一种基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘及其施工方法

摘要

本发明提供一种基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘及其施工方法，包括中部核心装置，其为既有盾构刀盘沿环向切割位置切割拆除外圈刀盘后所保留的核心部位，包括环形中心梁、中部加强面板、若干保留的刀梁和若干保留的面板；环形中心梁位于中部加强面板的外围形成环形结构，若干保留的刀梁和若干保留的面板沿环向间隔均匀的分布于环形结构上；外圈环形装置，外圈环形装置为改变环宽后的新制外圈刀盘，新制外圈刀盘焊接于中部核心装置外围，形成中部核心装置的外侧刀盘，其尺寸大小需满足盾构刀盘和隧道设计直径的要求。本发明通过对既有刀盘进行改造，以改变刀盘的直径，实现对原有设备的二次利用，提升了闲置资产的利用率，节约了施工成本。

说明书

技术领域

本发明涉及盾构隧道领域，具体地，涉及一种基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘及其施工方法。

背景技术

盾构法隧道施工技术在我国有着广泛的应用，同一台盾构机可用于多条不同隧道的掘进，但不同设计尺寸的隧道需要使用相适应直径的盾构刀盘及盾体。覃建庭等于2016年在《工程机械》上发表的《在复杂地层掘进的盾构机改造技术研究与应用》一文中，强调了通过旧设备改造，不仅能提升设备利用率，还能够弥补机械设备因设计缺陷导致的某些功能的不足，提高设备对复杂地层条件的适应能力，扩大盾构机的应用范围。

传统的盾构隧道因设计尺寸的差异，需在施工前设计加工对应尺寸的盾构机。新制造加工的盾构机虽满足盾构设计尺寸以及地层的适应性条件，但是成本较高，且造成了现有大型设备的闲置，不利于资源的重复利用。另外，新盾构机设计加工周期较长，且需要进行一系列的施工调试，大大降低了施工效率。因此，有必要对现有闲置盾构机进行加工改造，以满足不同地质条件和不同尺寸的盾构隧道施工要求，保证盾构快速高效地施工。

目前存在的刀盘改造设备大多功能单一，无法满足资源的高效利用。经过对现有技术文献检索发现，公开号为CN109798124A的中国专利公开了一种“适用于地层由硬岩改软土的盾构刀盘改造方法”，通过改变刀具配置情况和提高刀盘开口率，将适用于硬岩地层条件下的盾构刀盘改造成为适用于软土地层的盾构刀盘。但是这种方法仅考虑了盾构刀盘对地层的适应性，应用的情况单一，无法满足不同尺寸隧道的修建。因此，急需提出一种可针对原有刀盘改造，以满足不同尺寸隧道修建需求的装置及方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘及其施工方法。

本发明第一个方面提供一种基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘，包括：

中部核心装置，所述中部核心装置为既有盾构刀盘沿环向切割位置切割拆除外圈刀盘后所保留的核心部位，所述切割位置位于所述既有盾构刀盘的环形中心梁外侧与外圈环形梁内侧区域；所述核心部位包括环形中心梁、中部加强面板、若干保留的刀梁和若干保留的面板，其中，所述中部加强面板位于所述中部核心装置中心；所述环形中心梁位于所述中部加强面板的外围形成环形结构，所述若干保留的刀梁和所述若干保留的面板沿环向间隔均匀的分布于所述环形结构上；

外圈环形装置，所述外圈环形装置为改变环宽后的新制外圈刀盘，所述新制外圈刀盘焊接于所述中部核心装置外围，形成所述中部核心装置的外侧刀盘，所述新制外圈刀盘的尺寸大小需满足盾构刀盘和隧道设计直径的要求。

优选地，所述若干保留的刀梁为若干保留的滚刀刀梁，所述若干保留的滚刀刀梁一端与所述中部加强面板焊接，所述若干保留的滚刀刀梁另一端与所述环形中心梁焊接；所述若干保留的面板与所述若干保留的滚刀刀梁间隔分布，所述若干保留的面板一端与所述环形中心梁焊接，所述若干保留的面板的另一端为悬臂端。

优选地，所述新制外圈刀盘包括呈环形分布的第一边块、第二边块、第三边块和第四边块，其中，所述第一边块与所述第二边块的结构相同，并沿中心线对称；所述第三边块与所述第四边块的结构相同，并沿中心线对称。

