高磨蚀地层TBM刀盘洞内快速修复技术研究
赵 伟1， 贺 东 泽2
【摘 要】针对引汉济渭岭南TBM工程高磨蚀地层TBM刀盘刀具损坏异常严重的问题，通过刀盘洞内修复的现场实践，形成了一套高磨蚀地层TBM刀盘洞内快速修复技术，该技术工艺流程主要包括：开挖检修坑道、搭建作业平台，刮渣板、挡渣块、刀座、V型块、耐磨条、刀盘面板等关键部位的修复，拆除作业平台、恢复掘进等。从工程地质、设备、组织管理三方面分析了造成刀盘磨损严重的原因，提出了合理化建议，可为类似TBM工程的掘进提供参考。 【期刊名称】四川水力发电 【年(卷),期】2017(036)004 【总页数】4
【关键词】高磨蚀地层；TBM；刀盘；磨损；刀盘修复；引汉济渭岭南TBM工程
1 概 述
全断面岩石掘进机(TBM)用于长大隧道施工中具有快速、安全、高效等钻爆法不可比拟的优势[1-4]，但TBM设备在施工过程中一旦遭遇极硬岩高磨蚀地层，其刀具的更换与刀盘结构件的修复将花费大量的成本，如穿越秦岭的西康铁路秦岭隧道，用于刀盘刀具的费用高达掘进机施工费用的1/3[5]。因此，TBM刀盘刀具磨损与修复问题已受到学术界和工程界的高度重视，应从各个方面分析刀盘面板、滚刀、刀座、刮板座等出现磨损、变形及开裂的原因，从地质方面稳固围岩、设备方面检修和改进、管理方面优化掘进参数并制定措施，以减缓刀盘结构件的磨损、减少刀具的消耗[6]。引汉济渭岭南工程所遇到的围岩情况
为国内首次遇到的长距离极硬岩，其高磨蚀性、高地应力地层刀盘刀具的损坏与修复频率远高于国内外其他工程，因此，探索快速、高效的TBM洞内刀盘修复技术非常有必要。
引汉济渭工程秦岭隧洞全长81.8 km，岭南TBM段全长18.275 km，位于秦岭岭脊高中山区及岭南中低山区，地形起伏，隧道埋 深 为 500～
2 000 m。岩性主要以花岗岩、石英岩为主，占标段围岩总量的75%以上，单轴干抗压强度为96.7～242 MPa，完整系数为0.59～0.89，石英含量为58%～97%，耐磨值为5～7，围岩类别以Ⅱ类为主，占总掘进长度的72.9%，Ⅰ类围岩占16.7%，Ⅲ类围岩占6.5%，Ⅳ类围岩占2.9%，Ⅴ类围岩占1%。地表水较发育，地下水为基岩裂隙水，水量较丰富，全隧道可能发生的最大涌水量为41 000 m3/d。
岭南TBM段采用直径为8.02 m的敞开式TBM施工，刀盘上布置了4把长17 in(1in=2.54 cm)的中心双刃滚刀、31把长20 in的正滚刀、12把长20 in的边滚刀，刀盘本体结构件包括刀盘本体、刀箱、刮板座、挡渣块、Ⅴ型块、耐磨层、人孔等，其结构布置情况见图1。在该工程施工过程中，受极硬岩、高磨蚀地层影响，刀盘附属结构件损坏严重，如挡渣块磨损/断裂、刮板座变形开裂、Ⅴ型块磨损、刀座结合面磨损、耐磨层快速磨损等，TBM每掘进一段距离就必须停机对TBM刀盘进行及时修复，以确保TBM刀盘的安全可靠。
2 刀盘洞内修复关键技术
2.1 刀盘洞内修复的施作流程
开挖工作洞室→搭建工作平台、拆除刀具→修复刮板座，同步进行滚刀刀座、Ⅴ型耐磨块/耐磨条、挡渣块、刀盘面板的修复→焊接完成并经检验合格后收尾
并安装刀具→恢复掘进。
2.2 工作洞室的扩挖及作业平台的搭建
为了焊接刮板座及侧边耐磨条，需要在主洞左侧及右侧距离掌子面一段距离位置处各开挖一个底部宽1.2 m、顶部宽0.8 m，高1.5 m，0.6 m深的检修坑道(图2)，采用弱爆破施工。检修坑道开挖完成后，及时进行石渣清理，然后观察坑道内及周边围岩的情况，实施喷混凝土支护工作。 2.3 刀盘附属部件采用的修复技术 2.3.1 刮板座与挡渣块的修复
刮板座的修复：首先对损坏的刮板座使用碳刨刨除，再用角磨机打磨，以母板上的定位销孔对新刮板座进行定位，定位完成后，对需焊接的位置先加热到80 ℃左右，使用二保焊机对其进行焊接，焊完后自然冷却，然后进行下一个位置的刮板座修复。需要特别注意的是：检修刮板座时只允许反转刀盘调整工作位置。
挡渣块的修复：首先将磨损严重的挡渣块及进渣口圆弧位置磨损严重的钢板割除，量取进渣口圆弧位置需修补的钢板尺寸，用50 mm厚的钢板进行下料、定位、焊接，焊接完成后，在其背部加1～2个30 mm厚的三角筋板并进行固定焊接；进渣口圆弧位置修复完成后，从刮板仓内侧向外侧方向按照200 mm的间距对挡渣块进行定位，将焊接面加温到80 ℃左右后使用二保焊机对其进行焊接，焊完后自然冷却。
刮板座和挡渣块的材料为HARDOX 450钢板，修复前后的对比情况见图3、4。 2.3.2 滚刀刀座与V型块的修复
滚刀刀座的修复：以未磨损的面为基准面，对刀座磨损的位置用不锈钢焊条进
高磨蚀地层TBM刀盘洞内快速修复技术研究
