盾构刀盘隧道内磨损修复施工方法技术领域
本发明属于盾构刀盘修复技术领域，具体涉及一种盾构刀盘隧道内磨损修复施工
方法。
背景技术
盾构机多用于地下隧道施工，在施工过程中隧道地质复杂且多数为复合地层，即
全断面软岩、上软下硬、全断面硬岩交替出现，在掘进过程中作为盾构机关键部件之一的刀
盘起着开挖地层，支撑掌子面，搅拌渣土的作用，其工作条件极其恶劣，受力复杂，是盾构机
检查维护的主要部件，刀盘的好坏将直接影响盾构施工能否顺利进行。对于地表房屋覆盖
率高，且多为老旧无基础土砖房的上软下硬地层，为控制在复合地层中地表房屋沉降，采取
满仓高压的掘进模式，这样会使盾构机长期处于大推力，大扭矩，偏载荷的恶劣工况下，刀
盘外缘磨损严重，需对盾构机刀盘及时进行修复，现有的盾构机刀盘修复多采用地面挖井
的方式对盾构机刀盘进行修复，施工成本高，工艺复杂，严重影响工期；另外，现有的更换刀
具刀座多采用常规的更换，隧道内空间狭小，刀具刀座笨重，更换不方便，给施工带来了不
必要的麻烦，严重影响工期。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盾构刀盘
隧道内磨损修复施工方法，利用全断面硬岩位置处掌子面的稳固，进行隧道内刀盘磨损修
复，避免地面开井，节约成本，同时采用预制且设计有定位通孔的刮刀刀座覆盖焊接施工，
避免安装原有笨重刮刀刀座时的定位困难，节约了成本，缩短了工期，使在狭小空间内更换
刮刀刀座方便可行，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：盾构刀盘隧道内磨损修复施工
方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、开凿隧道内刀盘修复工作空间：盾构机掘进至全断面硬岩停止运行，利用
全断面硬岩位置处掌子面的稳固，人工开凿刀盘修复工作空间；
所述刀盘修复工作空间为位于刀盘十二点钟方向的纵深1m且距离盾壳顶部0.5m
的立体空间；
步骤二、隧道内刀盘外缘磨损修复，过程如下：
步骤201、外缘大环磨损修复：首先，维修人员位于所述刀盘修复工作空间内对磨
损外缘大环外侧一周连续焊接外缘大环钢板加固磨损外缘大环，其中，磨损外缘大环的实
际高度为L1，外缘大环钢板高度L2满足L2＝L-L1-e，L为刀盘外缘原有母体大环的高度，e为
磨损外缘大环与外缘大环钢板之间的焊接高度；然后，维修人员在两个外缘大环钢板之间
的外缘大环焊缝上焊接耐磨复合板，相邻的两个耐磨复合板之间间隔一条所述外缘大环焊
缝；
步骤202、切口环磨损修复，过程如下：
步骤a、搭设焊接平台：在盾构机土仓上半部搭设焊接平台，所述焊接平台避开刀
盘搅拌棒，维修人员位于土仓内的焊接平台修复切口环磨损；
步骤b、土仓通风：采用鼓风机为土仓通风，将所述鼓风机设置在人闸仓门十二点
钟方向位置处向人闸仓门九点钟方向吹风，形成空气对流对土仓通风；
步骤c、磨损切口环钢板的加固：维修人员位于土仓内的焊接平台上对磨损切口环
钢板外侧一周连续焊接切口环钢板加固磨损切口环钢板，其中，磨损切口环钢板的磨损边
缘实际高度为H1，切口环钢板高度为H2；
所述磨损切口环钢板由刀盘原有母体切口环磨穿N处后形成，其中，N为正整数且N
大于等于二；
步骤d、切口环复合板的焊接：维修人员在两个切口环钢板之间的切口环焊缝上焊
接切口环复合板，所述切口环复合板包括第一切口环复合板和第二切口环复合板，第一切
口环复合板和第二切口环复合板交替焊接在各个切口环焊缝上，第一切口环复合板和第二
切口环复合板的高度H3满足H3≥H-H1-H2，H为刀盘原有母体切口环的高度；
