盾构长距离掘进带压换刀关键技术
盾构机关键技术研究
四、敞开式盾构机介绍
一、超大直径盾构机关键技术 1、常压可更换刀具技术 2、推出式刀具技术 3、长距离掘进刀具设计 4、刀盘驱动伸缩机构技术 5、同步施工专用设备技术 6、氦氧饱和带压换刀作业技术 7、长距离掘进盾尾密封及冷冻装置技术 8、应用实例 二、城际轨道交通用盾构机介绍 三、6米级复合式盾构机介绍
目录
四、敞开式盾构机介绍 五、多元化发展
次采用盾构机挖掘树木区域达百米；
改变了以往处理的方法。
1、刀盘
主切削刀 外周保护刀 导流切削刀 刀座保护刀 磨损检测刀 注入口保护刀 单刃滚刀 双刃滚刀 中心滚刀
超挖滚刀
130个（拳型刀） 12个 10个 30个 2个（液压式） 10个 40个 (2套单刃型) x6套 单刃8套 17寸单刃滚刀液压千 斤顶式
锁紧装置
5、同步施工专用设备技术
双层桁架结构，双管片起重小车在上层运行，口子件小车在下层运行。 隧道掘进机掘进和转弯时，会造成管片夹具产生震动和位移，可能会 导致管片脱落。
5、同步施工专用设备技术
路面同步施工设备是在隧道掘进机隧道工程中，在拼装管片时同步进行 路面施工的设备。本次路面同步施工设备是针对下图中置于中央部位的“ロ” 字型预制件。左右路面的设置施工、隧道内壁连接路面的施工。
三、6米级复合式盾构机介绍 2、刀盘形式
三、6米级复合式盾构机介绍
三、6米级复合式盾构机介绍
三、6米级复合式盾构机介绍
驱动部土砂形式
四、敞开式盾构机介绍
敞开式盾构机主要优点： 设备成本低，约为密闭式盾构机的50%，不需要主轴承，无刀盘刀具，设备故障少； 可以直接观察开挖面情况，能够处理漂石和障碍物，广泛适应各种无水地层； 直接开挖运输土方，不需改良渣土，无污染，速度快； 设备用电小，约为密闭式盾构的50%，减小了城市用电配套设施及用电量；
盾构带压换刀施工方案(
盾构带压换刀施工方案一、引言盾构施工是一种应用广泛的地下工程施工方法，在城市地下管道、交通隧道等工程中得到广泛应用。
盾构带压换刀作为盾构机的重要组成部分之一，对施工的进度和质量具有重要影响。
本文将介绍盾构带压换刀施工方案，包括施工前的准备工作、施工过程中的操作流程和注意事项，以及施工后的检测与验收。
二、施工前准备工作1. 环境检查在进行盾构带压换刀施工前，需要对施工现场的环境进行检查，确保施工现场符合施工要求，排除可能影响施工的隐患。
2. 设备准备对盾构带压换刀所需的设备进行准备工作，包括检查换刀设备的完好情况、准备更换钻头和其他配件等。
3. 人员培训对施工人员进行相关培训，包括换刀操作流程、安全注意事项等，确保施工人员具备必要的技能和知识。
三、施工操作流程1. 施工前准备1.施工人员穿戴好个人防护装备，确保安全；2.检查换刀设备和配件，确认准备充分；3.对盾构机进行检查，确保机器处于正常工作状态。
2. 换刀操作1.停机换刀前，先停止盾构机的推进；2.换刀过程中，严格按照操作流程进行，注意操作规范；3.换刀完成后，重新启动盾构机，检查换刀效果。
3. 安全注意事项1.换刀操作时，严禁在运行状态下进行；2.换刀过程中，注意检查换刀部件的连接是否牢固；3.若发现异样情况，应及时停机检查。
四、施工后检测与验收1. 检测1.对换刀后的盾构机进行检测，确认换刀效果符合工程要求；2.对换下的钻头等配件进行检查，确保无损坏情况。
2. 验收1.进行换刀效果验收，确认达到设计要求；2.对换刀过程中留下的工地进行清理，确保施工现场整洁。
五、结语盾构带压换刀施工是盾构施工过程中的重要环节，正确的施工方案能够提高工程质量、保障施工安全。
施工人员在进行换刀操作时，需严格按照操作规程进行，确保换刀效果符合要求。
希望本文介绍的盾构带压换刀施工方案能够对相关人员有所帮助，确保盾构施工顺利进行。
刀具更换施工方法与技术措施
刀具更换施工方法与技术措施为保证盾构机顺利掘进，同时处理异常情况，本工程设定2种刀具更换方式，即常压换刀方式、带压换刀方式。
施工中若必须进行刀具更换时，尽量利用预先设定的主动换刀点进行常压换刀，当主动换刀点无法满足盾构施工需要时采用带压换刀。
1）常压换刀（1）施工工艺流程见下图。
及时反馈信息常压换刀施工流程（2）常压换刀施工方法及要点详见下表。
常压换刀施工方法及要点根据地质资料、补勘岩芯和掘进碴土等情况，对所处地层的稳定性进行分析，初步确认地层在常压下能够自稳，具体包括土体强度分析、土体整体性分析、地下水水量和来路分析、是否避开了松散带等。
经分析确定能够自稳地层，）利用联络道位置进行换刀，联络通道位置在盾构施工前完成地层加固，并考虑换刀范围）对除联络通道位之外的非全断面自稳地层，采用盾构机内超前注浆或地面注浆进行加）视地层的稳定性和渗透性，调整好各种浆）仓内作业情况确认安全后，按正常程序进行仓内刀具检查、更换，作业过程中要随时对地层的发展状况进行观察和分析，谨防麻痹大）当开挖面渗露水较小时，完全通过土仓底部的放水阀进行排放至隧道内，再通过排污系统排出洞外；如果开挖面渗露水较大，放水阀放不及，而仓内积水还继续上涨，则要采取工作一段时间，液位上涨后，关闭仓门并撤出人员，反复加压抽排和卸压来达到常压工作条件；如果工作时间太短，应考虑进行开挖面止水处（1）施工工艺流程详见下图。
及时反馈信息图1.1.1-1 带压换刀工艺流程（2）带压换刀施工方法及要点详见下表。
带压换刀施工方法及要点）认真研究分析相应地点地勘资料，水位条件、盾构机械设备易出现盾构推进压力低、盾构推进系统无法动作等质量通病，其主要预防技术措施详见下表。
盾构机械设备质量通病及预防技术措施。
盾构换刀方案
盾构换刀方案1. 引言盾构作为现代化的地下隧道掘进设备，其主要作用是在地下隧道工程中进行隧道开挖和支护。
盾构机在施工过程中需要定期进行换刀操作，以保证刀盘的正常运转和工作效率的提高。
本文将介绍盾构换刀的基本原理和常用方案。
2. 盾构换刀原理盾构换刀的目的是更换旧的刀具，并确保新刀具能够准确无误地安装在盾构机的刀盘上。
盾构换刀的原理主要包括以下几个步骤：2.1 停机准备在进行盾构换刀之前，需要先使盾构机停止运转，并确保刀盘停止旋转。
同时，需要确认刀盘所在的位置和方位角，以便后续的工作。
2.2 维护刀具在进行换刀之前，需要对刀具进行维护，包括清洗、修复和涂抹防锈剂等。
确保刀具的表面光洁，并修复刀具上的损坏。
2.3 拆卸旧刀具使用专用工具将旧的刀具逐一拆卸下来，并将其放入指定的容器中进行清理和分类。
2.4 安装新刀具拆卸旧刀具后，需要将新的刀具安装到刀盘上。
根据刀具的类型和规格，选择合适的安装方法，并确保刀具能够牢固地固定在刀盘上。
2.5 调整刀具位置安装完成后，需要对刀具进行调整，确保刀具与刀盘之间的间隙符合规定的要求。
同时，还需要根据施工情况和地质条件做出相应的调整。
2.6 检查调试刀具安装完成后，需要对盾构机进行检查和调试。
确保刀盘的转动顺畅，并且新刀具的安装位置和角度都符合要求。
3. 常用盾构换刀方案在实际的盾构施工中，存在多种换刀方案可供选择。
下面介绍三种常用的盾构换刀方案：3.1 单翻式换刀方案单翻式换刀方案是一种简单快捷的换刀方式，适用于盾构机中的小刀盘或切削困难的地层。
该方案的主要步骤包括：停机准备、维护刀具、拆卸旧刀具、安装新刀具、调整刀具位置、检查调试。
该方案的优点是操作简单、换刀时间短，但适用范围有限。
3.2 双翻式换刀方案双翻式换刀方案是一种相对更复杂的换刀方式，适用于刀盘较大或需要更换多组刀具的情况。
该方案的主要步骤包括：停机准备、维护刀具、拆卸旧刀具、安装新刀具、调整刀具位置、检查调试。
盾构机施工中的带压进仓技术
盾构机施工中的带压进仓技术盾构施工中，由于长距离的掘进或遇到较硬地层时，刀具会产生一定程度的磨损，制约了掘进效率，此时就有必要开舱进行刀具的检查与更换。
在掌子面自稳性较高的情况下，可以通过注浆加固和维护桩加固等方式进行常压开舱。
但有时刀盘位置刚好临近重要建筑物或遇到软岩、含水丰富地段时，因地层无自稳能力，盾构机必须提供使地层稳定的支撑压力（EPB）。
此时，便需采用带压进舱的模式来进行土舱内的各项工作。
