（中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450016）

在新加坡地鐵隧道施工過(guò)程中，大多數(shù)盾構(gòu)在施工完成后都要面臨洞內(nèi)拆機(jī)的情況，需要將整個(gè)盾構(gòu)的所有設(shè)備從施工完成的隧道內(nèi)拆除和運(yùn)輸，結(jié)合盾構(gòu)自身特點(diǎn)和洞內(nèi)的空間條件，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的盾構(gòu)刀盤結(jié)構(gòu)以及合理的拆卸方案保證刀盤的二次利用。下面以新加坡T311 項(xiàng)目為例詳細(xì)介紹刀盤的設(shè)計(jì)及拆卸過(guò)程。

1 刀盤設(shè)計(jì)校核

結(jié)合新加坡的施工要求以及后期的恢復(fù)的便利性，特設(shè)計(jì)了新型的刀盤結(jié)構(gòu)，如圖1 所示，將刀盤總體分為3 塊，2 塊面板，刀盤扭腿和法蘭為1 塊。

圖1 刀盤分塊圖

2 個(gè)面板之間通過(guò)螺栓和定位銷進(jìn)行連接，大大減少了后期的焊接的工作量。對(duì)刀盤分塊的連接螺栓進(jìn)行有限元強(qiáng)度計(jì)算，校核其是否滿足強(qiáng)度要求，如圖2 所示，對(duì)刀盤模型劃分網(wǎng)格。

圖2 刀盤模型網(wǎng)格劃分

計(jì)算結(jié)果如圖3 所示，最大等效應(yīng)力發(fā)生在最外側(cè)連接螺栓上，大小為177.3MPa。螺栓為10.9 級(jí)高強(qiáng)度螺栓，材料屈服強(qiáng)度為900MPa，許用應(yīng)力為630MPa，因此螺栓滿足強(qiáng)度要求。

圖3 刀盤連接螺栓有限元分析

由于刀盤在實(shí)際使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生刀盤的正反轉(zhuǎn)，為了提高扭腿與面板之間的連接強(qiáng)度，面板和刀盤采用螺栓加焊接的方式，對(duì)螺栓及焊縫的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如下。

1）忽略焊縫的影響，只考慮扭腿法蘭上的螺栓預(yù)緊力，定義螺栓預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力為F1，F(xiàn)1能夠傳遞的F1矩為T1。

式中P——M36 螺栓預(yù)緊力；

μ——法蘭間的摩擦系數(shù)；

n——螺栓的數(shù)量；

ri——螺栓中心到刀盤中心的距離（圖4)。

圖4 螺栓中心到刀盤中心的距離圖

2）在沒有螺栓的情況下，扭腿法蘭上的焊縫能夠承受的最大剪切力為F2。

如圖5所示，計(jì)算刀盤扭腿處焊縫連接強(qiáng)度。

圖5 刀盤扭腿與面板的焊接情況

件68 尺寸如圖6 所示，因其與件67 采用圓周角焊縫連接，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為Σlf=2794mm；焊接計(jì)算高度為hf=23mm；焊接時(shí)，Q345B 材料的焊接許用切應(yīng)力為[τh]1。

圖6 件68尺寸圖

式中 [σ]為Q345B 材料的最大許用應(yīng)力。

計(jì)算得到焊接時(shí)焊縫承受的最大剪切力

以焊縫距中心最小距離為力臂L2=1.348m，則焊縫可提供的力矩為

根據(jù)栓焊理論計(jì)算栓焊強(qiáng)度比a為

在此種焊縫承載力遠(yuǎn)大于螺栓承載力的情況下，螺栓承載力充分發(fā)揮，可達(dá)自身能力的98%～100%，在總扭矩T=6000kNm力矩的情況下，螺栓承受5 305.23～5 413.5kNm 的扭矩，焊縫承受的扭矩為T2′=T-T1=6000-5413.5（5305.23）=586.5～694.77kNm。按照螺栓承受最小的扭矩計(jì)算、螺栓可承受88%的扭矩，焊縫承受12%的扭矩。T2′＜T2′因此實(shí)際情況焊縫承受較小的扭矩，但有充足的余量，滿足工況使用要求。因此扭矩主要是靠連接螺栓承受，焊縫作為輔助連接作用，平鍵作為安全保障。

2 刀盤拆卸

2.1 刀盤拆卸準(zhǔn)備

盾構(gòu)完成掘進(jìn)后，主機(jī)進(jìn)入加固區(qū)，要保證在拆機(jī)時(shí)地質(zhì)穩(wěn)定，并且防止地下水泄露將隧道淹沒。通過(guò)超挖刀將加固區(qū)內(nèi)單邊擴(kuò)挖100mm，之后通過(guò)主動(dòng)鉸接將主機(jī)進(jìn)行后退，保證刀盤前部有一定的操作空間。停機(jī)時(shí)將刀盤面板的分塊法蘭水平放置，刀盤面板小塊在上，大塊在下。將刀盤上的可拆卸的刀具進(jìn)行拆除，例如滾刀、刮刀等，以減輕刀盤的重量，并且為刀盤拆卸騰出空間，拆除刀盤以外的其余部件，并運(yùn)出洞外。

如圖7 所示，在拆卸主驅(qū)動(dòng)之前將刀盤與盾體進(jìn)行固定，采用12 個(gè)固定的卡板，分別將刀盤的四周進(jìn)行固定。

圖7 刀盤與盾體的固定卡板

2.2 刀盤扭腿拆卸

在盾體和扭腿上選擇合適的吊點(diǎn)懸掛倒鏈，將扭腿和面板之間的焊縫刨除，并松掉螺栓；利用倒鏈將刀盤扭腿放置在運(yùn)輸車上，并將其運(yùn)出洞外（圖8）。

圖8 刀盤扭腿的拆卸過(guò)程

2.3 刀盤上塊拆卸

如圖9 所示，在刀盤的上塊、下塊分別焊接5 個(gè)吊耳，5 個(gè)吊耳分別布置在刀盤的中間、左下、右下、左上、右上，用于拆卸時(shí)調(diào)節(jié)使用，左下、右下和中間的吊耳懸掛20t 的葫蘆，在右上和左上的吊耳懸掛10t 的葫蘆。

在下塊上懸掛倒鏈并拉緊，將下塊的卡板割除，拆除上塊和下塊的連接螺栓，慢慢地下放下塊，將下塊落到底，之后再將下塊用卡板進(jìn)行重新固定，保證下塊不會(huì)傾倒。

在上塊上懸掛倒鏈并拉緊，將上塊的卡板割除，利用上塊上的5 個(gè)倒鏈慢慢下放上塊，并傾斜上塊，將一側(cè)慢慢移近盾體內(nèi)部，并慢慢旋轉(zhuǎn)，將上塊一側(cè)全部慢慢移入盾體，并將上塊平放。

圖9 刀盤上的吊點(diǎn)布置

圖10 刀盤上塊的拆卸過(guò)程

2.4 刀盤下塊拆卸

下塊的拆卸與上塊的拆卸類似，同樣利用5個(gè)倒鏈慢慢將下塊拆卸完成，并放置到運(yùn)輸車上。

3 結(jié)語(yǔ)

新加坡T311 項(xiàng)目刀盤的設(shè)計(jì)以及拆機(jī)得到了成功的應(yīng)用，但是由于洞內(nèi)拆卸刀盤的情況復(fù)雜多樣，這種方式也有局限性，希望可以為類似的工程提供參考價(jià)值。