土压平衡盾构刀具更换工艺工法后附图片文档格式.docx

土压平衡盾构刀具更换工艺工法后附图片文档格式.docx

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4.3盾构区间施工调查资料。

4.4《盾构掘进隧道工程施工及验收规范》（GB50446）

4.5《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299）

4.6刀具设计图纸、技术参数及刀具更换指导书等。

5施工方法

刀具更换方法为：

在保证掌子面稳定的前提下，换刀人员进入土仓内将损坏或磨损超限的刀具的安全、快速更换为新刀。

换刀步骤分为：

根据地质情况、掘进参数和渣土分析情况，判断掌子面稳定性，选择换刀方式，人员进入土仓，检查刀具磨损情况并做好记录，拆出旧刀，安装新刀，刀具更换完后重新检查复紧刀具螺栓，人员出仓，关仓恢复掘进。

6工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

刀具更换工艺流程如图1。

6.2操作要点

6.2.1换刀方式的选择：

刀盘前方掌子面的自稳性、地下水流失对地面的影响和地层的透气性是选择换刀方式的重要依据。

根据地质情况和地面建筑物情况，提前选好合适的换刀地点，对地质情况达不到常压换刀条件的提前进行注浆加固；

加固的方式有搅拌加固、袖阀管加固、旋喷加固等。

盾构机到达换刀点进行常压换刀，

如果盾构机未到换刀点发生刀具损坏，盾构机不能继续掘进，停机前掘进模式采用的是敞开式掘进，此时可采用常压换刀；

掘进模式采用的是土压平衡模式，此时可按以下步骤进行：

1可在不掘进情况下出土2～3方土，观察土仓压力传感器的变化，判断掌子面的自稳性，如果自稳性好，可进一步出渣判断，确认掌子面的自稳性后进行常压换刀；

2如果掌子面自稳性不好，可先通过泡沫管路手动加入空气，达到一个稳定土压（比停机压力要大0.3bar），根据地层中空气的流失流量来预判地层的保气性，如果保气性好，可继续选择进行气压换刀。

3如果地层保不住气压，可在加强管片二次注浆的基础上，进行泥浆护壁辅助作业在掌子面形成一道泥膜后气压换刀。

图1刀具更换工艺流程图

4如果泥浆护壁作业仍然不能保住气压，则选择用水泥砂浆填仓加固或地面加固后常压换刀。

6.2.2换刀前的准备工作

1常压换刀：

换刀安全技术方案要经过审批同意，检查落实设备的完好性，检查落实换刀工具及应急物资准备到位。

2气压换刀：

换刀安全技术方案要经过审批同意，检查落实设备的完好性，检查落实换刀工具及应急物资准备到位，备用的空压机准备到位，身体合格的换刀人员到位，选定好合适的压气压力（一般以四分之三隧道断面处的水土压力为基准），土仓保压试验符合要求，用气压置换土压（出土到隧道截面的三分之二处）。

6.2.3开仓

开仓前，应先打开人仓和土仓之间的平衡球阀（如果阀芯堵塞时用钢筋棍捅开），并用气体检测仪检测土仓内排出的空气。

待气体检测仪未报警，土仓内外气压平衡，最上面的3个土压传感器的压力值为零时，再拆下土仓门螺丝，最后打开压板。

在松开仓门压板螺丝的过程中，要严格注意土仓内压力的变化，发现异常时，立刻拧紧螺丝，以防异常情况发生。

2气压换刀：

开仓前，压气作业人员进入人闸前先确认加压设备均正常运转，当人闸内压力等于土仓内压力时打开平衡阀，使人闸与土仓的压力完全一致后打开仓门。

6.2.4检查刀具

1仓门打开后，先对刀盘前方土体的稳定性及地下水情况进行确认，并得出是否具备进行刀盘检查的条件，当符合条件后，方可进行刀具检查。

2检查刀时，操作司机锁住刀盘（操作室），到人仓内换刀控制面板上操作，转速为0.5转/分钟；

如控制面板坏了，则需操作司机与换刀负责人用对讲机沟通好,确保核实无人及其它物料时，方可转动刀盘，转速为0～0.5rpm。

3检查内容应包括：

1）滚刀的磨损量和偏磨量，漏油情况，滚刀刀圈的脱落、裂纹、松动、移位等，刀具螺栓的松动和螺栓保护帽的缺损情况。

2）刮刀的合金齿和耐磨层的缺损和磨损以及刀座的变形情况。

3）刀盘有无裂纹、刀盘牛腿磨损及焊缝开裂情况。

4）填写《刀具、刀盘检查记录表》，见附表一。

6.2.5刀具更换

1刀具运输

1）刀具运输过程（包括从地面下井到进入土仓后到达换刀位置的全过程）以及旧刀具运出地面过程中，必须检查吊具、钢丝绳、木板等的质量，确保其安全性能的前提下方能投入使用。

