超大直径泥水盾构机长距离掘进常压换刀具技术

超大直径泥水盾构机长距离掘进常压换刀具技术

莫康康陈郁

中交一公局集团有限公司北京100024

摘要：盾构法施工因刀盘所处地质条件不同，盾构机刀具和刀盘所受的磨损程度也不尽相同，而在岩石地质条件下，盾构法施工对刀具乃至刀盘的磨损尤为严重；为保证盾构机刀盘使用安全，减少带压进仓换刀的风险，设计常压可更换刀具的刀盘意识大势所趋，本文以南京市纬三路过江通道工程实例为依托，就复杂地质条件下大直径泥水平衡盾构机刀具磨损严重问题，对超大直径泥水平衡盾构机长距离掘进过程中常压换刀具技术展开研究。通过对本工程盾构掘进施工中常压进仓换刀作业的成功实施，总结出复杂地质条件下长距离盾构隧道施工中常压进仓换刀施工工艺和方法。

关键词：泥水平衡盾构机；复合地层；常压更换

1工程概况

南京市纬三路过江通道工程位于南京市长江大桥和南京纬七路过江通道之间，本文所涉及S线工程其盾构段掘进长度为4135m。工程采用三菱、石川岛和中交天和机械联合生产的泥水平衡盾构机，盾体直径φ14.93m，刀盘采用面板式结构，盾构机开挖直径15.02m，开口率25.7%，盾构刀盘主要为切削刀和滚刀两种类型，刀具共计812把，其中先行切削刀和可推出式切削刀（可调）高度为200mm、滚刀为160mm、主切削刀为100mm。常压可更换刀具为刀盘NO2、4、6、8辐条安装的80把推出式切削刀，更换刀具时作业人员从盾构机中心人闸进入辐条，在刀盘辐条内常压状态下可以伸、缩及更换刀具。为了刀具检修更换方便，刀盘可以整体向后滑动100mm，盾构机刀盘如图1-1所示。

中心人闸舱门直径为900mm，舱体直径为1700mm，总长为4800mm，共有3道舱门，配备压力控制调整系统一套，中心人闸具有带压作业功能。

刀盘共有4个独立的可更换刀具作业空间，每个辐条配备一道安全门，检查更换刀具前打开舱门，进入辐条内作业，辐条内作业空间高5360mm，宽度最小943mm，厚度最大为1970mm。

图1-1盾构机刀盘

2穿越地质情况与刀具情况

2.1穿越地质情况

盾构所穿越地层从新到老大致可分为10个大层24个亚层，有关的地层性状描述见表2-1。

2.2刀具情况

通过常压进仓检查发现刀具磨损严重并且损坏数量较多，具体情况如下图片。

图2-1刀具磨损图片

3进仓准备工作

3.1准备工作

1、进行常压进舱作业时，现场技术负责人编制详细的技术交底、安全交底报常压进舱领导小组审批，由副组长审核，经组长批准后方可实施。

2、现场负责人应当对进入机舱的人员进行技术交底，并对安全负责人进行安全教育

3、值班经理对做好常压进舱作业准备工作，如通风照明等设施准备、舱内通风等。

4、安全负责人检查舱内是否存在压力，确认开舱是否安全。

3.2进舱作业审批程序

为确保进舱作业安全顺利实施，项目部对进舱作业实施严格的审批程序，每次进舱作业必须按照流程审批，待审批完成后，进舱操作的负责人方可实施进舱作业。

图3-1进舱作业审批流

3.3舱内空气置换及检测

舱门打开后，首先通风30分钟，然后进行活物试验，等活物试验完成并合格后，由安全员携带气体检测仪器和防爆手电，对舱内空气进行检测，检测结果证明空气质量合格后，经现场负责人复核确认。专职安全员判断安全后，现场负责人下达进舱指令，作业人员进舱，安设安全灯具和引入风管进行通风，开始空气循环，作业过程中要不断对空气进行检测，并按照要求做好记录。检测标准参照下表：