为了确保带压进舱工作人员的安全和有规律地检查刀盘、掌握刀盘及刀具在不同地层中的使用情况，使换刀作业规律化，避免刀具及刀盘的超常使用，进仓作业需要一套完整、科学、严谨的作业程序。
标签：掘进效率；常压开舱；带压进仓；地面塌陷前言：珠三角地区地层复杂，上软下硬地层占了区间很大一部分，这种地层最容易磨损刀具，且需频繁检查或跟换刀具。
由于城际轨道的的特殊性，地面建筑密集，若没有提前做好加固工作，冒然开仓检查势必会引起地面塌陷，提高了进仓作业的危险性，若造成人员伤亡不仅会给公司带来巨大损失也会降低工人工作的积极性，所以此时带压作业就显得尤为重要。
1 压气作业施工前期技术准备1.1压气施工地质条件选择并非任何地层都适用压气施工，压气效果受围岩条件影响，在做压气施工前应该先调查围岩的组成、透水性、透气性以及地下水的状态。
1.2压气压力的设定压气压力以开挖面的地下水压力为基准再考虑隧道埋深来确定。
选择压气压力的方法因覆土厚度、地质、隧道直径而异，一般取压气压力等于从盾构顶部算起D/2～D/3位置的地下水压力。
我部2012年10月和11月共实施4次带压换刀作业，头两次采用1.0-1.2bar的作业压力，第三四次采用1.5bar 的作业压力。
2 压气作业设备人员准备及前期准备2.1设备准备工作①检查空压机工作及供气情况必要时更换滤芯②各空气管路可靠性的检查确认及维护③土仓保压系统反复测试数次自动补气系统④人仓气密性的预先检测⑤通信设备准备，保证仓内，仓外，操作室，地面指挥中心通信畅通无阻。
超大直径泥水盾构常压换刀设计关键技术--以汕头海湾隧道及深圳春
收稿日期:2019-02-18;修回日期:2019-06-24第一作者简介:谭顺辉(1969 ),男,广西桂林人,2011年毕业于河南科技大学,本科,教授级高级工程师,主要从事隧道与地下工程装备设计与研发工作㊂E-mail:tanshunhui@㊂超大直径泥水盾构常压换刀设计关键技术以汕头海湾隧道及深圳春风隧道为例谭顺辉,孙㊀恒(中铁工程装备集团有限公司,河南郑州㊀450016)摘要:统计国内外超大直径盾构工程应用案例,并分析超大直径盾构设计选型时需考虑的关键因素,重点以汕头海湾隧道和深圳春风隧道超大直径盾构项目为依托,阐述超大直径盾构研发制造和施工中遇到的难题,探索解决高水土压力下刀盘维护及换刀㊁破碎地层长距离掘进等一系列难题的关键技术㊂主要从刀盘设计㊁常压换刀㊁主驱动伸缩摆动及可靠密封系统㊁防滞排双破碎机布置等方面开展针对性设计,对超大直径盾构的研制和应用推广有较好的意义㊂关键词:超大直径盾构;泥水盾构;常压换刀;双破碎机;滞排DOI :10.3973/j.issn.2096-4498.2019.07.001文章编号:2096-4498(2019)07-1073-10中图分类号:U 45㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀开放科学(资源服务)标识码(OSID ):Key Design Technologies for Cutter Replacing of Super-largeSlurry Shield under Atmaspheric condition :Case Studies ofShantou Gulf Tunnel and Shenzhen Chunfeng TunnelTAN Shunhui,SUN Heng(China Railway Engineering Equipment Group Co.,Ltd.,Zhengzhou 450016,Henan ,China )Abstract :By analyzing the application cases of super-large diameter shield machine in the world and taking ChinaShantou Gulf Tunnel and Shenzhen Chunfeng Tunnel construction for examples,the problems encountered in theresearch and development and construction are proposed and the key technologies to solve a series of problems,such as cutterhead maintenance and cutter changing technology under high soil and water pressure,boring in long fracturedzone,are explored.More specifically,the technologies mainly involve cutterhead design,atmospheric cutter changing,main drive with telescopic and swinging function,reliable sealing system,anti-blockage technique byapplying double crushers,which are of great significance to the development and application of super-large diameter shield machine.Keywords :super-large shield machine;slurry shield;atmospheric cutter changing;double crushers;blockage隧道建设(中英文)第39卷㊀0㊀引言在过去的20年中,大直径盾构技术取得了重大突破,超大直径盾构隧道建造技术自日本东京湾道路隧道于1996年建成以来得到了蓬勃发展㊂越来越多的海底㊁江底隧道的设计倾向于采用大直径断面,实现多车道,达到快速公路车流要求㊂如:中国南京纬三路双管公路隧道,其开挖用盾构的刀盘直径为14.93m,隧道管片外径14.5m,单管双层双向,设计时速为80km;中国武汉三阳路双管隧道是世界上首例公铁合建的盾构法隧道,使用了直径15.76m的盾构开挖,单管上层为3车道公路通道,下层为地铁7号线轨道通道[1]㊂随着隧道需求直径的增大,盾构设计制造直径也在不断增大㊂1985年设计制造的最大盾构直径为6.10m,该泥水盾构用于汉堡Hera隧道的开挖[2],在当时看来直径6m以上的盾构已是大直径机型了㊂之后不到5年时间,即1989年,用于Grauholz铁路隧道的泥水盾构直径达11.60m[3]㊂1994年日本东京湾横断公路隧道项目使用盾构直径达14.14m[4],1997年易北河第4隧道使用的泥水盾构直径达14.20m,此后直径14m以上盾构的使用项目数量快速增加㊂到目前,越来越多的行业人士习惯于把刀盘开挖直径5~7m的盾构列为常规直径盾构,而把直径大于14m的盾构称作超大直径盾构㊂据不完全统计,截至目前,全球完成设计和制造的直径14m以上的盾构项目有42个,其中泥水盾构项目30个,土压盾构项目12个,超大直径盾构发展统计如表1所示㊂从国家和地区分布来看,中国共有超大直径盾构项目26个,占总项目的61.9%㊂表1㊀超大直径盾构发展统计Table1㊀Super-large shield machine development statistics㊀㊀㊀工程名称盾构直径/m机型年份日本东京湾道路隧道14.14泥水盾构1994德国易北河第4隧道14.20泥水盾构1997日本东京地铁14.18泥水盾构1998荷兰绿色心脏隧道14.87泥水盾构2000俄罗斯Lefortovo公路隧道14.20(易北河第4隧道盾构改造)泥水盾构2001中国上海上中路隧道14.87(绿色心脏隧道盾构改造)泥水盾构2004俄罗斯Silberwald公路隧道14.20(Lefortovo公路隧道盾构改造)泥水盾构2004西班牙马德里M30环路隧道15.01,15.20土压盾构2005中国上海长江隧道15.43泥水盾构2006中国上海军工路隧道14.87(绿色心脏隧道盾构改造)泥水盾构2006中国上海外滩隧道14.27土压盾构2007中国南京长江隧道14.93泥水盾构2008 