步骤203、斜面折板磨损修复：维修人员位于所述刀盘修复工作空间内采用斜面折
板复合板对设置在滚刀刀箱外侧的斜面折板进行修复，斜面折板复合板呈斜角焊接且焊接
高度为H4；
步骤三、隧道内刀盘面板磨损修复，过程如下：
步骤301、大刮刀刀座磨损修复：首先，预制与原有大刮刀刀座结构相同的新大刮
刀刀座且新大刮刀刀座的厚度为S1，所述新大刮刀刀座上设置的螺纹通孔与原有大刮刀刀
座上的螺纹通孔数量及位置对应；然后，对所述新大刮刀刀座钢板的焊接面四周进行倒角；
最后，在所述刀盘修复工作空间将所述新大刮刀刀座对应焊接在原有大刮刀刀座上，并对
所述新大刮刀刀座与原有大刮刀刀座之间悬空空间进行加设三角筋板支撑；
步骤302、外圈小刮刀刀座磨损修复：首先，预制与原有外圈小刮刀刀座结构相同
的新外圈小刮刀刀座且新外圈小刮刀刀座的厚度为S2，所述新外圈小刮刀刀座上设置的螺
纹通孔与原有外圈小刮刀刀座上的螺纹通孔数量及位置对应；然后，对所述新外圈小刮刀
刀座钢板的焊接面四周进行倒角；最后，在所述刀盘修复工作空间将所述新外圈小刮刀刀
座对应焊接在原有外圈小刮刀刀座上；
步骤303、滚刀刀箱焊缝磨损修复：首先，维修人员位于所述刀盘修复工作空间内
将滚刀刀箱所在前安装面和后安装面与刀盘母体进行焊接；然后，在滚刀刀箱四周焊接与
滚刀刀箱周长等长度的钢条。
上述的盾构刀盘隧道内磨损修复施工方法，其特征在于：步骤201中耐磨复合板为
双金属复合耐磨板，所述双金属复合耐磨板采用电弧焊的方式焊接在两个外缘大环钢板之
间的外缘大环焊缝上。
上述的盾构刀盘隧道内磨损修复施工方法，其特征在于：步骤203中斜面折板复合
板的数量为偶数个，成对布设的斜面折板复合板分别设置在斜面折板的两端。
上述的盾构刀盘隧道内磨损修复施工方法，其特征在于：步骤301中在所述刀盘修
复工作空间将所述新大刮刀刀座对应焊接在原有大刮刀刀座上之前需对原有大刮刀刀座
进行打磨清理；步骤302中在所述刀盘修复工作空间将所述新外圈小刮刀刀座对应焊接在
原有外圈小刮刀刀座上之前需对原有外圈小刮刀刀座进行打磨清理。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用盾构机掘进找到隧道内的全断面硬岩，全断面硬岩地质结构稳固，
为隧道内刀盘修复提供先决条件，可在全断面硬岩开凿刀盘修复工作空间，避免地面开井
并单一的修复刀盘磨损，节约开挖填补成本，便于推广使用。
2、本发明在隧道内进行刀盘外缘磨损修复，在磨损外缘大环上采用外缘大环钢板
和耐磨复合板结合的方式代替刀盘外缘原有母体大环；在隧道内盾构机的土仓上半部搭设
焊接平台，维修人员位于土仓内的焊接平台修复切口环磨损，在磨损切口环钢板上采用切
口环钢板和切口环复合板结合的方式代替刀盘原有母体切口环，耐磨性增强。
3、本发明在隧道内进行刀盘面板磨损修复，采用预制且设计有定位通孔的刀座覆
盖焊接施工，增加原有刀盘面板的耐磨行和稳固性，效果好。
综上所述，本发明设计新颖合理，利用全断面硬岩位置处掌子面的稳固，进行隧道
内刀盘磨损修复，避免地面开井，节约成本，同时采用预制且设计有定位通孔的刮刀刀座覆
盖焊接施工，避免安装原有笨重刮刀刀座时的定位困难，节约了成本，缩短了工期，使在狭
小空间内更换刮刀刀座方便可行，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明刀盘外缘磨损前结构示意图。
图2为本发明刀盘外缘磨损后的结构示意图。
图3为图2焊接外缘大环钢板后的结构示意图。
图4为图3外缘大环钢板焊接的俯视图。
图5为图3焊接耐磨复合板后的结构示意图。
图6为图5耐磨复合板与外缘大环钢板焊接的俯视图。