优选地，所述第一边块与所述第二边块的结构均包括：

第一扇环形梁单元；

设置于所述第一扇环形梁单元上的第一刀梁，所述第一刀梁的宽度与所述中部核心装置上保留的第一刀梁宽度相同，所述第一刀梁的长度与保留的第一刀梁的切割位置至所述中部核心装置中心点的长度之和为新制盾构刀盘半径；

设置于所述第一扇环形梁单元上的第二刀梁，所述第二刀梁的长度与所述中部核心装置上保留的第一面板切割位置至所述中部核心装置中心点的长度之和为新制盾构刀盘半径；所述第二刀梁两侧焊接有第一新制面板，且所述第一新制面板的宽度和厚度与所述中部核心装置上对应的切割位置处的面板一致；

设置于所述第一扇环形梁单元上的第三刀梁，所述第三刀梁的长度与所述中部核心装置上保留的第二面板切割位置至所述中部核心装置中心点的长度之和为新制盾构刀盘半径；所述第三刀梁两侧焊接有第二新制面板，且所述第二新制面板的宽度和厚度与所述中部核心装置上对应的切割位置处的面板一致；

所述第一刀梁分布于所述二刀梁与所述第三刀梁之间。

优选地，所述第三边块与所述第四边块的结构均包括：

第二扇环梁单元；

设置于所述第二扇环梁单元上的第四刀梁，所述第四刀梁的宽度与所述中部核心装置上保留的第二刀梁宽度相同，所述第四刀梁的长度与所述中部核心装置上保留的第二刀梁切割位置至所述中部核心装置中心点的长度之和为新制盾构刀盘半径；

设置于所述第二扇环梁单元上的第五刀梁，第五刀梁处的长度与所述中部核心装置上保留的第三面板切割位置至中部核心装置中心点的长度之和为新制盾构刀盘半径；所述第五刀梁的两侧分别焊接第三新制面板，且所述第三新制面板的宽度和厚度与所述中部核心装置上对应的切割位置处的面板一致；

设置于所述第二扇环梁单元上的第六刀梁，所述第六刀梁的宽度与所述中部核心装置上保留的第三刀梁宽度相同，所述第六刀梁的长度与所述中部核心装置上保留的第三刀梁切割位置至中部核心装置中心点的长度之和为新制盾构刀盘半径；

所述第五刀梁分布于所述第四刀梁与所述第六刀梁之间。

本发明第二个方面提供一种基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘的施工方法，包括采用上述的基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘进行。

优选地，一种基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘的施工方法，按照以下步骤执行：

S1:根据既有盾构机的额定推力F和额定扭矩T确定所需刀盘的最大直径D，并判断既有刀盘能否改造成所需直径d的新制盾构刀盘，判断依据如下：

当D>d时，可将既有刀盘改造成所需新制盾构刀盘；当D

S2:当S1的判断结果为可将既有刀盘改造成所需新制盾构刀盘时，清洗既有刀盘并切割、拆除其上所有刀具；

S3:刨除环向切割位置面板处的正面耐磨板，保存完好以便重复利用；

S4:按照环向切割位置将既有刀盘切割成为中部核心装置和外圈刀盘，并将所述外圈刀盘按照分块位置切割成为上边块、下边块、左边块和右边块；

S5：检查中部核心装置上刀盘磨损情况和裂纹状态，进行养护处理；

S6：将第一边块、第二边块、第三边块和第四边块拼装组成外圈环形装置，所述外圈环形装置为改变环宽后的新制外圈刀盘，再将新制外圈刀盘与中部核心装置焊接为一体，形成新制盾构刀盘。

优选地，上述S6：包括以下步骤：

S61:将第三边块的第四刀梁、第六刀梁和第三新制面板的焊接位置分别与中部核心装置上保留的第二刀梁、保留的第三刀梁和保留的面板切割位置对接整齐后，进行焊接；

S62：与S61步骤相同，将第四边块与中部核心装置焊接，且第四边块位于中部核心装置上与第三边块的相对称的一侧；

S63：将第一边块的第一刀梁、第一新制面板和第二新制面板的焊接位置分别与中部核心装置上保留的第一刀梁、保留的第一面板和保留的第二面板切割位置对接整齐，并保证与已焊接的第三边块和第四边块的分块位置的整齐性，焊接接缝位置；