4701㊀㊀5701第7期谭顺辉,等:㊀超大直径泥水盾构常压换刀设计关键技术 以汕头海湾隧道及深圳春风隧道为例表1(续)㊀㊀㊀工程名称盾构直径/m机型年份中国上海迎宾三路隧道14.27(上海外滩隧道盾构改造)土压盾构2009中国杭州钱江隧道15.43(上海长江隧道盾构改造)泥水盾构2010西班牙SE-40公路隧道14.00土压盾构2010意大利Sparvo公路隧道15.55土压盾构2011中国上海长江西路隧道15.43(杭州钱江隧道盾构改造)泥水盾构2011中国南京纬三路隧道14.93泥水盾构2011美国西雅图高架桥替代隧道17.48土压盾构2011中国上海虹梅路隧道14.90泥水盾构2012新西兰奥克兰Waterview公路隧道14.41土压盾构2013意大利Caltanissetta公路隧道15.08土压盾构2013中国瘦西湖隧道14.93(南京长江隧道盾构改造)泥水盾构2013中国香港屯门 赤鱲角项目17.63,14.00泥水盾构2015中国香港莲塘公路项目14.10土压盾构2015中国武汉三阳路隧道15.76泥水盾构2015中国珠海横琴隧道14.90(上海虹梅路隧道盾构改造)泥水盾构2016意大利Santa Lucia公路隧道15.87土压盾构2016中国上海A30沿江高速公路15.43(上海长江西路隧道盾构改造)泥水盾构2016中国上海北横高速15.53泥水盾构2016日本东京外环隧道16.10土压盾构2017中国上海褚光路隧道14.41(奥克兰Waterview隧道盾构改造)泥水盾构2017澳大利亚墨尔本Westgate隧道15.60土压盾构2017中国汕头市苏埃通道15.03泥水盾构2017中国武汉和平大道隧道15.4泥水盾构2017中国南京和燕路隧道15.01泥水盾构2017中国济南穿黄隧道15.74泥水盾构2017中国深圳市春风隧道15.80泥水盾构2018中国上海周家嘴路隧道14.90泥水盾构2018中国南京梅仔洲隧道15.43泥水盾构2018中国温州瓯江隧道14.93泥水盾构2018中国深圳妈湾隧道15.5泥水盾构2019隧道建设(中英文)第39卷㊀㊀㊀本文以中国汕头海湾隧道和深圳春风隧道为例,分析超大直径盾构研发制造和施工中遇到的难题,并提出解决高水土压力下刀盘维护及换刀㊁破碎地层长距离掘进等一系列难题的关键技术㊂1㊀超大直径泥水盾构的选型随着盾构设计和制造水平的飞速进步,盾构选型的弹性边界也有扩大㊂但工程项目的地质岩性及其强度㊁石英含量㊁完整性㊁地下水位㊁土体渗透系数以及颗粒级配信息仍是盾构选型的重要参考依据[5]㊂1.1㊀超大直径盾构的选型要素超大直径盾构除了具有常规直径盾构的特点外,还包括开挖工作面大㊁地质不均概率高㊁工作面上部和下部水土压力差别显著㊁地层扰动相对较大等新情况,所以对于超大直径盾构的选型,如何确保工程施工安全成为需要考虑的重点㊂常规直径盾构和超大直径盾构规模因数比较见表2㊂表2㊀常规直径和超大直径盾构规模因数比较Table2㊀Comparison scale factors comparison of conventional shield machine and super-large shield machine㊀㊀盾构类型开挖直径/m开挖面积/m2注浆环隙/mm注浆量/(m3/m)㊀㊀常规盾构 6.6031.20130 2.40㊀㊀超大直径盾构15.03177.3326511.16㊀㊀规模因数 2.28 5.68 2.04 4.17㊀㊀从表1可看出,超大直径盾构规模因数是常规直径盾构的数倍㊂超大直径盾构的应用需重点考虑的是盾构直径增大后,在刀盘向前掘进和注浆施工时,能否顺利破除不均质的掌子面地层㊁能否顺利排渣土和控制好地层扰动对周边环境带来的不利影响㊂当然,由于设备直径的增加,刀盘㊁盾体㊁主驱动箱等关键部件和整机框架结构件的尺寸㊁质量也同步增加,因此刚度㊁强度问题也需要认真考虑㊂1.2㊀泥水盾构的应用优势泥水盾构为闭式系统,利用旋转刀盘在悬浮液和泥膜环境中切削掌子面岩土,通过泥水循环系统来维持掌子面的压力平衡并以悬浮液的形式带走开挖下来的渣土㊂相比土压盾构,正常掘进情况下,泥水盾构刀盘转矩低一些,刀盘㊁刀具磨损速率也会减缓㊂同时,因泥水盾构的泥水舱㊁掌子面压力稳定控制相对较为容易,地质适应性强,对周围土体影响小,故泥水盾构应对软弱地层㊁地下水丰富㊁砂层㊁冲积层等较为理想[6]㊂从超大直径泥水盾构应用案例来看,对于砂层地质,相比土压盾构,掘进断面越大,泥水盾构应用效果越好[7]㊂在上述统计的42个超大直径盾构项目中,土压盾构项目占比约1/3㊂经验表明,对于渗透系数小于1ˑ10-4m/s,黏土㊁粉土等细颗粒地层,土压盾构是较好的选择㊂土压盾构施工时,掌子面压力稳定与掘进速度㊁渣土状态及螺旋输送机的排渣速度密切相关㊂而对于超大直径土压盾构应用而言,掌子面压力稳定要求较高,如遇非理想地层掘进段,渣土改良务必要达到良好的效果,才能减少出现渣土滞排㊁刀盘转矩剧增㊁或者对周边地层扰动增大的情况㊂6701㊀第7期谭顺辉,等:㊀超大直径泥水盾构常压换刀设计关键技术 以汕头海湾隧道及深圳春风隧道为例㊀由于泥水盾构要设置泥水循环系统和地面泥水处理站等设施,地面场地要求较大㊂就设备系统造价而言,常规直径泥水盾构比土压盾构价格高15%~25%㊂而由于刀盘驱动功率的降低和刀盘刀具磨损的减少,超大直径泥水盾构和土压盾构的使用成本相差无几㊂由于地质的复杂性,在实际项目选型中,几乎没有理想地质对应理想机型的情况,尤其是对于超大断面㊁长距离隧道项目,很难出现断面上下地层均一㊁隧道线路方向地质均一的情况㊂随着盾构研制技术及其施工应用技术的不断进步,使得超大直径盾构在应对复杂地质隧道施工时更加安全㊂2㊀中国汕头海湾隧道工程2.1㊀工程项目概况汕头海湾隧道工程是汕头干线公路网的重要组成部分,项目起点位于龙湖区天山南路与金砂东路平交口,终点位于中信滨海新城南滨片区虎头山山脚,路线全长6.8km,其中,北岸接线长0.5km,隧道长4.95 km,南岸接线长1.35km㊂西线盾构段长3045.75m,东线盾构段长3047.5m㊂隧道按双向6车道㊁行车速度为时速60km设计,工程总投资约38.45亿元㊂工程建成后将有助于增进汕头市南北区的联通以及与粤港澳大湾区的融合㊂汕头海湾隧道采用盾构法施工,隧道结构由隧道管片㊁中间箱涵和现浇筑车道板构成,管片外径14500 mm,管片宽度2000mm㊂隧道穿越地层主要为花岗岩㊁凝灰质砂岩㊁片岩㊁变质砂岩㊁糜棱岩㊁少量卵石及砾砂地层㊂其中,中微风化岩层普遍抗压强度约为50 MPa,微风化(硅化)片岩最大强度为173.7MPa㊂全断面岩层(中㊁微风化)长度占整条隧道长度的77.3%,岩石强度最高达到203MPa㊂其中,各类岩石的长度和岩石质量指标(RQD)为:碎裂岩,22~37m, 95%RQD=0;微风化片岩,46~62m,50%RQD> 40%;中风化片岩,24~39m,RQD=0;微风化变质砂岩,20~35m,50%RQD=40%㊂此外,隧道最大水压为0.5MPa㊂汕头海湾隧道项目施工难点包括:全隧下穿汕头海湾,地层为极软混合地层,带压进舱换刀困难;极软地层中存在3段极硬基岩突起段,差值大的上软下硬地层易造成掘进困难㊁刀具异常损坏㊁轴承偏载㊁地层扰动大㊁滞排堵舱问题;隧道全线上覆土基本为淤泥层,覆土深约1倍洞径,存在压力击穿风险㊂2.2㊀超大直径泥水盾构针对汕头海湾隧道项目水文地质特点及施工难点,选择设计制造直径为15.03m的超大直径泥水盾构来应对诸多挑战㊂2.2.1㊀常压换刀技术根据英国健康与安全执行局(UK