盾构机卡刀盘解决办法

原浆隧道施工现场今天又到了原安号换刀的日子。刀盘和刀具就像盾构机的牙床和牙齿， 刀具镶嵌在刀盘上，犹如牙齿与牙床相合，以万军之力向前推进，入地试土，破山碎石所向披靡， 也使得刀盘和刀具成为了盾构机身上磨损消耗最厉害的部分。 一般情况下，盾构机平均每前近两百米就需要更换刀具，刀盘上大大小小上百把刀具，每更换一把，少则需要十小时，长则需要三次。 众所周知，地下越深，水土压力就越高，一般每下降十米，地下水土压力就会增加一个大气压。当盾构机在地下四五十米处绝境时，刀盘和盾体会承受四到五个大气压， 是地面大气压的四到五倍。为了便于更换刀具，设计师在刀盘和钝体之间设置了密闭过渡舱，也叫人舱， 冲入压缩空气，使之保持在四到五个大气压，与周围土体压力达到平衡。当刀具磨损后，换刀源必须进入高压工作舱进行人工换刀， 而这 正常人体是无法在高压下工作的，这需要具备高压作业经验的潜水员在进入高压工作舱换道之前，先进入一个与工作舱联通的过渡舱，经历长达四小时的加压过程。 握动舱内的压力与工作舱内的压力达到一致时，意味着作业人员已经适应了高压，可以进入工作舱进行换刀了。待完成换刀后， 作业人员必须再返回过渡舱，经过四小时的减压才能重新回到地面。

这不是一场喷雪花的表演秀，而是刀盘喷洒改良剂的一次实验。原来，盾构机在黏土层掘进时，最怕出现糊刀盘现象。所谓糊刀盘，就是粘土在刀盘表面结成泥饼，把出渣口堵死，导致碎石、渣土无法顺利排出。 这就好比绝境工程得了长梗阻。这个时候，安装在刀盘上的特质喷头就开始发挥作用了，通过喷头向黏土喷洒改良剂，降低土壤的粘度，增加土壤的流动性，胡刀盘问题就会迎刃而解。

打隧道竟然把长江打漏气了，还把盾构机卡在了七十多米深的长江底部，无法动弹！这是扬子江隧道掘进过程中出现了惊险一幕。 当时盾构机掘进刚穿过长江大堤，前面的刀盘突然被卡住，无法转动。至于什么原因导致的盾构机被卡，大家一开始都很懵。盾构机采用的是两台我国自主研发的天河号和天河一号，整个盾构机长达一百三十二米，刀盘直径十四点九三米， 相当于五层楼的高度。把这么一个庞然大物卡在长江下面，那个压迫感可想而知。一开始大家都怀疑可能是自家产的盾构机有问题，但是通过各种检查，依旧是找不到具体的原因，所以工程只能暂时停工。 就在这个时候，一个令所有人都头皮发麻的情况出现了。最开始是江面上的往来船只发现江水有异常，然后把情况及时反馈给了巡逻的海景，海景现场核实后发现 长江漏气了，又将电话第一时间打到了项目上，说是长江被击穿了，让赶紧派人去现场查看。这一看完了，长江真的漏气了，而且漏气的地方就在盾构机被卡位置的上方，冲开了一个深度大概八米左右，呈漏斗型的大洞。 项目得知这一情况后，除了紧张，更多的是害怕，这就好像是把天上捅了一个大窟窿一样，因为一旦处理不好，整个长江水就会顺着隧道形成倒灌，那后果是不敢想象的，因为绝境刚过了大堤，一旦大堤被冲垮，意味着长江就绝堤了。 经过分析后才发现，漏气的原因是因为这个地方副土层太薄，盾构机推进过程中将将底击穿了，这是工程师最担心的情况。不幸中的万幸是得亏发现及时，工程师赶紧调来船只，运送了大量的沙袋，将将底击穿的窟窿及时填补上，这一危机算是稳妥处理。接下来就是要 尽快找到盾构机被卡的真正原因到底是什么？整个扬子江隧道，它是分为南线和北线，南线全长七点三公里，北线全长七公里，是当时全世界同类隧道中规模最大、长度最长、地质最复杂的隧道。因为盾构机自身一时没有找到被卡的原因，工程师只能换个思路 查看当时盾构机被卡位置的地质情况。从前期的地质勘察报告中显示，这个地方是沙层，不存在其他坚硬的物质，应该是很容易就能推进的。 随后，工程师又来到南京长江水利院，在历年的水温地质报告中终于找到了答案。原来是上个世纪五十年代，为了抗击长江洪水，南京曾向长江大量抛石， 这些直径大约五十厘米的石块经过江水多年的冲刷，陷入泥沙里面，形成了飘石。也就是说，这些石块有很大的随机性，没有什么规律可言，指不定在哪里就会通过盾构机的刀盘卡在盾构机的 循环系统里面。就算是前期钻探也很难发现这些石块，因为这些石块周围都是松动的钻头，一碰到这些石块，石块很容易就会划走。所以工程师断定，应该就是有大石块卡在了盾构机的循环系统中，但是要在长达两公里的管道中找到被卡的位置也不是一件简单的事情， 他们只能拿个锤子不断的敲击管道，通过声音辨别异常，找到被卡的位置，然后再切开管道，取出石块。最终盾构机在长枪下面被卡了五十九天之后，终于再次启动， 所有人也都露出了久违的笑容。而这仅仅只是长江给工程上的第一课，其实每一项工程都远比我们想象的要难很多，只是很少有人知道这些工程人所经历过的煎熬与痛苦和他们身上所背负的责任，必须为他们点赞！