图7为图5焊接切口环钢板后的结构示意图。
图8为图7切口环钢板焊接后效果图。
图9为图7焊接切口环复合板后的结构示意图。
图10为图9切口环钢板与切口环复合板焊接后效果图。
图11为图9焊接斜面折板复合板后的结构示意图。
图12为图11斜面折板与斜面折板复合板焊接后效果图。
图13为本发明盾构刀盘隧道内磨损修复施工方法的方法流程框图。附图标记说
明:
1—盾壳； 2—斜面折板； 3—磨损切口环钢板；
4—磨损外缘大环； 5—弧形耐磨板； 6—外缘大环钢板；
7—耐磨复合板； 8—切口环钢板； 9—第一切口环复合板；
10—第二切口环复合板； 11—斜面折板复合板；
13—滚刀刀箱； 14—刀盘外缘原有母体大环；
15—刀盘原有母体切口环。
具体实施方式
如图1至图13所示，本发明盾构刀盘隧道内磨损修复施工方法，包括以下步骤：
步骤一、开凿隧道内刀盘修复工作空间：盾构机掘进至全断面硬岩停止运行，利用
全断面硬岩位置处掌子面的稳固，人工开凿刀盘修复工作空间；
所述刀盘修复工作空间为位于刀盘十二点钟方向的纵深1m且距离盾壳1顶部0.5m
的立体空间；
实际施工中，盾构机进入全断面硬岩，利用全断面硬岩掌子面稳定特点，进行隧道
内刀盘磨损修复，避免地面开井并单一的修复刀盘磨损，节约开挖填补成本。
步骤二、隧道内刀盘外缘磨损修复，过程如下：
如图3至图6所示，步骤201、外缘大环磨损修复：首先，维修人员位于所述刀盘修复
工作空间内对磨损外缘大环4外侧一周连续焊接外缘大环钢板6加固磨损外缘大环4，其中，
磨损外缘大环4的实际高度为L1，外缘大环钢板6高度L2满足L2＝L-L1-e，L为刀盘外缘原有
母体大环14的高度，e为磨损外缘大环4与外缘大环钢板6之间的焊接高度；然后，维修人员
在两个外缘大环钢板6之间的外缘大环焊缝上焊接耐磨复合板7，相邻的两个耐磨复合板7
之间间隔一条所述外缘大环焊缝；
本实施例中，步骤201中耐磨复合板7为双金属复合耐磨板，所述双金属复合耐磨
板采用电弧焊的方式焊接在两个外缘大环钢板6之间的外缘大环焊缝上。
实际焊接中，所述双金属复合耐磨板采用碳化铬合金含量为20-30％的复合耐磨
板，碳化铬合金含量为20-30％的复合耐磨板适用于磨损极为严重的环境。
如图1至图6所示，实际使用中，修复高度累加原则不得超过原刀盘外形尺寸，刀盘
外缘原有母体大环14是刀盘径向的最外侧，将刀盘的辐条和面板串联在一起，磨损外缘大
环4与外缘大环钢板6焊接后形成的整体结构代替刀盘外缘原有母体大环14且高度与刀盘
外缘原有母体大环14相等，刀盘外缘原有母体大环14上设置有12把保径刀用于保证开挖断
面的直径，刀盘外缘原有母体大环14上保径刀的两侧均设置有保护保径刀的弧形耐磨板5，
焊接耐磨复合板7是为了代替12把保径刀和弧形耐磨板5保证开挖断面的直径的同时具有
耐磨作用，耐磨复合板7焊接在两个外缘大环钢板6之间的外缘大环焊缝上且相邻的两个耐
磨复合板7之间间隔一条所述外缘大环焊缝，因此耐磨复合板7的焊接数量为外缘大环钢板
6的一半。
实际焊接时，采用结构相同的外缘大环钢板6依次铺设在磨损外缘大环4外侧，相
邻的两个外缘大环钢板6之间外缘大环焊缝宽度不小于1.5cm，每个外缘大环钢板6的焊接
面需预留出1cm的焊接坡口。
本实施例中，刀盘外缘原有母体大环14的高度L为8cm，磨损外缘大环4的实际高度
L1为5cm，因此外缘大环钢板6尺寸采用20cm×17cm×2.5cm的补焊钢板，耐磨复合板7采用
20cm×14cm×3cm的复合板，两个耐磨复合板7之间的间距为20cm，磨损外缘大环4与外缘大
环钢板6之间的焊接高度e为0.5cm。