S64：与S63步骤相同，将第二边块与中部核心装置焊接，且所述第二边块位于中部核心装置上与所述第一边块的相对称的下方。

优选地，S6之后还包括：S7：在新制盾构刀盘上按装盘形滚刀、正面切刀、边缘刮刀，并焊接贝壳刀、导流刀和保径刀。

优选地，所述S1:根据既有盾构机的额定推力F和额定扭矩T确定刀盘改造最大直径D，所述既有刀盘改造最大直径D由以下公式确定：

式中，D为既有刀盘改造最大直径，m；F为既有盾构机的额定推力，kN；T为既有盾构机的额定扭矩，kN·m；k为推力系数，取70～100；α为扭矩系数，泥水平衡盾构取1.0～1.51，土压平衡盾构取1.5～2.0；β为折减系数，取1.5～2。

本发明的工作原理：

上述基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘用于盾构法隧道施工中，由于新设计的隧道直径发生改变，需对原有盾构机和刀盘进行改造。先将原有盾构刀盘进行冲洗，并拆除所有可拆卸的刀具及附件，然后在环形中心梁外侧与外圈环形梁内侧选取切割位置，将既有盾构刀盘切割成为中部核心装置和外圈刀盘两部分。刨除环向切割位置处的正面耐磨板后进行切割，保留中部核心装置并检查刀盘状态，对其上刀座进行养护处理，并按照分块位置切割原外圈刀盘，同时按要求分块制作外圈环形装置(新的外圈刀盘)，即将改变环宽的外圈环形装置焊接到中部核心装置上，可得基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘。最后安装新制盾构刀盘上的刀具，形成完整的刀盘系统，从而满足新设计隧道的施工要求。

与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：

本发明上述新制盾构刀盘，针对盾构法隧道施工中不同隧道直径所需的刀盘，提出一种基于既有刀盘进行变径改造，将既有的盾构刀盘改造为适应新设计直径的新制盾构刀盘，通过对既有刀盘的切割改造，保留既有刀盘中部核心位置，增加外圈环形装置以改变刀盘的直径，从而实现对既有设备的二次利用，可有效解决既有设备无法满足不同尺寸隧道修建的问题，实现了现有大型闲置设备的回收利用，确保盾构隧道顺利高效地施工；通过对既有闲置盾构刀盘进行了加工改造，有利于资源的重复利用，提升了闲置资产的利用率，节约了施工成本，具有较好的社会和经济效益。

本发明上述新制盾构刀盘，简单易行，提升了闲置资产的利用率，具有较好的社会和经济效益。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘的整体示意图；

图2为本发明一实施例中既有盾构刀盘分块图；

图3为本发明一实施例基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘的中部核心装置图；

图4为本发明一实施例基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘的外圈环形装置分块图；

图中：1为既有盾构刀盘，101-112为1-12号刀梁，113为外圈环形梁，114为分块位置，115为上边块，116为下边块，117为左边块，118为右边块，2为中部核心装置，201为切割位置，202为环形中心梁，203为中部加强面板，204为保留的1号刀梁，205为保留的3号刀梁，206为保留的5号刀梁，207为保留的7号刀梁，208为保留的9号刀梁，209为保留的11号刀梁，210为保留的2号面板，211为保留的4号面板，212为保留的6号面板，213为保留的8号面板，214为保留的10号面板，215为保留的12号面板，216为双联体滚刀刀座，217为双联体滚刀，218为滚刀刀座，219为带有合金齿的盘形滚刀，220为正面切刀，221为贝壳刀，222为导流刀，223为正面耐磨板，3为外圈环形装置，301为新制上边块，302为新制下边块，303为新制左边块，304为新制右边块，305-316为新增1-12号刀梁，317为2号新制面板，318为4号新制面板，319为6号新制面板，320为8号新制面板，321为10号新制面板，322为12号新制面板，323为焊接位置，324为边缘刮刀，325为保径刀，326为超挖滚刀，4为新制盾构刀盘，401-412为新制1-12号刀梁，413为周边耐磨板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在位于珠海市的某盾构区间隧道施工中：左线盾构隧道全长2150m，右线盾构隧道全长2144.3m，盾构隧道设计外径8.8m，内径8m，采用直径为9140mm盾构机刀盘进行开挖。工程采用两台土压平衡盾构机同时施工，需要两台直径为9140mm的盾构机刀盘进行施工，因此，根据本发明提出的基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘及其施工方法，对原有两台直径8850mm的盾构机刀盘(既有刀盘)改造成新制盾构刀盘，实现了资源再利用，提升了经济效益。