HSE)出版的压缩空气作业规范(1996年发布,2002年重印),推荐人工最大带压工作范围不超过0.35MPa[8]㊂在超过0.35MPa压力的空气环境下工作,作业人员的听觉㊁反应敏捷度都会大大降低,而且带压力的气体对人体功能器官影响较大,作业安全难以得到保障㊂作业结束后减压时间长,人体存在减压病风险㊂汕头海湾隧道项目最高水压接近0.5MPa,隧道穿越极软混合地层,包含3段极硬基岩凸起,刀具异常损坏可能较多,预期刀具检查处理的工作频次高,换刀困难,故刀盘刀具设计采用常压换刀技术,极大地提高了换刀效率和作业安全性㊂作业人员可以通过刀盘中心7701隧道建设(中英文)第39卷㊀舱进入中空的刀盘辐条臂内,并在常规大气压条件下进行刀盘及刀具的检查维护作业㊂刀盘结构设计为6个中空主梁,主梁上刮刀和滚刀可在常压环境下更换,同时主梁内集成设计了刀具更换油缸固定装置㊁刀具运输系统㊁冲刷管路㊁爬梯㊁可拆卸作业平台等,保证了主梁内常压更换刀具的安全性和快捷性㊂刀盘整体开口率为28%,在满足中心区域常压更换滚刀布置和刀盘结构强度和刚度情况下,增大了中心开口率,有利于中心区域渣土流动,减少中心刀具的磨损㊂同时,刀盘设置限径格栅,可防止较大粒径岩块进入舱内造成堵塞㊂通过对刀盘的强度㊁刚度进行有限元分析,得出结果见图1㊂(a)刀盘等效应力云图(单位:MPa)(b)刀盘综合位移云图(单位:mm)图1㊀刀盘有限元分析Fig.1㊀Cutterhead finite element analysis㊀㊀分析结果显示,在所示的刀盘边界条件下,刀盘结构的最大等效应力为172.81MPa,刀盘绝大部分区域的等效应力小于86.45MPa,刀盘的等效应力分布云图如图1(a)所示㊂刀盘结构的最大综合位移为3.82mm,刀盘的综合位移分布云图如图1(b)所示㊂刀盘设计所用材料为Q345,该材料的许用应力为295MPa,因此该刀盘的结构设计满足要求㊂刀盘维护人员通过中心舱进入刀盘辐条臂内进行刀具更换,整个换刀过程处于常规气压环境,作业安全高效(见图2和图3)㊂图2㊀刀盘布置图Fig.2㊀Cutterheadlayout图3㊀刀盘辐条臂常压状态换刀Fig.3㊀Atmospheric cutter changing in cutterhead arm8701㊀第7期谭顺辉,等:㊀超大直径泥水盾构常压换刀设计关键技术 以汕头海湾隧道及深圳春风隧道为例㊀㊀㊀常压换刀装置是实现常压换刀的压力隔绝机构,主要由密封座㊁闸门和刀筒等组成㊂常压换刀装置总成及部件见图4㊂图4㊀常压换刀装置Fig.4㊀Atmospheric cutter changing device刀盘辐条臂上刮刀和滚刀可在常压环境下更换㊂常压换刀装置设计有防误装的对位销钉,可以防止刀具错装㊂2.2.2㊀主驱动及密封系统由于地质软硬不均,且最大水压高达0.5MPa,要求刀盘刀具维护安全便捷,密封系统稳定可靠㊂为了便于刀盘刀具维护,超大直径泥水盾构设计采用伸缩摆动式主驱动系统(见图5)㊂该方式主驱动系统允许刀盘缩回一定距离,为刀盘前面腾出一定空间从而使得刀盘维护更便捷;允许刀盘摆动,提高了边缘刀具的更换效率;同时也可以防止刀盘被卡㊂图5㊀伸缩摆动式主驱动Fig.5㊀Telescopic swing type main drive㊀㊀该盾构主驱动系统设计采用4道唇形密封,能够有效应对高水压作业环境㊂设计密封系统可承受0.6~1MPa 的压力,能够保护主驱动系统不被外界水土侵入㊂2.3㊀施工情况该工程采用的2台超大直径盾构从南岸围堰始发向北岸掘进㊂东线超大直径盾构于2017年12月26日始发,西线超大直径盾构于2018年10月21日始发㊂截至2019年7月7日,项目东线盾构完成掘进952环(1904m),平均每天掘进4~5环;西线盾构完成掘进293环(586m),平均每天掘进4~5环㊂东西线2台超大直径盾构在始发阶段通过加固体和围堰回填段,均不同程度地遇到一些来自于异常地层的问题,存在一些困难㊂东线盾构掘进初期出现过刀具退回问题,西线盾构出现过刀具传感器失效问题,通过维护均得到了及时修复㊂目前,总体掘进施工情况良好㊂东线隧道预计于2020年初率先实现贯通,其后3个月西线隧道也将实现贯通㊂3㊀深圳春风隧道工程3.1㊀工程项目概况春风隧道为深圳市城市公路交通快速路隧道,上下2层,双向4车道,设计时速60km㊂隧道工程线路全长约5.08km,其中盾构隧道段全长3583m,其最小平曲线半径750m,最大纵坡49ɢ㊂隧道埋深23~62m,隧道底部最大净水头压力约0.59MPa㊂隧道下9701隧道建设(中英文)第39卷㊀穿地铁9号线鹿丹村站人行通道㊁布吉河(河宽约50m)㊁海关宿舍楼㊁大滩大厦㊁广深铁路股道及深圳站㊁深圳边检宿舍楼等建(构)筑物;隧道临近深圳河,最近处约35m㊂隧道线路主要穿越地层为花岗岩㊁凝灰质砂岩㊁片岩㊁变质砂岩㊁糜棱岩㊁少量卵石及砾砂地层㊂中微风化岩层普遍抗压强度约为50MPa,微风化(硅化)片岩最大强度为173.7MPa㊂片岩约占整条隧道长度的58%㊂全断面岩层(中㊁微风化)长度占整条隧道长度的77.3%㊂区间穿越11条破碎带,破碎带总长度约431m,破碎带影响区域总长度约543m(地质剖面图见图6)㊂RQD 值为0的总长度约为580m㊂隧道主要遇到孔隙水和基岩裂隙水㊂图6㊀春风隧道地质剖面图Fig.6㊀Geological profile of Chunfeng Tunnel㊀㊀隧道衬砌结构为管片外径15.2m,环宽2m,全环采用7+2+1衬砌形式,通用衬砌环,错缝拼装,隧道空间规划见图7㊂图7㊀隧道空间规划Fig.7㊀Tunnel structure layout3.2㊀超大直径泥水盾构该项目具有隧道开挖断面大㊁区间长㊁埋深大㊁水压高等特点㊂其超大直径盾构施工难点如下:隧道为全断面岩层,地质岩石强度范围大,石英含量高,刀盘㊁刀具㊁泥水管路易磨损;局部水压高达0.49MPa,人员带压进舱作业困难;隧道穿越软弱围岩和破碎带,碎石易受到扰动掉落堆积造成堵舱滞排;隧道下穿重要建筑物和道路,地表沉降控制要求高㊂针对以上难点,项目选择采用1台专门设计的超大直径泥水盾构来施工㊂该盾构刀盘开挖直径15.8m,同样采用了常压换刀刀盘,刀具间距尽可能小,以应对长距离岩石掘进问题;主驱动功率6300kW,同样具有伸缩摆动功能,利于刀盘刀具维护工作;密封系统设计工作压力0.8MPa,满足最大水压的要求;整机总长160m,总质量约4800t㊂因该项目隧道区间要穿越11条断层破碎带,破碎带总长度约431m,单条破碎带最长约117m,破碎带影响区域总长度约543m㊂在破碎带中掘进时,伴随着刀盘刀具开挖掌子面,部分破碎岩石大粒径渣块会0801㊀第7期谭顺辉,等:㊀超大直径泥水盾构常压换刀设计关键技术 以汕头海湾隧道及深圳春风隧道为例㊀掉落到刀盘底部,逐渐集聚到排浆管吸渣口前方区域,出现积渣并堵塞排浆管吸渣口,产生滞排现象,导致排浆管出渣不畅,掘进将非常困难㊂为了解决这种潜在的滞排风险,采用了舱内舱外双破碎机设计(见图8)㊂舱内颚式破碎机允许破碎粒径大于舱外双齿辊式破碎机破碎粒径㊂穿越破碎带区域时,舱内底部渣土可先通过颚式破碎机进行一次破碎,避免舱内积渣和滞排㊂通过颚式破碎机后再经过管路输送至双齿辊式破碎机进行二次充分破碎,进而达到出渣管路和泥水处理站的出渣和处理要求㊂图8㊀舱内舱外双破碎机设计Fig.8㊀Double-crusher design㊀㊀颚式破碎机布置在前盾气垫舱底部(见图9),采用液压油缸驱动,破碎机具有破碎和搅拌2种工作模式㊂破碎机运行次数为3次/min,最大破碎粒径为1200mm,最大通过粒径为200mm ˑ400mm,最大破碎强度300MPa㊂图9㊀舱内颚式破碎机Fig.9㊀Jaw crusher inside chamber㊀㊀舱外双齿辊式破碎机(见图10)设置在排浆泵前方,用于对一次破碎后石块的进一步破碎,保证排浆泵的通过粒径㊂最大破碎粒径350mm,破碎后最大粒径150mm㊂图10㊀双齿辊式破碎机Fig.10㊀Double-geared roller crusher㊀㊀舱内舱外双破碎机设计可以有效防止滞排,提高了在穿越破碎带的排渣效率和安全性㊂4㊀结论与讨论超大直径盾构研制取得了快速的进步,正在向更大直径如19m㊁20m 及以上发展,这类盾构的安全性㊁可靠性和经济性伴随科技进步正在日益提升㊂由于超大直径盾构自身直径大,再加上洞径1倍以上的覆土深度,故实际项目应用经常遭遇到较高的水土压力㊂对于高水压地质,无论泥水盾构还是土压盾构,常压换刀装置逐渐成为必要配置㊂常压换刀装置和人员换刀作业的方式有多种,诸如汕头海湾隧道项目和春风隧道项目项目利用中心舱进入常压刀盘辐条臂,在常规大气压条件下进行刀盘及刀具的检查维护作业,是较为优选的方法㊂刀盘整体开口率为28%,在满足中心区域常压更换滚刀布置和刀盘结构强度和刚度情况下,增大了中心开口率,有利于中心区域渣土流动,减少中心刀具的磨损㊂同时,刀盘设置限径格栅,可防止较大粒径岩块进入舱内造成堵塞㊂由于地质条件不同,刀盘形式不同,根据实际1801隧道建设(中英文)第39卷㊀工况,其他类型的常压刀盘和换刀技术也有不少的成功应用㊂为确保压力控制精准和排渣顺畅,选用舱内舱外双破碎机,可有效解决滞排问题㊂由于作业空间的限制,当前超大直径常压换刀技术尚不能支持全盘面刀具常压条件下更换,随着破岩刀具技术和换刀技术的进步,未来有望实现全盘面刀具的常压更换㊂参考文献(References):[1]㊀陈馈,冯欢欢.