、方便性，也保證了修復(fù)體與刀盤本體之間有較高的連接強(qiáng)度。

4、周邊刀連接螺栓數(shù)量的確定：山于刀盤周邊刀安裝基座上的中間一個(gè)螺柱連接孔被磨掉1／2，無法對(duì)半個(gè)螺栓孔進(jìn)行焊接修復(fù)。我們最初決定只用兩端的連接孔進(jìn)行螺栓連接固定，中間一個(gè)不固定。后經(jīng)我們分析研究認(rèn)為：如果中間螺栓孔不連接，一是周邊刀與刀盤的連接強(qiáng)度降低了1／3；二是如果該螺栓連接孔不進(jìn)行封堵，在刀盤旋轉(zhuǎn)過程中，會(huì)有泥沙從孔內(nèi)通過，且由于該部位位于刀盤邊緣，其線速度較大，容易導(dǎo)致刀盤和刀具的磨損；因此，決定對(duì)該螺栓孔進(jìn)行連接封堵。具體做法是：加工一個(gè)帶有內(nèi)螺紋孔的光套，在原套的位置上與刀盤殘?bào)w進(jìn)行焊接，螺栓與套的內(nèi)螺紋連接固定。這樣既封堵了刀盤上的孔洞，也提高了周邊刀與刀盤本體的機(jī)械連接強(qiáng)度。

5、增加焊縫高度，以提高修復(fù)體與刀盤基體的連接強(qiáng)度：經(jīng)設(shè)備制造商確認(rèn)：刀盤制作時(shí)，周邊刀安裝基座與刀盤本體焊縫高度為3層5mm。修復(fù)時(shí)們規(guī)定了5層8mm焊縫高度。保證了修復(fù)質(zhì)量不低于原制造過程中的焊接強(qiáng)度。

6、采取多項(xiàng)措施，保證焊接質(zhì)量： (1)選派經(jīng)驗(yàn)豐富、焊接技術(shù)高的電焊工進(jìn)行連續(xù)作業(yè)； (2)選用直流電焊機(jī)，保證焊接電弧能夠穩(wěn)定燃燒，以提高焊縫成型質(zhì)量； (3)選用J506焊條，焊接前對(duì)焊條進(jìn)行烘干處理，并在焊接作業(yè)過程中，用保溫箱對(duì)焊條進(jìn)行保， 溫。從而減少焊縫出現(xiàn)氣孔的可能性； (4)用砂紙、磨光機(jī)對(duì)焊接面進(jìn)行打磨處理，并用丙酮對(duì)焊接面進(jìn)行擦拭，確保焊接面的清潔 從而保證焊縫質(zhì)量； (5)嚴(yán)格防水措施，確保焊縫質(zhì)量。 為縮短盾構(gòu)的停機(jī)時(shí)間，我們采取了24小時(shí)連續(xù)作業(yè)的方式。作業(yè)分成兩班，每班12小時(shí)，兩名電焊工在12小時(shí)內(nèi)輪換進(jìn)行作業(yè)。這樣在一周之內(nèi)，就順利地完成了刀盤的修復(fù)工作，并對(duì)磨損刀具進(jìn)行了更換。

7、提高修復(fù)精度的工藝措施：由于周邊刀是用3個(gè)連接螺栓固定到刀盤上的。因此，焊接作業(yè)中如何保證修復(fù)體上螺栓孔的定位精度，成為判斷本次修復(fù)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。技術(shù)人員精心思考、仔細(xì)研究，制訂了詳細(xì)的施3232藝，并編寫了施Ⅱ藝流程圖，見圖4；并要求電焊工在焊接作業(yè)過程中，對(duì)稱交叉施焊，確保焊接件受熱均勻，避免工件由于受熱不均而導(dǎo)致移位。由于各項(xiàng)措施制定的具體合理，加上作業(yè)人員積極配合，確保了焊接后的定位精度，沒有出現(xiàn)返工現(xiàn)象。在保證質(zhì)量的同時(shí)，也確保了作業(yè)進(jìn)度。

8、幾點(diǎn)建議和思考：從本次焊接修復(fù)工作中，我們發(fā)現(xiàn)和想到了一些問題。 

 1）應(yīng)加強(qiáng)進(jìn)倉檢查的數(shù)次：在開挖面上實(shí)施焊接作業(yè)，對(duì)地層的穩(wěn)定性有較高的要求。我們停機(jī)地層的開挖面很穩(wěn)定，可以向前超挖出作業(yè)空間，如果開挖面土體自穩(wěn)性差的話，則首先需要對(duì)土體進(jìn)行加固處理，要耗費(fèi)較長的時(shí)間。這就要求我們?cè)诮窈笠皶r(shí)進(jìn)倉檢查刀具和刀盤的磨損的情況，并做好檢查記錄。

 2） 刀盤大修工藝規(guī)范應(yīng)盡早制訂：從本次搶修的情況看，刀盤磨損情況較嚴(yán)重。在完成下一區(qū)間推進(jìn)TBM出洞時(shí)，必須對(duì)刀盤進(jìn)行大修，而如何修，怎樣保證質(zhì)量?這些問題我們心中沒底。因此，必須投入—定的人力和財(cái)力盡早開展這方面的工作，進(jìn)行必要的方案研究和試驗(yàn)，并制定出合理的刀盤修復(fù)施工工藝及表面強(qiáng)化處理方案。

 3）刀具急劇磨損原因的簡要分析：從施工過程分析，刀具及刀盤急劇磨損的情況發(fā)生在第500環(huán)以后，在500環(huán)以前每個(gè)工班8h正常一般可以完成4環(huán)的掘進(jìn)，而在500環(huán)以后，推進(jìn)速度明顯減慢。推力、扭矩明顯增大的結(jié)果使刀具的磨損加劇；而刀具的磨損加劇，又導(dǎo)致了刀盤扭矩的增大。這兩者之間互為因果，就使情況變得越來越糟。這僅是筆者個(gè)人的初淺分析判斷，真正的原因還有待專家綜合施工記錄、施工參數(shù)等諸方面的因素進(jìn)行深入的分析研究，給出一個(gè)正確的結(jié)論。這里不多贅述。

 4）關(guān)于TBM國產(chǎn)化刀盤材料的選擇：本次修復(fù)工作，也給我們TBM的國產(chǎn)化在材料選擇方面提供了有價(jià)值的參考。并且由于35#鋼的含碳量較高，硬度也就高，耐磨性就較好；此外，35#鋼的可焊性尚可國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)刀盤可以選用35#鋼做母體材料。