步骤202、切口环磨损修复，过程如下：
步骤a、搭设焊接平台：在盾构机土仓上半部搭设焊接平台，所述焊接平台避开刀
盘搅拌棒，维修人员位于土仓内的焊接平台修复切口环磨损；
实际使用中，所述焊接平台避开刀盘搅拌棒上为了保证刀盘正常旋转。
步骤b、土仓通风：采用鼓风机为土仓通风，将所述鼓风机设置在人闸仓门十二点
钟方向位置处向人闸仓门九点钟方向吹风，形成空气对流对土仓通风；
本实施例中，切口环磨损修复以焊接为主，土仓内空间狭小、密闭，由于焊接施工
均在人闸仓门十二点钟方向施工，所以通风以十二点钟方向的人闸仓门为进气口，使用一
台3.7KW的鼓风机向人闸仓门九点钟方向吹风，人闸仓门九点钟方向为排气口。
如图7至图10所示，步骤c、磨损切口环钢板的加固：维修人员位于土仓内的焊接平
台上对磨损切口环钢板3外侧一周连续焊接切口环钢板8加固磨损切口环钢板3，其中，磨损
切口环钢板3的磨损边缘实际高度为H1，切口环钢板8高度为H2；
所述磨损切口环钢板3由刀盘原有母体切口环15磨穿N处后形成，其中，N为正整数
且N大于等于二；
步骤d、切口环复合板的焊接：维修人员在两个切口环钢板8之间的切口环焊缝上
焊接切口环复合板，所述切口环复合板包括第一切口环复合板9和第二切口环复合板10，第
一切口环复合板9和第二切口环复合板10交替焊接在各个切口环焊缝上，第一切口环复合
板9和第二切口环复合板10的高度H3满足H3≥H-H1-H2，H为刀盘原有母体切口环15的高度；
实际使用中，刀盘原有母体切口环15位于刀盘外缘后椎板处，配以焊接耐磨网格
保护，将刀盘的辐条和面板串联在一起，磨损切口环钢板3、切口环钢板8与所述切口环复合
板焊接后形成的整体结构代替刀盘原有母体切口环15且高度不小于刀盘原有母体切口环
15高度同时不大于切口环与盾壳1内壁的距离，具有耐磨作用，第一切口环复合板9焊接在
两个切口环钢板8之间的切口环焊缝上且相邻的两个第一切口环复合板9之间间隔一条所
述切口环焊缝，两个第一切口环复合板9之间的所述切口环焊缝上焊接一个第二切口环复
合板10，因此第一切口环复合板9与第二切口环复合板10的焊接数量相等。
实际焊接时，采用结构相同的第一切口环复合板9和结构相同的第二切口环复合
板10，第一切口环复合板9和第二切口环复合板10交替焊接在切口环钢板8外侧，刀盘原有
母体切口环15的高度L为8cm，磨损切口环钢板3的磨损边缘实际高度H1为2cm，由于磨损切
口环钢板3由刀盘原有母体切口环15磨穿N处后形成，因此磨损切口环钢板3呈凹陷的不规
则形状，磨损切口环钢板3最薄高度值为0，先采用尺寸为36cm×20cm×2.5cm切口环钢板8
的加固切口环，在采用尺寸为30cm×15cm×4.5cm的第一切口环复合板9和尺寸为20cm×
15cm×4.5cm的第二切口环复合板10交替焊接在切口环钢板8外侧且第一切口环复合板9和
第二切口环复合板10间距5cm。
如图11和图12所示，步骤203、斜面折板磨损修复：维修人员位于所述刀盘修复工
作空间内采用斜面折板复合板11对设置在滚刀刀箱13外侧的斜面折板进行修复，斜面折板
复合板11呈斜角焊接且焊接高度为H4；
实际施工中，斜面折板2位于刀盘面板的最外侧两端，呈“<”“>”状，具有渣土导流，
保护滚刀刀毂、刀箱和大刮刀的作用，斜面折板复合板11倾斜的焊接在斜面折板2的两端用
于保护滚刀刀箱13不受磨损，斜面折板复合板11的尺寸为30cm×15cm×4.5cm。
本实施例中，步骤203中斜面折板复合板11的数量为偶数个，成对布设的斜面折板
复合板11分别设置在斜面折板2的两端。
步骤三、隧道内刀盘面板磨损修复，过程如下：