武汉三阳路公铁合建超大直径盾构隧道设计方案研究[J].现代隧道技术,2014,51(4):168.CHEN Kui,FENG Huanhuan.Design option for the extra-large rail-and-road shield tunnel on Sanyang Road in Wuhan[J].Modern Tunnelling Technology,2014,51(4):168.[2]㊀CHAPMAN D,METJE N,STARK A.Introduction toTunnel Construction[M].2nd ed.Boca Raton:CRCPress,2018:148.[3]㊀JANCSECZ S,STEINER W.Face support for a large mix-shield in heterogeneous ground conditions[C]//Tunnellingᶄ94.British:Chapman&Hall,1994:531.[4]㊀増田隆,若月豊,岡崎雅好,等.東京湾横断道路におけるシールド工事の施工報告-川崎トンネル浮島南工事[R].東京:土木学会トンネル工学委員会,1997:447.MASUDA Takashi,WAKATUKI Yutaka,OKAZAKIMasayoshi,et al.Report of shield tunnel construction inTrans-Tokyo Bay Highway-Kawasaki Tunnel Ukishima South[R].Tokyo:Japan Society of Civil Engineers,1997:447.[5]㊀洪开荣.盾构与掘进关键技术[M].北京:人民交通出版社,2018:58.HONG Kairong.Key technologies for shield machine andtunneling[M].Beijing:China Communications Press Co.,Ltd.,2018:58.[6]㊀王梦恕.中国盾构和掘进机隧道技术现状㊁存在的问题及发展思路[J].隧道建设,2014,34(3):179.WANG Mengshu.Tunneling by TBM/shield in China:State-of-art,problems and proposals[J].Tunnel Construction, 2014,34(3):179.[7]㊀王梦恕.不同地质条件下的盾构与TBM选型[J].隧道建设,2006,26(2):1.WANG Mengshu.Type selection of shield TBMs and hardrock TBM for different geological conditions[J].TunnelConstruction,2006,26(2):1.[8]㊀Health and Safety Executive.A guide to the work incompressed air regulations1996[M].British:HSE Books,1996:50.2801。
盾构施工开仓检查、带压进仓、更换刀具专项方案
盾构施工开仓检查、带压进仓、更换刀具专项方案(DK1+788.5~DK3+917.5)中铁十六局集团编制：审核：批准：中铁十六局集团天津西站至天津站地下直径线工程项目经理部2010年10月目录1、工程概况 (2)1.1天津地下直径线概况 (2)1.2工程地质与水文地质 (3)1.3盾构机概况 (4)2、盾构进仓、更换刀具方法 (6)2.1带压进仓方法 (7)2.2常压进仓方法 (12)2.3更换刀具作业方法 (13)3、所需的人力及设备 (15)4、质量保证措施 (16)4.1质量保证组织结构 (16)4.2质量保证具体措施 (16)5、安全保证措施 (16)5.1安全保证组织结构 (16)5.2安全保证具体措施 (17)6、应急预案 (19)6.1应急救援小组 (19)6.2应急救援小组职责 (19)6.2盾构进仓应急预案 (20)6.3盾构出仓减压防病措施 (20)盾构施工开仓检查、带压进仓、更换刀具专项方案1、工程概况1.1天津地下直径线概况天津地下直径线是联系东北、华北及华东地区铁路路网的重要通道，其修建可提升滨海新区对外能力，发挥天津站和天津西站的作用，发挥部分城市轨道交通功能，沟通津秦客专与京沪高铁通道及滨海新区建设和发展均具有十分重要的意义。
线路全长约5.005km，其中隧道长3.312公里。
线路西起天津西站，上跨规划地铁六号线；穿越志诚快速路立交桥后，在规划泰达城北侧沿子牙河南马路下穿慈海桥、工业博物馆、明珠泵站、引滦入津纪念碑及南运河到达金刚桥；沿张自忠路下穿地铁四号线、狮子林桥、海河及李叔同故居到达规划嘉海二期小区；在城东变电站与琴海公寓之间下穿胜利路及京山铁路后露出地面，上跨五经路地道在城际与普速车场之间进入天津站。
线路出天津西站后以20‰下坡至工业博物馆，并以3.4‰继续下坡至张自忠路，随后以23‰上坡出地面到达天津站。
工程总投资10.72亿。
隧道设计为单洞双线，采用明挖法、盾构法等综合施工方法，有效减少了对周围环境的影响。
超大直径盾构隧道常压下盾构刀具更换工法(图文丰富)
超大直径盾构隧道常压下盾构刀具更换工法中铁**集团1、前言随着国内交通基础设施建设的飞速发展，盾构施工以其安全、快速、高效在城市地铁、越江穿河隧道、输油地下管道等地下工程建设中的应用越来越多。
在越江穿河工程中，一般由于隧道埋深较大，地层透水性较强，水压较高而选用泥水盾构。
由于江底、河底、海底多为冲洪积形成的砂卵石地层和软硬不均的互层，作为盾构机上承担掘进功能的刀具磨损会很快，在施工中需经常检查、维修保养和更换刀具。
中铁**集团针对南京长江隧道盾构段主要穿越地层为粘土层、粉细砂、砾砂和圆砾复合地层，在砾砂和圆砾复合地层刀具的磨损比较严重，且由于盾构在长江底进行掘进，埋深大，水压高，开挖面土体自稳性差，高压进仓换刀风险很大的技术难点进行研究，在总结超大直径盾构常压换刀施工技术的基础上，形成该工法。
2(即相当于70cm水头压力)，开挖直径达14.96m，距离超过3km等现象，拟通过调研、理论分析、实物试验、模型试验、三维数值可视化仿真模拟和现场实测等手段，研究盾构法穿越长江隧道建造的一系列关键技术及其施工风险分析评估体系和健康监测体系，上述内容尚未见有公开文献报道。
2010年9月9日通过了中国建筑业协会全国建筑业新技术应用示范工程成果评审，评审意见：“超大直径盾构隧道常压下盾构刀具更换”技术达到国际先进水平。
该工法应分别应用于南京长江隧道工程左、右线盾构隧道江中段，推广应用成绩显著。
2、工法特点常压换刀作为盾构施工中一种新型的换刀工艺，其主要特点如下：2.0.1安全性高。
整个换刀工作处在常压下，相比带压进仓、对开挖面前方土体进行加固后，常压进仓作业条件好，安全性高。
2.0.2工期短。
常压换刀，平均2小时更换一把刀，一次停机换刀只需要2～3天时间，相比带压进仓作业每次进仓只能工作1.5小时，出仓减压需要3～4小时，每次刀具更换约需要12～15天，常压换刀相对高压换刀效率提高了4~5倍。