2）刀具运输过程中要保护好刀具不被碰撞，严禁刀具碰撞设备。

3）禁止在推进油缸和铰接油缸活塞杆上捆绑钢丝绳作为吊点。

4）将底部推进油缸回收，以防止刀具在运输过程中脱落碰坏油缸。

2刀具更换标准

1）滚刀在刀圈产生偏磨、漏油、挡圈断裂或脱落、刀圈脱落、裂纹、松动、移位情况下必须进行更换，滚刀正常磨损时按刀盘最外3把滚刀磨损大于8mm，其余边缘滚刀磨损量大于15mm，正面滚刀磨损量大于20mm，中心滚刀磨损量大于25mm时更换。

2）刮刀/齿刀合金齿缺损和耐磨层磨损完时更换。

3刀具更换作业

将∠45的角钢焊接在土仓壁三点位或九点位（视盾构机具体情况而定），把２块1500mm×

200mm×

40mm的木板放在角钢上搭设换刀平台。

1）海瑞克盾构机滚刀更换

⑴将刀盘旋转到所需换刀的位置（三点位或九点位），用风镐凿刀坑，坑的位置与所换刀的位置一致，容积与刀的体积基本相等。

⑵坑凿好后，把需要换的刀具转到刀坑中。

⑶用滚刀夹具夹紧滚刀（如图2）。

⑷使用导链挂住滚刀（如图3）。

图2滚刀夹具夹紧滚刀图3使用导链挂住滚刀

⑸松掉自锁螺帽（如图4）。

⑹移走球面垫圈，球窝及可调节压块（如图5）。

⑺移去楔形块，使用装配杆将滚刀撬出，如有必要，握住楔形块螺杆（如图6）。

⑻将滚刀拉出刀箱（如图7）。

图4松掉自锁螺帽图5移走可调节压块

图6撬出滚刀图7拉出刀箱

⑼移走滚刀（如图8）。

⑽将新滚刀运至更换点（如图9）。

图8移走滚刀图9将新滚刀运至更换点

⑾安装新滚刀。

安装之前，清洁滚刀底座，检查是否有变形（如图10）。

⑿装入楔形块（如图11）。

⒀上紧可调节压块，球面垫片，球窝及自锁螺母（如图12）。

⒁上紧螺母和保护盖帽（如图13）。

⒂拆掉滚刀夹具（如图14）。

图10安装新滚刀图11装入楔形块

图12上紧可调节压块图13上紧螺母和保护盖帽

图14拆掉滚刀夹具

2）小松盾构机刀具更换

单刃、双刃刀的更换：

⑴更换作业前，要充分清扫刀座。

特别是要充分清扫滚刀安装螺栓，刀座和压块之间（如图15）。

图15清扫刀座

⑵滚刀安装更换夹具后，拆除滚刀固定用闭塞杆安装螺栓（闭塞杆，内周处，外周处要进行标记。

）（如图16）

更换工具

图16拆除滚刀固定用闭塞杆安装螺栓

⑶在刀座的滚刀凸出用雌螺丝（M12mm）上安装螺栓，推出开挖面。

（推出螺栓很紧时，用水洗刀座和压块之间的土砂。

）（如图17）

M12螺距（4处）

图17安装螺栓

⑷滚刀按现状旋转90°

，操作闭塞杆，从刀座拉出滚刀。

（如图18）

图18滚刀按现状旋转90°

⑸滚刀上安装吊环螺钉，将滚刀运出土仓。

（如图19）

吊环螺钉

图19安装吊环螺钉

刀具安装座

⑹拆除后，用水冲洗滚刀座内的土砂，清扫刀座。

（如图20）

图20清扫刀座

⑺新的滚刀吊到土仓内，进行安装。

（如图21）

与拆除相反的90°

旋转，对合滚刀安装面，安装前，必须确认安装面上是否干净，滚刀刀圈要安装在刀座中心，滚刀固定用挡块用螺栓进行固定，螺栓必须按照规定扭矩进行安装。

确认螺栓拧紧

图21安装新滚刀

⑻螺栓安装扭矩