参照图1所示，为本发明一实施例基于既有刀盘变径改造的新制盾构刀盘的整体示意图，其基于对既有盾构刀盘1变径改造得到，由中部核心装置2和外侧环形装置3焊接而成。

中部核心装置2为既有盾构刀盘1沿切割位置201切割拆除外圈刀盘后所保留的核心部位。参照图3所示，中部核心装置2包括保留了环形中心梁202、中部加强面板203、保留的1号刀梁204、保留的3号刀梁205、保留的5号刀梁206、保留的7号刀梁207、保留的9号刀梁208、保留的11号刀梁209和保留的2号面板210、保留的4号面板211、保留的6号面板212、保留的8号面板213、保留的10号面板214、保留的12号面板215。

参照图2所示，既有盾构刀盘1为直径8850mm辐条式刀盘，辐条式刀盘的刀梁为未切割的完整刀梁，正上方为1号刀梁101，所有刀梁按照顺时针依次为1～12号刀梁101～112。

参照图2所示，切割位置201为环形中心梁202外侧与外圈环形梁113内侧选取的区域，具体的，在1号刀梁101、3号刀梁103、5号刀梁105、7号刀梁107、9号刀梁109和11号刀梁111处为径向朝外第四把滚刀与第五把滚刀刀座连接位置；在2号刀梁202、4号刀梁204、6号刀梁206、8号刀梁208、10号刀梁210和12号刀梁212处为其内侧面板中间位置。按照分块位置114，将外圈环形梁113上部和下部120°扇环形区域划分为上边块115和下边块116；将外圈环形梁113左部和右部60°扇环形区域划分为左边块117和右边块118。

参照图3所示，中部加强面板203位于中部核心装置2中心，其上中心部位并列设置有两个中部双连体滚刀刀座216。即在中部加强面板203的正上方、正下方、正上方顺时针60°以及正下方顺时针60°方向各有一个双联体滚刀刀座216，并安装有双联体滚刀217。

参照图3所示，保留的1号刀梁204切割位置201至中部核心装置2中心点的长度为2905mm，保留的3号刀梁205切割位置201至中部核心装置2中心点的长度为3330mm，保留的5号刀梁206切割位置201至中部核心装置2中心点的长度为3160mm，保留的7号刀梁207切割位置210至中部核心装置2中心点的长度为2990mm，保留的9号刀梁208切割位置201至中部核心装置2中心点的长度为3245mm，保留的11号刀梁209切割位置201至中部核心装置2中心点的长度为3075mm。将保留的刀梁204-209的一端与中部加强面板203焊接，保留的刀梁204-209的另一端焊接在环形中心梁202上。既有刀盘上的原切刀刀梁完全被切割拆除，其位置上为保留的面板210-215，保留的面板210-215与保留的滚刀刀梁204-209间隔分布；保留的面板210-215的一端焊接在环形中心梁202上，另一端为悬臂端的切割位置201。在保留的滚刀刀梁204-209上从切割位置201径向朝内设置有间距为510mm(固定间距)的滚刀刀座218，并安装带有合金齿的盘形滚刀219。在保留的滚刀刀梁204-209两侧径向朝内安装有间距为510mm(固定间距)的正面切刀220。

参照图3所示，保留的面板210-215上的切割位置201至中部核心装置2中心位置的距离均为3150mm，保留的面板210-215与保留的刀梁204-209间隔均匀分布在中部核心装置2上，其中，保留的2号面板210上焊接有两把贝壳刀221和正面耐磨板223；保留的4号面板211、保留的6号面板212和保留的12号面板215上分别焊接有一把贝壳刀221、两把导流刀222和正面耐磨板223；保留的8号面板213上焊接有两把贝壳刀221、两把导流刀222和正面耐磨板223；保留的10号面板214上焊接有一把贝壳刀221。