2.0.3施工成本降低。
土压平衡盾构刀具更换工艺工法(后附图片)
土压平衡盾构刀具更换工艺工法1 前言1.1工艺工法概况随着我国城市地铁的飞速发展，盾构法在地铁施工中应用越来越广。
快速、及时更换损坏或磨损超限的刀具，对提高复杂地层中盾构掘进的工效至关重要。
目前，国内还没有成熟的盾构刀具更换工法。
本工法针对盾构刀具在常压和气压两种情况下进行更换。
1.2 工艺原理保证掘进掌子面稳定的情况下，人员在土仓内将损坏或磨损超限的刀具的安全、快速更换为新刀，以保证盾构机正常掘进。
目前国内采用换刀方法主要有两种：常压换刀和气压换刀。
常压换刀：在不加气压的情况下，利用土体的自稳性或提前注浆加固土体，人员在常压下进入土仓进行刀具更换作业。
常压分两种：地层不需处理常压换刀和地层注浆加固常压换刀。
气压换刀：利用盾构机自带的两台空压机和压气设备，对土仓内加气压，将土仓内的渣土用空气进行置换，用气压平衡水土压力，建立土仓内气压和掌子面水土压力平衡，人员进入土仓内带压作业，进行刀具更换。
2 工艺工法特点2.1 根据掘进掌子面稳定情况和地层透气情况，选择采用常压或者气压换刀。
2.2 通过刀具更换记录，可以分析出刀具损坏的规律，为盾构掘进的参数选择提供依据。
2.3 标准化作业、换刀速度快、安全有保障。
3 适用范围本工艺工法适用于常压或气压下对德国海瑞克盾构机和日本小松盾构机滚刀更换。
4 主要引用标准4.1 盾构区间工程相关施工、设计图纸。
4.2 盾构区间地质详勘和补充地质勘察报告。
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》（GB 50446）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。
盾构区间带压进仓换刀施工方案
盾构区间带压进仓换刀施工方案在盾构施工过程中，由于地质条件的多变性，往往会遇到需要换刀的情况。
本文将介绍在盾构区间带压进仓换刀的施工方案。
1. 概述盾构区间带压进仓换刀是指在盾构机在进行推进作业时，由于施工环境的变化或刀具失效需要进行换刀作业。
换刀作业必须在进仓带压的情况下进行，以保证施工过程中的安全和顺畅。
2. 换刀前准备工作在换刀前，需要进行以下准备工作：•确保进仓处于带压状态，避免地下水涌入导致事故；•停止盾构机的推进作业，确保机器处于静止状态；•确保换刀区域周围的支护结构完好，不会发生坍塌等安全事故；•准备好换刀所需的工具和材料，包括替换刀具、扳手、螺丝刀等。
3. 换刀步骤3.1 断开动力和液压系统首先，需要断开盾构机的动力系统和液压系统，以确保换刀时操作安全。
3.2 拆卸旧刀具使用相应的工具，将需要更换的刀具逐一拆卸下来，确保操作准确，避免损坏其他部件。
3.3 安装新刀具将新的刀具逐一安装到相应的位置，并确保安装牢固，不会出现脱落等安全隐患。
3.4 联接动力和液压系统安装完新刀具后，重新连接动力和液压系统，进行必要的测试，确保系统运行正常。
4. 安全注意事项在进行盾构区间带压进仓换刀作业时，需要注意以下安全事项：•换刀过程中避免使用铁锤等可能损坏刀具和盾构机的工具；•换刀人员需具备专业的操作技能和经验，确保操作准确、安全；•任何情况下都不得违反换刀安全规程，以免发生意外事故。
5. 结束语通过本文的介绍，我们了解了盾构区间带压进仓换刀的施工方案，并掌握了相关操作步骤和安全注意事项。
在实际施工中，需要严格按照规程操作，确保工作的顺利进行和人员的安全。
地铁盾构施工软弱地层带压进仓换刀风险控制技术
地铁盾构施工软弱地层带压进仓换刀风险控制技术摘要：目前我国的城市轨道交通建设取得了飞速发展，施工项目越来越多，地铁区间多为盾构施工，盾构带压进仓换刀施工安全风险因素很多。
本文就济南地铁轨道交通建设为背景，讨论地铁盾构施工为何要带压进仓换刀、带压进仓换刀存在的风险及如何进行风险控制，可供今后类似工程参考借鉴。
关键词：盾构；带压进仓；风险控制盾构施工带压进仓是指操作人员在高于常压的环节中进行工作，完成指定的工作内容。
在盾构机工作仓内要进行刀具的检查及更换，必须在工作仓内建立适当的压力支撑掌子面，保持掌子面的稳定，及工作人员的安全。
作业人员进仓前仓内进行加压，完成加压后打进仓门进入工作仓，完成本仓的刀具检查及更换任务，当达到预定在压下工作时间后返回人员仓进行吸氧减压、出仓。
作为安全管理人员，如何落实风险控制措施，保证施工人员人身安全，做到防患于未然，是本文探讨的关键问题。
一、项目简介济南轨道交通R2线一期工程，全长36.4公里，共设19个站，总投资229亿元。
我单位承建长途汽车站站、生产路站、长途汽车站站～生产路区间、生产路站～历黄路站（不含）区间，其中长生区间全长1725.789米，生历区间全长1379.6米，均采用盾构法施工。
地铁盾构区间由于一次掘进距离长，盾构机刀盘磨损量超过临界值时，需要进仓换刀。
二、换刀方案比选方案总体有两种，一种为常压进仓换刀，另一种为带压进仓换刀：常压进仓换刀：周期短，操作简便且较为安全，适用于地质条件好的封闭地层，或进行加固的软弱地层换刀段。
带压进仓换刀：周期长，程序繁琐且机械设备保压性能要求高，适用于地基软弱的封闭地层。
由于本标段沿北园大街布置，地面交通流量大，区间沿线离北园高架桥较近，且侧穿众多的建构筑物，地面管线错综复杂，对地面沉降要求高，地下水丰富，且无条件进行换刀段加固，因此考虑当前地质情况及建筑物、管线等情况。
对比之下，我单位决定采用带压进仓换刀的方案。
三、带压进仓换刀风险分析在掘进过程中，盾构带压进仓换刀主要存在以下风险：1.坍塌事故。
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。
盾构带压(压气)进仓换刀施工方案
盾构带压(压气)进仓换刀施工方案
在盾构建筑领域，盾构带压(压气)进仓换刀是一种常用的施工方案，它通过一系列步骤和措施来确保施工安全、高效。
本文将介绍盾构带压(压气)进仓换刀的基本原理、具体步骤以及注意事项。
原理介绍
盾构带压(压气)进仓换刀是一种在施工过程中通过调节施工环境气压的方法，来实现换刀作业的技术方案。
通过增加施工环境的气压，可以有效减少地层的涌水以及土压，提高工作面的安全性和稳定性。
方案步骤
第一步：施工现场准备
在换刀作业之前，需要对施工现场进行准备。
包括清理施工面、检查设备和工具的完好性、确认换刀位置等。
第二步：加压进仓
在进入换刀位置之前，首先需要对该位置进行加压，提高环境气压。
加压过程要慢慢进行，确保工作面承受得住增加的气压。
第三步：换刀作业
在环境气压升高到一定程度后，施工人员可以进行换刀作业。
换刀过程需要特别小心，确保操作准确和安全。
第四步：降压出仓
换刀完成后，需要逐渐降低施工环境的气压，确保工作面及时排除气体，防止压力突降带来的危险。
第五步：清理整理
换刀作业完成后，需要清理工作面，并做好记录和整理工作。
注意事项
换刀作业是一个重要且复杂的过程，需要特别注意以下几点：
•严格按照操作规程进行，不得擅自操作；
•保证换刀作业的准确性和效率；
•在作业过程中，注意安全，特别是要防止气密性破坏；
•作业后要及时整理设备和工具，确保施工面的干净整洁。
通过盾构带压(压气)进仓换刀施工方案，可以有效提高盾构施工的安全性和效率，为工程顺利进行提供有力保障。
浅谈盾构常压换刀施工方法
浅谈盾构常压换刀施工方法内容摘要：随着地铁建设规模的不断扩大，盾构施工以其安全、快速、高效的城市基础设施----城市地铁、市政公用管线、输油地下管道、煤矿开采等各类地下工程建设中得到广泛的应用。
本文通过大连地铁1号线刘家桥～沙河口火车站盾构区间施工中根据盾构刀具磨损总结了常压开仓换刀地质选择和换刀流程及换刀过程的注意事项，为今后类似施工提供实践经验。
关键词：盾构；换刀；常压；施工方法。
1、引言随着我国轨道交通的不断发展，盾构法施工作为最安全，最有效的区间施工工艺。
盾构法施工较适用软土地层，在存在孤石、鹅卵石、硬岩的地层施工较为困难，施工难度较大。