盾构机在长江底部挖掘时，突然被不明物质卡住了！这是我国在修建南京扬子江隧道时遇到的惊险一幕。二零一五年七月二日，盾构机在长江水下已经挖掘了九百多天了。而就在工程师们焦急的排查是哪部分出现了问题时， 一个更麻烦的事情接踵而至。长江的巡逻海警发现，在长江水面上涌出了大量气体。工程师赶到现场后发现，漏气的位置正好处在盾构机卡住的正上方。经过检查后发现，原来是盾构机挖掘的区域负土较薄，在推进的过程中把江底击穿了。 而此时隧道的位置刚好过了大堤，如果不及时处理，很大可能会出现江水倒灌进隧道。施工团队迅速调来沙袋仙江洞口暂时堵住， 此时的当务之急，还是要赶紧查出是什么东西堵住了盾构机。在前期的地质勘探显示，长江的江底主要是沙层，而这种地质是绝不会对盾构机产生任何威胁的。专家们又翻阅了近二十年长江的水文资料， 发现在上世纪五十年代，南京为了抗击洪水，向长江抛入了大量石块，经过了多年的冲刷，全都堆积在了长江的江堤边。工程师们判断，可能正是这些大石块卡在了盾构机里。然而，盾构机的循环系统长达两公里，里面全都灌满了砂石，很难找到堵塞的具体位置。 工人只能采用最为原始的方法，通过敲击管道发出的声响来判断大石块卡住的位置。由于长江底部有一段长达五百的硬岩层，这里岩石的最高强度高达一百二十兆帕，导致盾构机前端的刀盘磨损严重，频繁损坏。 而更换刀头就需要工人进入盾构机前端的刀盘位置，而隧道的位置位于长江以下七十米，这里的水压高达零点七兆帕，是世界盾构工程中遇到的最高水压。 普通人进去之后就跟喝醉了酒一样，动都动不了，更别说还要去更换重达二百多斤的刀头了。最终还是德国的一家公司愿意派人来援助我们解决这一难题。这些人员之前都是潜艇部队退役下来的潜艇兵， 可即便如此，他们每次的工作时间也不能超过五十分钟，而且每次回到地面后，工人们还要在减压舱里待上三小时， 以至于连续工作了一个月才更换了一把滚刀。要按照这样的效率，整个隧道要贯通至少要十年才能完工。为此，科研团队专门为工程设计了一套减压系统， 在减压舱内分别注入了氮气和氧气。要下前道江底进行工作时，会用吊机吊起生活舱，由货车运输到指定的隧道井内，再通过索道滑行至盾构机的刀头前端， 在用管片拼装机旋转至固定的平台上，与盾构机前端的工作舱对接。对接成功后，进入工作舱开始刀具的更换作业，工作完成后再进入生活舱返回地面。这一整套系统使工作效率提升了数十倍不止， 五十多名德国工人仅用了不到一年的时间，就在长江水下更换掉了一千多把刀具，才完成了这段五百米的沿层穿透工作。

当工人们打开舱门，眼前的景象让他们倒吸一口凉气。一块巨大的潜藏岩石死死卡住了刀盘。在这海底三十米深处的狭小空间里，大型设备毫无用武之地。唯一的办法就是用最原始的方式，手持振锤器，把石头一点点击碎，再徒手搬出来。这不仅是体力的极限挑战，更是与死神的赛跑。埋藏在地下的有毒气体随时可能渗出， 墙上的危险气体探测仪是他们唯一的生命线，一旦报警，必须立刻撤离。经过四小时轮班奋战，搬出近两吨碎石后，机器终于恢复正常。可就在大家松一口气时，新的危机又接踵而至。海底的复杂性远超想象。

技术背景，盾构机刀具的配置直接影响绝境速度，并决定着方案选择的成败。为满足局部应严开挖要求， 盾构机通常在复合地层中要配置滚刀，但传统滚刀通常在软土地层中因摩擦力不足而无法转动，亦造成刀圈偏磨，再次遇到硬岩滚刀便无法转动， 尤其刀盘中心区滚刀线速度小贺再大，更易出现此问题。 专利说明，为提高盾构机在软硬地层中频繁切换滚刀的适用性和耐久性，中铁十二局集团王海团队通过技术公关 从材质、工艺、构造等方面对传统滚刀进行改进，其特征包括刀轴、刀圈、合金贬尺、网状耐磨层、耐磨堆汗。专利特点， 一、刀宣表面呼和碳化污耐磨层碳化污材料具有高熔点、高硬度以及良好的稳定性。本专利采用碳化污颗粒融乎焊，颗粒直径达到了一至三毫米，每个刀 圈碳化乌颗粒含量达到了两千克以上。二、刀圈外边缘嵌入核心扁尺，核心洁面形状为先行尺寸为直径二十二乘以四十，白身为三十六毫米， 利于连续破延，且可有效减少刀具在硬延中磕碰东角的可能性。 三、整体韧性提高采用重型合金贬值含谷量提高，使合金的韧性提高了百分之二十以上。刀圈更是采用中碳高合金结构钢， 其韧性达到了普通光圈的六至十倍，取得成效。该专利应用有效提高了 刀在布格地层中的适应性，既避免了刀具在硬点地层中磕碰东角，又保证了在软土地层中能够正常转动，避免偏磨，最大限度的减少换刀次数，延长了刀具寿命，进而提高了绝境效率，降低了施工风险。