参照图4所示，外圈环形装置3为增大环宽后的新制外圈刀盘，新制外圈刀盘由新制上边块301(第一边块)、新制下边块302(第二边块)、新制左边块303(第三边块)和新制右边块304(第四边块)四部分沿环向组成。

参照图4所示，外圈环形装置3四部分的划分方式与上述原有外圈刀盘划分方式相同。新制上边块301包括新制外圈环形梁113上部120°第一扇环形梁单元、新增1号刀梁305(第一边块的第一刀梁)、新增2号刀梁306(第一边块的第二刀梁)和新增12号刀梁316(第一边块的第三刀梁)，以及2号新制面板317(第一边块的第一新制面板)和12号新制面板322(第一边块的第二新制面板)。

结合图3、图4所示，新增1号刀梁305长1665mm，从新增1号刀梁305的焊接位置323径向朝外设置有间距为468mm的3个滚刀刀座218，并安装3把带有合金齿的盘形滚刀219。在新增1号刀梁305两侧从焊接位置323径向朝外安装有间距为510mm的4把正面切刀220，远心端两侧安装有两把边缘刮刀324；新增1号刀梁末端外侧焊接一把保径刀325。

结合图3、图4所示，新增2号刀梁306和新增12号刀梁316长度均为1420mm。新增2号刀梁306和新增12号刀梁316两侧径向朝外安装有间距为510mm的四把正面切刀220，远心端两侧安装有两把边缘刮刀324；新增2号刀梁、新增12号刀梁316的末端外侧各焊接一把保径刀。

结合图3、图4所示，2号新制面板317和12号新制面板322的焊接位置323与中部核心装置2上对应的切割位置201处的面板宽度和厚度一致。在2号新制面板317和12号新制面板322上均焊接正面耐磨板，且各设置有一个滚刀刀座，并安装无合金齿的超挖盘形滚刀326。在2号新制面板317上左侧焊接有两把导流刀；在12号新制面板322上右侧焊接有一把贝壳刀221。

参照图4所示，新制下边块302包括外圈环形梁113下部120°第一扇环形梁单元、新增6号刀梁310(第二边块的第一刀梁)、新增7号刀梁311(第二边块的第二刀梁)、新增8号刀梁312(第二边块的第三刀梁)、以及6号新制面板319(第二边块的第一新制面板)和8号新制面板320(第二边块的第二新制面板)。

结合图3、图4所示，新增7号刀梁311长1580mm，从新增7号刀梁311上的焊接位置323径向朝外设置有间距为468mm的两个滚刀刀座，并安装两把带有合金齿的盘形滚刀。新增7号刀梁311两侧从焊接位置323径向朝外安装有间距为510mm的四把正面切刀220，远心端两侧安装两把边缘刮刀；新增7号刀梁311的末端外侧焊接一把保径刀。

结合图3、图4所示，新增6号刀梁310和新增8号刀梁312长度均为1420mm。新增6号刀梁310和新增8号刀梁312两侧径向朝外安装有间距为510mm的四把正面切刀220，远心端两侧安装有两把边缘刮刀；新增6号刀梁310、新增8号刀梁312的末端外侧各焊接一把保径刀。

结合图3、图4所示，6号新制面板319和8号新制面板320的焊接位置323与中部核心装置2上对应的切割位置201处的面板宽度和厚度一致。6号新制面板319和8号新制面板320上焊接正面耐磨板，并各设置有一个滚刀刀座，并安装无合金齿的超挖盘形滚刀。6号新制面板310上左侧焊接有一把贝壳刀221。

参照图4所示，新制左边块303包括外圈环形梁113左侧60°第二扇环形梁单元、新增9号刀梁313(第三边块的第四刀梁)、新增10号刀梁314(第三边块的第五刀梁)、新增11号刀梁315(第三边块的第六刀梁)、以及10号新制面板321(第三边块的第三新制面板)。

结合图3、图4所示，新增9号刀梁313长度为1325mm，新增11号刀梁315长度为1494mm。新增9号刀梁313、新增11号刀梁315从焊接位置323径向朝外设置有间距为468mm的两个滚刀刀座，并安装带有合金齿的盘形滚刀219。新增9号刀梁313两侧从焊接位置323径向朝外安装有间距为510mm的两把正面切刀220，远心端两侧安装有两把边缘刮刀；新增9号刀梁313的末端外侧各安装一把保径刀。在新增11号刀梁315两侧从焊接位置323径向朝外安装有间距为510mm的四把正面切刀220，远心端两侧安装有两把边缘刮刀；新增11号刀梁315的末端外侧各焊接一把保径刀。