步骤301、大刮刀刀座磨损修复：首先，预制与原有大刮刀刀座结构相同的新大刮
刀刀座且新大刮刀刀座的厚度为S1，所述新大刮刀刀座上设置的螺纹通孔与原有大刮刀刀
座上的螺纹通孔数量及位置对应；然后，对所述新大刮刀刀座钢板的焊接面四周进行倒角；
最后，在所述刀盘修复工作空间将所述新大刮刀刀座对应焊接在原有大刮刀刀座上，并对
所述新大刮刀刀座与原有大刮刀刀座之间悬空空间进行加设三角筋板支撑；
实际施工中，刀盘外缘原有多把大刮刀，每把大刮刀由等级为12.9级的M24*65内
六角圆柱头螺栓安装在原有大刮刀刀座上，具有刮渣、修正开挖直径、保护滚刀刀毂、刀箱
的作用，原大刮刀刀座在厂内安装且原大刮刀刀座为镶嵌焊接到刀盘外缘，如果更换原有
大刮刀刀座，需要先将其刨除，然后清理打磨安装面，但是原有大刮刀刀座尺寸大，重量重，
在如此狭小的所述刀盘修复工作空间内根本没有办法安装，更无法精确定位，本实施例中，
新大刮刀刀座采用提前预制的方式且其厚度为S1为5cm，对所述新大刮刀刀座钢板的焊接
面四周进行1cm倒角，增加焊接强度，在所述刀盘修复工作空间内将所述新大刮刀刀座上设
置的螺纹通孔与原有大刮刀刀座上的螺纹通孔对应，方便定位，对所述新大刮刀刀座与原
有大刮刀刀座之间悬空空间进行加设三角筋板支撑便于增加安装大刮刀的稳固性，节约成
本，缩短工期，使在狭小空间内更换大刮刀刀座方便可行。
步骤302、外圈小刮刀刀座磨损修复：首先，预制与原有外圈小刮刀刀座结构相同
的新外圈小刮刀刀座且新外圈小刮刀刀座的厚度为S2，所述新外圈小刮刀刀座上设置的螺
纹通孔与原有外圈小刮刀刀座上的螺纹通孔数量及位置对应；然后，对所述新外圈小刮刀
刀座钢板的焊接面四周进行倒角；最后，在所述刀盘修复工作空间将所述新外圈小刮刀刀
座对应焊接在原有外圈小刮刀刀座上；
实际施工中，刀盘外缘原有多把小刮刀且各个位于辐条两侧，每把小刮刀由等级
为12.9级的M24*50内六角圆柱头螺栓安装在原有外圈小刮刀刀座上，具有刮渣、保护滚刀
刀毂、刀箱的作用，由于刀盘外圈比内圈线速度大很多，所以原有外圈小刮刀比原有内圈小
刮刀磨损速率快，原有外圈小刮刀刀座为镶嵌焊接到辐条两侧，如果更换原有外圈小刮刀
刀座，需要先将其刨除，然后清理打磨安装面，但是现场所述刀盘修复工作空间狭小，安装
定位困难，本实施例中，新外圈小刮刀刀座采用提前预制的方式且其厚度为S2为3cm，对所
述新外圈小刮刀刀座钢板的焊接面四周进行1cm倒角，增加焊接强度，在所述刀盘修复工作
空间内将所述新大刮刀刀座上设置的螺纹通孔与原有大刮刀刀座上的螺纹通孔对应，方便
定位，节约成本，缩短工期，使在狭小空间内更换外圈小刮刀刀座方便可行。
步骤303、滚刀刀箱焊缝磨损修复：首先，维修人员位于所述刀盘修复工作空间内
将滚刀刀箱所在前安装面和后安装面与刀盘母体进行焊接；然后，在滚刀刀箱四周焊接与
滚刀刀箱周长等长度的钢条。
实际施工中，对滚刀刀箱焊缝进行清理，将原有滚刀刀箱焊缝重新填补与刀盘母
体进行焊接为一体，在滚刀刀箱四周焊接与滚刀刀箱周长等长度的钢条是为了保护滚刀刀
箱焊缝不再磨损。
本实施例中，步骤301中在所述刀盘修复工作空间将所述新大刮刀刀座对应焊接
在原有大刮刀刀座上之前需对原有大刮刀刀座进行打磨清理；步骤302中在所述刀盘修复
工作空间将所述新外圈小刮刀刀座对应焊接在原有外圈小刮刀刀座上之前需对原有外圈
小刮刀刀座进行打磨清理。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明
技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技
术方案的保护范围内。