由于受到底层条件及刀具磨损的影响，盾构机在隧道施工到一定工作量后刀具将会磨损如果不及时进行刀具更换处理而继续掘进，轻则无法保证掘进速度，重则盾构刀盘损坏无法掘进施工，甚至报废盾构刀盘。
因此盾构在施工中开仓换刀是必要的工作。
根据地质条件可采取加压和常压两种换刀方式。
在不带压的情况下换刀选择地层比较稳定、无大量地下水涌出、无有毒气体存在的情况下进行，否则容易造成安全事故。
因此对盾构机换刀地质条件选择和换刀工艺技术流程的制定就显得十分重要。
2、开仓换刀工作流程（1）根据地质条件及掘进参数决定是否换刀。
（2）开仓前准备工作。
在机电工程师和土木工程师沟通商议下，加强对施工区域的地质、水文等情况进行了解，把土仓内的土出干净或是出掉2/3 。
以确保安全，并提出初步换刀方案。
①设备物资供应风动扳手、风镐、1吨倒链3套、1T吊带5条、刀具吊耳5个、内六角、加强杆、防爆灯、水泵、风机、急救药品及气体检测仪等等。
做好风水电方面的协调工作，保证换刀过程的良好环境和安全。
②加强人员的培训工作，并成立急救小组联系外援。
③开仓审批程序，开仓技术方案经过工程部与机电部讨论，由土木工程师和机电工程师确认，报项目经理签发，业主和监理同意方可开仓，下发技术交底责任落实到人，严格按照程序进行。
昆明地铁盾构常压开仓换刀施工技术
昆明地铁盾构常压开仓换刀施工技术仓换刀的地质选择和换刀流程及换刀过程中的考前须知.为今后类似施工提供实践经验.昆明地铁盾构常压开仓换刀施工技术文l万明随着地铁建设规模的不断扩大,盾构施工技术得到越来越广泛的应用.由于受地层条件及刀具耐磨的影响,盾构机在掘进隧道施工到一定工程量后,刀具将会磨损,如果不及时进行换刀处理而继续掘进,轻那么无法保证正常的掘进速度,重那么会使盾构机无法掘进施工,甚至影响盾构机的寿命.因此,盾构机在施工过程进行开仓换刀是必要的工作.根据地质的情况,可采用带压换也和不带压换刀两种换刀方式.在不带压的情况下进行开仓换刀,只能在地层比拟稳定,无大量地下水涌出,无有毒气体存在的情况下才能进行,否那么容易造成平安事故,因此对盾构机开仓换刀的地层条件的选择和换刀的技术流程的制定十分重要.一,工程概况昆明市轨道交通首期工程一(B)标工程位于小王家营站至呈贡北站地下区间段,起讫里程为右ICK30+773.000～右ICK33+694.203,全长2921.203m.因司主要穿越的地层为全风化泥质粉砂岩层,黏土层,淤泥质粘土层,粉质粘土层,粉土层,工程采用德国海瑞克公司制造的土压平衡式盾构机施工,盾构机外径6.480m,盾构管片外径6.2m,内径5.5m,厚度350mm,管片环宽1.2m,分块数为6块,衬砌环纵,环缝采用环螺栓连接.二,开仓地质段的选择根据隧道地质报告的描述,初步决定在盾构机掘进粉砂岩,其中盾构机刀盘顶部为(7)2—1号地层强风化带,承载力为350kPa,刀盘及以下位置为(7)2-2号地层弱风化带,承载力为400kPa.更据地质报告的描述,此段地层硬度高自稳性强,天然含水量小,适合在开敞的条件下对刀具进行更换.三,换刀前的准备工作(一)总体规划在盾构始发后的日常工作中加强对施工区段地质情况的了解,并与地质情况报告相比照,看实际的地质是否与地质报告中所描述的地质情况相符合,充分估计特殊地段对刀具的破坏程度,同时根据实际的地质情况,制定刀具及刀具配件的采购方案.(二)成立换刀工作领导小组根据总体规划的情况,适时成立换刀领导小组,负责20210lo中闺高新技术在43换刀的总体工作进行部署;(三)设备物资的准备设备与材料的准备,是实现快速换刀的根本保证,从而保证土体开挖面在外暴露的时间.在确保常用设备(机具),材料到位的情况下,优先使用更为先进的工具,同时对可能在使用过程中损坏的设备,工具要确保损坏后立即有备用的.见附表一.(四)保证盾构机各项性能完好在日常做好盾构机日常维修保养的情况下,加强对换刀过程中需要用到的系统的维护保养,如刀盘旋转液压系统,电气系统,通风系统,循环水系统,污水排出系统,压气系统,双轨梁,管片拼装机,后配套系统,从而保证换刀工作的顺利进行.(五)成立换刀工作小组,应急救援小组,地表监测小组及后勤保障小组1.换刀领导小组在确定换刀的时1司后,组织成立换刀工作小组,小组的成员主要分为隧道内外总指挥人员, 换刀操作人员,配合换刀人员和机动人员,并对相应人员的工作内容进行详细的分工.2.成立应急救援小组,负责处理换刀过程中出现的突发情况,并与附近的医院保证24小时能随时联系.3.成立地表监测小组,对在换刀过程中地表变化的情况时时监控,并随时向换刀工作总负责人汇报.4.成立后勤保障小组,对相对来说时间比拟长的换刀工作提供有力的后勤保障.(六)人员培训组织换刀工作小组的成员进行相应的岗前培训,对正仓作业的人员,必须经过专门的培训,并做好相应的安全技术交底)).(七)开仓审批开仓的技术方案经过工程部与机物部讨论,由机电总工程师和土木总工程师确认,并报工程经理,业主和嗌理总工审批同意后,方可开仓.四开仓换刀工作的流程根据刀具的更换方案,做好设备,材料的准备,在准备开仓的前安排有较强经验的操作司机进行操作,同时刀具更换负责工程师加强与操作司机的沟通,确定准确的开仓地点和时间;并将所准备好的设备,材料,工具等运至相应的位置.开仓前不加泡沫和水推j~3OOmm左右,切削下开仓前已经被水和泡沫渗透的土体,并将士仓内的土尽量出44o中阖高新蛙扣企业20210空.同时在出土过程中注意观察土仓的压力变化,以判断士体的自稳性.在保证土体自稳性没问题时,再进行下一步的工作.翻开土仓壁上方的两个球阀,利用粗细]5ram左右的钢筋向土仓内插入,根据插入的情况判断凝固土体的情况,同时使用有毒气体检测仪伸入土仓,检测有毒气体的含量,并做好记录(附表二).如有毒气体含量超标,可向土仓内参加压缩空气进行稀释并通球阀向外排出,同将土仓壁上的球阀,由上而下用同样的方法检查水位情况,同时要保证下部的球阀在整个换刀过程中保持排水通畅.在检查有毒气体含量在允许范围内,土仓内水位只有lm以下的情况下才可以进入人闸准备翻开土仓仓门.翻开仓门时,先松开仓门全部螺丝2～3牙,观察有无泥水从门缝间渗入人闸,假设没有泥水渗入,再继续松开螺丝,最住最后的3～4牙,撬动门架使门架有所移动,假设无测仪检测土仓内的有毒气体含量,不超标的情况下铲除门口泥土,将照明引入,观察土仓内积土及泥水渗入情况,然后人员进入土仓,留1人在门口监护.人员进入土仓后先把土仓上面附积的泥土铲刮到土仓底部,然后用水冲洗刀座至全部露出钢板及刀座架上的刀具及螺栓.并清理刀具,使之不给土体包裹,以便于刀具的更换.选择最正确的刀具更换位置,在土仓内焊接刀具的吊耳,以便于更换刀具过程中刀具的水平运输,在焊接过程中产生的烟尘很快排出.再一次检测有毒气体的含量,在不超标的情况下换刀操作人员将刀盘转至刀具更换位置,进入土仓内进行备,并将拆下的刀具运送出洞外.值班工程师在值班过程中收集并做好进仓作业的各种记录.填写?刀具磨损情况及更换记录表(附表三),主要包括刀具编号,刀具类型,刀具磨损量,更换原因,更换刀具类型,更换时间和更换人等,并安排人员对拆下的刀具编号,以便事后分析刀具磨损原因,为以后的刀具选型提供依据.五,换刀工作中的考前须知(1)进入土仓工作的人员一定要配戴好平安帽,安全带,平安绳等防护用品;(2)土仓内有人员工作时,除操作室内有人员值班外,一定要按下刀盘急停按钮,以防止误操作弓1发事故;(3)需要旋转刀盘时,土仓内的人员必须全部撤离土仓后才允许旋转刀盘;(4)有毒气体的检测工作除了工作内容更改时进行检测外,在正常换刀过程中每间隔一个小时要测一次,并做好相关的记录;(5)刀具在土仓内水平运输时,绝不允许操作人员站在正在运输的刀具下方;(6)刀具的吊装和定位必须使用须经过严格检查.六,结语昆明轨道交通首期工程一(B)标分别于2021年10月23日和2O1O年11月29日进行了常压开他换刀工作,根据地质段的选择和换刀流程的严格控制,两台盾构机均在开附表一序号名称规格数量备注1有毒气体检测仪1套2榔头05kg1个3钳子2501个4手拉葫芦15t6个刀具拆装吊具5刀具吊环10个刀具拆装吊具6抓紧钳刀具配套2个刀具拆装吊具土舱内临时站人7土仓内脚踏板盾构配套1套8风动扳手1个紧固刀具螺栓9套筒30,46各～个紧固刀具螺栓从盾体接口处延伸1O水管1根到刀盘内11电焊机BX1—3151台12扭矩扳手1O00nm1把复紧刀具螺栓13开口敲击扳手30,46各1个14活动扳手250,400各1个15卡规单刃各1个滚刀磨损量检查16量尺17手电筒2个刀靠枪杳昭明18钢丝刷子2个刀具清洁装工具,放在人闸19工具箱1个副舱内从盾体接口处延伸20高压气管1根到刀盘内21三防日光灯40W,36V2只土舱内照明22对讲机2只舱内舱外联系23记号笔2个24平安带3付附表二有毒气体检测记录表检测时检测时正在进有毒气体含量序号间行的工作附表三刀具磨损情况及更换记录表刀具刀具磨损极限值实际磨损值更换的刀序号是否更换具备注编号类型(mm}?四个方向)类型(作者供职于中铁五局城市轨道交通工程公司j 荫ft编辑:陈估20210Io中闽高新技术硷'业45。