结合图3、图4所示，新增10号刀梁314长1420mm，两侧径向朝外安装有间距为510mm的四把正面切刀220，远心端两侧安装有两把边缘刮刀；新增10号刀梁314末端外侧焊接一把保径刀。

结合图3、图4所示，10号新制面板321上焊接正面耐磨板，并各设置有一个滚刀刀座，并安装无合金齿的超挖盘形滚刀。10号新制面板321上下部焊接有一把贝壳刀221和两把导流刀。

参照图4所示，新制右边块304包括外圈环形梁113右侧60°第二扇环形梁单元、新增3号刀梁307(第四边块的第四刀梁)、新增4号刀梁308(第四边块的第五刀梁)、新增5号刀梁309(第四边块的第六刀梁)以及4号新制面板318(第四边块的第三新制面板)。

结合图3、图4所示，新增3号刀梁307长度为1240mm，新增5号刀梁309长度为1410mm。新增3号刀梁307、新增5号刀梁309从焊接位置323径向朝外设置有间距为468mm的两个滚刀刀座，并安装两把带有合金齿的盘形滚刀219。新增3号刀梁307两侧从焊接位置323径向朝外安装有间距为510mm的两把正面切刀220，远心端两侧安装有两把边缘刮刀；新增3号刀梁307的末端外侧各焊接一把保径刀。新增5号刀梁309两侧从焊接位置323径向朝外焊安装有间距为510mm的四把正面切刀220，远心端两侧安装有两把边缘刮刀，新增5号刀梁309的末端外侧各焊接一把保径刀。

参照图4所示，新增4号刀梁308长度为1420mm，新增4号刀梁308两侧径向朝外安装有间距为510mm的四把正面切刀，远心端两侧安装有两把边缘刮刀，新增4号刀梁308的末端外侧焊接一把保径刀。

结合图3、图4所示，4号新制面板318的焊接位置323与中部核心装置2上对应的切割位置201处的面板宽度和厚度一致。4号新制面板318上焊接正面耐磨板，并各设置有一个滚刀刀座，并安装无合金齿的超挖盘形滚刀。4号新制面板318上部焊接一把贝壳刀221。

在具体实施例中，将图3的中部核心装置2和图4的外侧环形装置3的新制上边块305、新制下边块302、新制左边块303和新制右边块304焊接构成图1的新制盾构刀盘4。中部核心装置2上保留的刀梁204-209和保留的面板210-215的切割位置201与外圈环形装置3上的新增刀梁305-316的焊接位置323焊接构成新制盾构刀盘4上的新制1-12号刀梁401-412。新制盾构刀盘4上的其他部件由图3的中部核心装置2和图4的外侧环形装置3组成。新制盾构刀盘4直径由既有直径为8850mm的盾构刀盘改造为9140mm。

在另一个实施例中，提供一种基于既有刀盘变径改造的刀盘的施工方法，包括以下步骤：

S1：根据既有盾构机的额定推力F和额定扭矩T确定刀盘改造最大直径D，并判断能否改造成所需直径(d)的新制盾构刀盘4。

既有刀盘改造最大直径D由以下公式确定：

式中，D为既有盾构刀盘1改造最大直径，m；F为既有盾构机的额定推力，kN；T为既有盾构机的额定扭矩，kN·m；k为推力系数，取70-100；α为扭矩系数，泥水平衡盾构取1.0-1.51，土压平衡盾构取1.5-2.0；β为折减系数，取1.5-2。

本实施例中，既有盾构机的额定推力F＝81895kN；既有盾构机的额定扭矩T＝17960kN·m；推力系数取k＝100；扭矩系数取α＝2；折减系数取β＝2；计算得到最大直径D＝10.393m，而新制盾构刀盘4直径为9.140m，可将既有盾构刀盘1改造成新制盾构刀盘4。

S2：清洗既有盾构刀盘1并切割、拆除其上所有刀具。

参照图2所示，拆除直径8850mm既有盾构刀盘1上的所有带有合金齿的正面滚刀219，超挖滚刀326、正面切刀220、边缘刮刀324；切割既有盾构刀盘1上的贝壳刀221、导流刀222和保径刀325且留有5mm余量，在切割完成后对余量进行打磨，保证中部核心装置2的完整性。

