分瓣式刀盘的洞内拆卸探讨

（中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450016）

在新加坡地铁隧道施工过程中，大多数盾构在施工完成后都要面临洞内拆机的情况，需要将整个盾构的所有设备从施工完成的隧道内拆除和运输，结合盾构自身特点和洞内的空间条件，通过设计合理的盾构刀盘结构以及合理的拆卸方案保证刀盘的二次利用。下面以新加坡T311 项目为例详细介绍刀盘的设计及拆卸过程。

1 刀盘设计校核

结合新加坡的施工要求以及后期的恢复的便利性，特设计了新型的刀盘结构，如图1 所示，将刀盘总体分为3 块，2 块面板，刀盘扭腿和法兰为1 块。

图1 刀盘分块图

2 个面板之间通过螺栓和定位销进行连接，大大减少了后期的焊接的工作量。对刀盘分块的连接螺栓进行有限元强度计算，校核其是否满足强度要求，如图2 所示，对刀盘模型划分网格。

图2 刀盘模型网格划分

计算结果如图3 所示，最大等效应力发生在最外侧连接螺栓上，大小为177.3MPa。螺栓为10.9 级高强度螺栓，材料屈服强度为900MPa，许用应力为630MPa，因此螺栓满足强度要求。

图3 刀盘连接螺栓有限元分析

由于刀盘在实际使用过程中会发生刀盘的正反转，为了提高扭腿与面板之间的连接强度，面板和刀盘采用螺栓加焊接的方式，对螺栓及焊缝的强度进行计算，计算过程如下。

1）忽略焊缝的影响，只考虑扭腿法兰上的螺栓预紧力，定义螺栓预紧力产生的摩擦力为F1，F1能够传递的F1矩为T1。

式中P——M36 螺栓预紧力；

μ——法兰间的摩擦系数；

n——螺栓的数量；

ri——螺栓中心到刀盘中心的距离（图4)。

图4 螺栓中心到刀盘中心的距离图

2）在没有螺栓的情况下，扭腿法兰上的焊缝能够承受的最大剪切力为F2。

如图5所示，计算刀盘扭腿处焊缝连接强度。

图5 刀盘扭腿与面板的焊接情况

件68 尺寸如图6 所示，因其与件67 采用圆周角焊缝连接，焊缝计算长度为Σlf=2794mm；焊接计算高度为hf=23mm；焊接时，Q345B 材料的焊接许用切应力为[τh]1。

图6 件68尺寸图

式中 [σ]为Q345B 材料的最大许用应力。

计算得到焊接时焊缝承受的最大剪切力

以焊缝距中心最小距离为力臂L2=1.348m，则焊缝可提供的力矩为

根据栓焊理论计算栓焊强度比a为

在此种焊缝承载力远大于螺栓承载力的情况下，螺栓承载力充分发挥，可达自身能力的98%～100%，在总扭矩T=6000kNm力矩的情况下，螺栓承受5 305.23～5 413.5kNm 的扭矩，焊缝承受的扭矩为T2′=T-T1=6000-5413.5（5305.23）=586.5～694.77kNm。按照螺栓承受最小的扭矩计算、螺栓可承受88%的扭矩，焊缝承受12%的扭矩。T2′＜T2′因此实际情况焊缝承受较小的扭矩，但有充足的余量，满足工况使用要求。因此扭矩主要是靠连接螺栓承受，焊缝作为辅助连接作用，平键作为安全保障。

2 刀盘拆卸

2.1 刀盘拆卸准备

盾构完成掘进后，主机进入加固区，要保证在拆机时地质稳定，并且防止地下水泄露将隧道淹没。通过超挖刀将加固区内单边扩挖100mm，之后通过主动铰接将主机进行后退，保证刀盘前部有一定的操作空间。停机时将刀盘面板的分块法兰水平放置，刀盘面板小块在上，大块在下。将刀盘上的可拆卸的刀具进行拆除，例如滚刀、刮刀等，以减轻刀盘的重量，并且为刀盘拆卸腾出空间，拆除刀盘以外的其余部件，并运出洞外。

如图7 所示，在拆卸主驱动之前将刀盘与盾体进行固定，采用12 个固定的卡板，分别将刀盘的四周进行固定。

图7 刀盘与盾体的固定卡板

2.2 刀盘扭腿拆卸

在盾体和扭腿上选择合适的吊点悬挂倒链，将扭腿和面板之间的焊缝刨除，并松掉螺栓；利用倒链将刀盘扭腿放置在运输车上，并将其运出洞外（图8）。

图8 刀盘扭腿的拆卸过程

2.3 刀盘上块拆卸

如图9 所示，在刀盘的上块、下块分别焊接5 个吊耳，5 个吊耳分别布置在刀盘的中间、左下、右下、左上、右上，用于拆卸时调节使用，左下、右下和中间的吊耳悬挂20t 的葫芦，在右上和左上的吊耳悬挂10t 的葫芦。

在下块上悬挂倒链并拉紧，将下块的卡板割除，拆除上块和下块的连接螺栓，慢慢地下放下块，将下块落到底，之后再将下块用卡板进行重新固定，保证下块不会倾倒。

在上块上悬挂倒链并拉紧，将上块的卡板割除，利用上块上的5 个倒链慢慢下放上块，并倾斜上块，将一侧慢慢移近盾体内部，并慢慢旋转，将上块一侧全部慢慢移入盾体，并将上块平放。

图9 刀盘上的吊点布置

图10 刀盘上块的拆卸过程

2.4 刀盘下块拆卸

下块的拆卸与上块的拆卸类似，同样利用5个倒链慢慢将下块拆卸完成，并放置到运输车上。

3 结语

新加坡T311 项目刀盘的设计以及拆机得到了成功的应用，但是由于洞内拆卸刀盘的情况复杂多样，这种方式也有局限性，希望可以为类似的工程提供参考价值。