表1螺栓安装扭矩

螺栓尺寸

安装扭矩　N·

m{kg·

m}

M12

98～123｛10～12.5｝

M16

245～309｛25～31.5｝

M18

320～400｛33～41｝

M24

824～1030｛84～105｝

M30

1520～1910｛155～195｝

3）中心刀的更换

⑴更换前，清扫刀盘支架。

特别清扫安装螺栓和刀座之间的土砂。

在中心刀支架上安装更换夹具，安装闭塞杆。

（如图22）

图22更换夹具，安装闭塞杆

⑵拆除中心刀支架安装螺栓。

（如图23）

图23拆除中心刀支架安装螺栓

⑶在更换夹具上安装硬管，能看见刀压块部的起吊螺栓孔为止，拉出中心刀。

（如图24）

起吊螺栓孔

图24拉出中心刀

⑷在起吊螺栓孔内安装吊耳螺钉，起吊闭塞杆，将滚刀运出土仓。

（如图25）

闭塞杆

起吊更换

吊耳螺钉

图25安装吊耳螺钉

⑸拆除后，用水冲洗滚刀座内的土砂，清扫刀座。

（如图26）

图26清扫刀座表面

⑹取出土仓内的滚刀固定用螺栓，更换到新刀上。

（如图27）

图27取出土仓内的滚刀固定用螺栓

⑺将新滚刀吊到土仓内，按照拆除的相反顺序进行安装，注意安装顺序（注意支架上的A,B方向），滚刀支架安装用螺栓从中央螺栓开始按顺序均等地拧紧外侧螺栓。

（如图28）

滚刀支架安装螺栓（M30扭矩1520-1910NM）

图28将新滚刀吊到土仓内进行安装

⑻螺栓的安装扭矩

表2螺栓安装扭矩

尺寸

扭矩　N·

6.2.6填写《刀具更换和刀盘修复记录表》，见附表二。

6.2.7关仓

1换完刀后，按照刀具更换和刀盘修复表的要求栏进行检查，确认是否完成。

2对领取的换刀工具进行清点，确保无工具和其它杂物（尤其是金属物件）遗留在土仓内。

3关闭仓门，上紧仓门螺丝。

6.2.8恢复掘进

先将刀盘空转两分钟，再由小到大逐渐增加推力掘进；

恢复掘进前30cm刀的贯入度控制在5mm内，避免推进速度过大造成对刀具的损坏。

6.2.9换刀资料的整理

1在每次换刀完毕后，对换刀资料（包括附表1和附表2）进行统计和分析工作，并写出分析结论，得出刀具、刀盘磨损的规律，以便对以后换刀和掘进提供更为科学的依据。

2在每次换刀和刀具维修完毕后，建立各滚刀使用、维修卡片，动态记录各滚刀在全寿命周期过程中的新购、使用、维修、保养、报废的全过程，以便对各类型和厂家的滚刀进行经济性分析时提供依据。

7劳动力组织

每班设1名盾构队队长、1名土建工程师、1名机电工程师、1名电工、6名换刀工人（3人一组轮流进仓换刀）。

每班设1名盾构队队长、1名操仓手、1名土建工程师、1名机电工程师、1名电工、空压机看护人员1名、人仓外吊运刀具人员3名、每天安排6组换刀工人（每组3人，每组准备时间和工作时间共4小时）。

8主要机具设备

风动扳手1把、M46套筒2个、M46梅花扳手2把、M36套筒2个、风镐1把、1T导链4个、5T导链1个、10T分离式千斤顶1套、对讲机2部、手灯2盏、24VDC防爆灯2盏、气体检测仪1台、氧气乙炔1套、电焊机1台、Ф10钢丝绳套若干、1T吊带2条、撬棍若干、小铁锹2把、量具1把、800mm×