S3：参照图3所示，刨除环向切割位置201面板处的正面耐磨板223，保存完好以便重复利用。刨除正面耐磨板223时注意不要损坏正面耐磨板和既有盾构刀盘1面板，刨除下来的正面耐磨板223冲洗干净后干燥保存以防生锈。

S4：参照图2所示，按照环向切割位置201将既有盾构刀盘1切割为中部核心装置2和外圈刀盘，同时在外圈刀盘上按照分块位置114将其切割为上边块115、下边块116、左边块117和右边块118。切割时应在中部核心装置2上保留5mm余量，切割后对余量进行打磨，保证中部核心装置2的完整性。

S5：参照图3所示，检查中部核心装置2上保留的面板210-215和保留的刀梁204-209的正面磨损和侧面磨损以及刀座的裂纹情况，对磨损量大的位置进行焊接钢板加强处理，对具有裂纹的刀座进行焊接处理并将焊缝打磨光滑。

S6：结合图1、图3及图4所示，分块将变径后的新增刀梁305-316和新制面板317-322焊接到新制外圈环形梁113上，制作新环宽的外圈环形装置3，并焊接外圈环形装置3与中部核心装置2，焊接需保证两者刀盘面板和刀梁在同一个平面内，且将接缝位置误差控制在3mm以内，具体的：

S61：结合图3、图4所示，将新制左边块303上长度分别为1325mm、1494mm和1420mm的新增9号刀梁313、新增11号刀梁315和10号新制面板321的焊接位置323与中部核心装置2上长度分别为3245mm、3075mm和3150mm的保留的9号刀梁208、保留的11号刀梁209和保留的10号面板214的切割位置201对接整齐后，进行焊接。对接整齐是指刀盘面板和刀梁在同一个平面内，焊接质量应满足对接焊缝焊接规范。

S62：结合图3、图4所示，将新制右边块304上长度分别为1240mm、1410mm和1420mm的新增3号刀梁307、新增5号刀梁309和4号新制面板318的焊接位置323与中部核心装置2上长度分别为3330mm、3160mm和3150mm的保留的3号刀梁205、保留的5号刀梁206和保留的4号面板211切割位置201对接整齐后(对接整齐是指刀盘面板和刀梁在同一个平面内)，进行焊接。

S63：结合图3、图4所示，将新制上边块301上长度分别为1665mm、1420mm和1420mm的新增1号刀梁305、2号新制面板317和12号新制面板322的焊接位置323与中部核心装置2上长度分别为2905mm、3150mm和3150mm的保留的1号刀梁204、保留的2号面板210和保留的12号面板215切割位置201对接整齐，并保证与相邻新制左边块303和新制右边块304的分块位置114的整齐性，焊接接缝位置。

S64：结合图3、图4所示，将新制下边块302上长度分别为1580mm、1420mm和1420mm的新增7号刀梁311、6号新制面板319和8号新制面板320的焊接位置323与中部核心装置2上长度分别为2990mm、3150mm和3150mm的保留的7号刀梁207、保留的6号面板212和保留的8号面板213切割位置201对接整齐，并保证与相邻新制左边块303和新制右边块304的分块位置114的整齐性，焊接接缝位置。

S7：参照图1所示，焊接新制盾构刀盘4周围的周边耐磨板413，并将既有到盘上刨除的正面耐磨板223焊接在新制面板的焊缝位置，同时在面板上加焊新制正面耐磨板223。

S8：安装正面滚刀、正面切刀和边缘刮刀，并焊接贝壳刀、导流刀和保径刀，具体包括以下步骤：

S81:在新制盾构刀盘4中心、新制刀梁401-412和新制面板317-322上的刀座218处分别对应安装中心双联体滚刀217、带有合金齿的正面滚刀219和超挖滚刀326。

S82:在新制刀梁401-412两侧安装正面切刀。

S83:在新制刀梁401-412远心端两侧安装边缘刮刀。

S84:在新制11号刀梁411远心端和新制面板317-322上焊接贝壳刀和导流刀。

S85:在新制刀梁401-412远心端刀盘侧面焊接保径刀325。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。