4常压换刀施工工艺

4.1常压刀具更换操作步骤

●使刀盘转动，让更换辐条停在12点位置。

●驱动部后退100mm。

●刀盘刹车，禁止转动刀盘。

●通过中心人闸进入辐条，开始作业。

●安装进舱作业工作平台。

●在常压更换刀箱上安装刀具拔出夹具和回退专用螺栓。

●拆除刀具和刀箱的8个连接螺栓

●缓慢拧动拔出夹具回退螺栓，回退刀具，关闭第一道闸门。

●继续回退，关闭第二道闸门，打开更换装置的手动阀，放掉更换室内的残余压力

●放掉残余压力后，通过压力表确认主闸门的止水状态，压力表无变化

●取下刀箱和旧刀，

图4-3可更换切削刀更换方法图（75#～77#，最外周切削刀）

4.2盾构恢复掘进

在换刀操作完成后，等操作员和工具撤出刀盘辐条并关闭舱门。将驱动部向前推出100mm，启动盾构机相关设备恢复掘进。

5常压进舱要点及安全保障措施

1定期组织对施工人员进行安全生产教育，是保障施工安全的基础。严格来说，每个现场施工人员都必须熟悉相关的施工安全操作规程和规定。绝不允许让没有经过安全生产培训或培训不合格者上岗作业。

2、建立健全各项安全规章制度，严格执行《常压舱进舱申请制度》，禁止任何人违反制度私自打开舱门；

3、现场技术负责人要在作业人员进舱前当面对作业人员进行安全技术交底，交底内容包括：作业重点、技术难点、工器具使用、安全防护装备佩戴方法、遇到紧急情况处理方法、逃生措施等，保证作业班组训练有素并且能熟练开展进舱作业；

4、必须为每组操作人员进行安全教育和培训，在进舱作业时，舱内外工作人员务必恪尽职守，尤其是舱外联络员和安全员必须在舱外值守，保证舱内任何突发情况舱外能及时采取救援措施；

5、进舱作业人员每半年进行一次专业体检，作业人员持体检合格证上岗，操作员须在进舱前一小时就停止用餐；操作人员进舱作业必须佩戴安全设备，不可带易燃易爆物；

6、舱内照明设备必须使用防爆灯并使用安全电压；

7、在作业人员进舱作业过程中必须持续通入空气且不断对空气质量进行检测，一旦发现有害气体浓度过高，工作人员将立即离开机舱；；

8、在舱外合适位置放置足够数量的灭火设备，应对突发火情；

9、设置两条以上的通信线路，以保持机舱内外相关单位和部门之间的联系顺畅，如有异常，及时联系，进舱时首先测试两条通讯线路是否完好，如有故障，作业人员立刻出舱，等待维修工程师排出故障后方可再次进舱；

10、盾构司机在作业期间严禁任何形式的操作刀盘，由于更换刀具需要转动刀盘时，所有作业人员、工具及设备撤出辐条才能转动刀盘，刀盘转动速度控制在0.2rpm以下；

11、盾构机内如需动火作业，必须先办理动火审批手续，然后由安全员对动火区域内的气体进行检测，只有在获得安全员批准后，才能动火；

12、进入舱操作前，确保机械设备完好，特别是安全保护装置，做到定人操作、维护和检查。当电路或机械发生故障时，必须由电工处理，非专业人员不得擅自修理或排除故障；

13、施工前维保班组必须提前检查所有舱门密封件和密封表面的清洁及破损情况。如必要，必须更换密封件，进辐条前必须先向里面通新鲜气体并进行有害气体检测，经气体检测确认后方可进入辐条；

14、施工过程中做好应急措施，急救箱要时刻备在舱外，像纱布、消毒水、云南白药等应急药物在急救箱中必不可少；

15、舱外联络员必须仔细填写人员和材料进出记录。如果发生事故，必须尽可能将人员运送到隧道外。舱外联络员要时刻注意舱内状况，确保作业人员安全；

16、严禁在辐条中存放易燃气体和氧气瓶。通向舱门的逃生通道必须畅通无阻

17、遇到异常情况（如不明气体、火情、刀箱渗水、辐条内压力升高等情况），舱内作业人员马上撤出辐条。

6结束语

本文从南京市纬三路过江通道工程实际情况出发，工程地质条件，刀具情况、常压换刀技术及进舱安全措施进行详细分析，优化盾构施工技术，希望能为类似工程提供参考。

参考文献：

[1]周骏，张天举.超大型泥水盾构机刀盘伸缩机构和刀盘结构设计与应用[J].建设机械技术与管理，2016.12：59-66.

[2]李玉武，王丙坤.永昌隧道地质分析及预防措施[J].科协论坛（下半月），2013.01：13-14.