20mm木板30块、1500mm×

40mm木板2块、抹布2大袋、速凝剂2箱、应急医药箱1套。

9质量控制

9.1易出现的质量问题

9.1.1在硬岩掘进中，盾构掘进时，盾构机振动大，滚刀螺母易松动。

9.1.2刀具更换后，转动刀盘造成新换上去的刀损坏。

9.1.3刀具未更换彻底。

9.2保证措施

9.2.1由于盾构滚刀使用的是尼龙自锁螺母，如果反复使用，螺母就失去了自锁功能，极易造成螺母松动，从而使滚刀损坏。

更换滚刀时，严格控制螺母的重复使用次数（不超过2次），及时更换新螺母。

9.2.2紧固螺母时，必须达到设定的螺栓安装扭矩。

9.2.3换刀前往土仓内加气将盾体后退5cm左右，减小新刀与旧刀之间的高差。

9.2.4转动刀盘时要缓慢，要注意刀盘扭矩的变化，严禁在刀盘扭矩过大的情况下强行转动刀盘。

9.2.5保证相邻两把滚刀的高差不能超过8mm。

9.2.6刀具更换完后，换刀人员必须对刀具和螺母进行全面详细检查，确保每把刀的更换质量。

10安全措施

10.1主要安全风险分析

刀具更换过程中要注重掌子面失稳、地下水流失等对换刀人员和周围建筑物安全的安全风险评估，提出相应的风险处理措施，编制应急预案。

10.2保证措施

10.2.1换刀人员进入土仓作业时应注意土仓内的通风和排水，每班必须用气体检测仪检测土仓内空气，并做好检测记录。

10.2.2换刀过程中一定确保密封仓无人或无其它机具时方可转动刀盘。

10.2.3按拆一把刀装一把的原则，以便掌子面地层发生变化时可以及时恢复掘进。

10.2.4随时检查掌子面的稳定性和渗水情况。

10.2.5随时检查吊具是否有安全隐患，随时提醒拆装、吊装的安全操作。

10.2.6在土仓内焊接和气割时必须戴好防毒护罩。

10.2.7土仓内照明必须使用24VDC防爆灯。

10.2.8土仓口及通道一定不能有障碍，以便有危险时人员快速撤离现场。

11环保措施

11.1开仓前通过往土仓内加注膨化过的高浓膨润土在掌子面形成泥膜或采取气压换刀，减少地下水的流失，从而避免造成地面的沉降。

11.2气压换刀结束后，土仓内填充满泥浆后才恢复掘进，保证开挖面的稳定。

11.3通过土仓壁板上的孔洞往土仓内通风，改善土仓内的空气。

12应用实例

12.1工程简介

由中国中铁一局集团有限公司承建的深圳地铁3151标位于深圳市中心地带的福田区，有三个车站，即：

益田站、石厦站和购物公园站；

三个区间为益田到石厦区间、石厦到购物公园区间、购物公园到福田区间。

盾构线路穿越高楼林立的商业区、居民区、银行、学校、交通要道。

其中购物公园到福田区间右线长547米，区间隧道有160米上软下硬地层，岩石单轴抗压强度高达122MPa。

12.2施工情况

购物公园站到福田站盾构区间右线于2010年6月10日始发，2010年8月22日贯通。

前后通过160米上软下硬地层共进行了5次气压换刀，每次换刀时间为3～6天，共计更换中心滚刀6把，单刃滚刀76把。

12.3工程结果评价

换刀过程中，合理控制刀具更换各工序，使刀具更换达到标准化作业，大大提高了换刀工效，由刚开始的1组人员进仓平均换刀1把，提高到1组人员进仓平均换刀3把。

有效地保证了周边建筑物的安全，节约了换刀成本，为施工工期的实现提供了有力的保障。

附表一：

刀具、刀盘检查记录表

检查部门：

检查日期：

检查人：

检查时掘进里程：

检查时掘进环数：

地质状况描述：

滚刀检查记录

刮刀检查记录

滚刀/齿刀刀号

磨损量（mm）

备注

刮刀刀号

磨损状况描述

中心区

正面区

刀盘裂纹、磨损描述：

（必要时请附刀盘图加以说明）

边缘区

附表二：

刀具更换和刀盘修复记录表

换刀时掘进里程：

作业部门：

完成日期：

换刀负责人：

滚刀/齿刀更换记录

刮刀更换记录

刀座号

旧刀总成号

新刀总成号

备注

刀盘修复要求：

刀盘修复实施情况：

滚刀更换备注栏填写螺栓保护帽更换和紧固记录，刮刀更换备注栏填写刮刀座孔变形（用数字说明）以及修复情况。