盾构机人员带压换刀作业指导书
盾构机人员带压换刀作业指导书1、定义1.1 刀具更换作业刀具更换作业包括：初步计划、开仓审批、刀盘检查、刀具更换、试掘进。
1.2 带压作业人员带压换刀分为两种：2.0Bar以下的压力和2.0Bar 以上的压力，需专业人员操作。
（1）初步计划负责刀盘的工程师根据总体规划，结合近期盾构机的掘进报告，可以初步的提出刀具的更换方案，提前做好设备、材料的准备，并与土木工程师及掘进司机沟通，确定准确的开仓地点和时间。
（2）开仓审批开仓的技术方案经过工程部与设物部讨论，由两部部长签认，报予土木总工程师审批，同意后，方可开仓，并将结果报公司经理。
（3）刀盘检查盾构机刀盘检查分为两级：日常检查和定期检查。
检查记录应备案。
（4）刀具更换图5-1 换刀作业流程图刀具更换主要包括：刀盘清理、刀具拆除、刀具安装、整体检查。
（5）试掘进经过检查，确认刀盘内没有人员、换刀工具或者其它物品，关闭仓门，准备开始掘进。
在掘进之前，刀盘以低速空转10－15分钟，直到刀盘扭矩值很小且没有大的变化，逐渐加大推力，并保持1到2环的低推力推进，再根据掘进情况和碴土的状态选取正确的掘进参数。
3、地层加固换刀刀盘清理：打开仓门后，先向碴仓内输送高压风5-10分钟，用以给刀盘降温和输送氧气，然后用水将刀盘冲洗干净，特别是需要更换的刀位。
刀具拆除：刀盘冲洗干净后，利用大扭矩的风动扳手将需更换刀具的螺栓拆下，并将刀具运送出碴仓，同时将需安装的新刀具吊到位。
对于在换刀中常常碰到的因变形严重难以取出的中心刀具螺栓，采用割除螺栓螺帽的方法拆除。
为避免会对刀座、刀具螺栓孔产生破坏，在割除时需注意以下几点：①、割枪的火焰不能调的太大、太快，以免火焰伤到刀座、刀具螺栓孔；②、对刚利用割除方法拆下螺栓的螺栓孔不能立即用水冲洗，以免螺栓孔收缩太快而产生变形。
刀具安装：在清洁时，特别要注意螺栓孔和螺栓的清洁。
一般情况下，刀座螺栓孔、刀具螺栓先用高压水冲洗，再用钢丝刷将螺纹刷干净，而后用高压风吹干或用毛巾擦干。
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二 典型应用
•广州地铁三号线大汉李村断裂带 •广州地铁四号线小新区间 •武汉长江隧道 •穿黄隧道 •狮子洋隧道
三 进仓技术方法的选择和适应范围
1 带压进仓（带压限排进仓） 带压进仓在一定压力范围内，应该说可以适应于各种地
层，特别针对掌子面不能常压自稳及富水地层，如：全断 面软弱地层、上软下硬富水地层、岩石破碎带（断裂带、 裂隙发育、渗透性强）等不良地层，在此种不良地层中采 用带压进仓是最安全的作业方法，但带压进仓不宜动火， 而且工效较低。 2 敞开式开仓（周边止水限排进仓）
一 盾构施工带压进仓介绍
4 压缩空气在隧道施工中的用途：
在早期的人工开挖施工中，压气主要用于防止地下水进入 隧道开挖面并对整个开挖面地层连续提供支护；
机械化施工条件下，一般目的是利用压缩空气防止地下水 在维护掘进机刀盘的过程中进入维护工作区并对隧道开挖面 提供临时支护。
适用的压力范围：
在0.6bar~6.9bar之间，一般在1.8~3bar，超过4.5~6.9bar 时，需要采用很高的潜水技术和设备。（饱和潜水）
周边止水限排进仓主要针对掌子面能够自稳的原状地层 或加固体，地层整体性较好，裂隙水不太发育的情况下， 通过在隧道内对盾构机后部或盾壳外部地层进行止水处理 后就能满足常压进仓。
三、进仓技术方法的选择和适应范围
3 地层加固开仓（地层加固止水限排进仓） 对于软弱富水地层中，需要大量仓内作业或割焊等操作，
四、带压进仓技术（带压限排进仓）
1 带压进仓方案的确定 如果确定要在不良地层段进仓作业，首先要根据之前
的掘进参数等状况，对仓内的问题作出充分分析和判断， 对仓内的操作要有个预判；并根据计划开仓处水文地质资 料、停机前出渣土成分及数量、地表监测数据、掘进时同 步注浆情况等参数的分析，最后确定停机带压进仓的实施 方案。 2 带压进仓人员和设备准备
盾构及掘进技术国家重点实验室
State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology
盾构长距离掘进带压换刀 关键技术
二O一六年十二月.安徽合肥.李凤远
一 盾构施工带压进仓介绍 二 典型应用 三 进仓技术方法的选择和适应范围 四 带压进仓技术（带压限排进仓） 五 敞开式开仓技术（周边止水限排进仓） 六 地层加固开仓技术（地层加固止水限排进仓） 七 减压限排进仓技术 八 作业程序 九 盾构法开仓环境卫生健康评估
二 典型应用
•哈德逊河底隧道/Hudson River Tunnel（1874－ 1904）
由Mr. DeWitt Clinton Haskin于1874年开始修建。因 为河底上覆沙层，故多次使用压气作业。
二 典型应用
•哈德逊河底隧道/Hudson River Tunnel（1874－ 1904）
宜提前将穿越地层进行加固止水处理，待加固体有一定强 度后，将盾构机推进至预先加固位置后，再敞开式进仓作 业。此种方式可长时间停机工作，并且工作面多，但加固 费用投入较大，并受地面环境、埋深和加固设备性能等条 件的限制。 4 减压限排进仓（泥水盾构）
低压限排进仓技术是建立在带压进仓和掌子面地层有一 定自稳性基础上的，通过周边止水仍不能达到常压开仓 （仓内水位可控或掌子面能够完全自稳）的目标，通过加 低压阻止地下水和稳定地层的方法来进仓作业，这样可大 大提高带压进仓的工作效率。
1869年，英国土木工程师Greathead在 和Barlow研究之后，进一步将盾构改 进成与现代类似的样子，用之完成了 伦敦塔附近泰晤士河下的Tower Subway隧道。盾构采用螺旋千斤顶推 进、铸铁管片衬砌。
一 盾构施工带压进仓介绍
3 压气作业关键人物和事件 Mr. Callodan
早至1828年，欧洲人卡罗丹即提出在隧道施工中使用压 气作业。但是没有进入实用。 Admiral Sir Cochrane
1830年，发明气闸，使得人员可以进入开挖面。 Mr. DeWitt Clinton Haskin
一般认为，他是第一个构想在水平隧道施工中采用压气 支撑开挖面、侧墙和顶板并将之变为现实的人，他为此于 1874年2月3日取得了专利。在此之前，压气只用于垂直隧 道的沉箱作业。1879年，在纽约Hudson 铁路隧道施工中 （没有盾壳的敞开式开挖），采用的施工气压达到2.45 bar。
二 典型应用
在芝加哥地铁隧道中的应用：
地点: 芝加哥/Chicago, IL 时间: 1940年6月/ Jun, 1940 气压: 0.7bar~1bar 工程: 芝加哥首个地铁工程，7.7英里双线 隧道
二 典型应用
1892年，在滦河大桥施工中，詹天佑采用“气压沉箱法 “建筑基础，是中国最早的压气作业先驱。 2003年10月，越南“Bay Chay桥”采用气压沉箱法施 工桥梁下部工程。这是越南首次采用气压沉箱施工法。
由于带压限排进仓对人员和设备有着特殊的要求，因此 带压限排进仓前必须对进仓人员进行身体检查、理论与实 践培训，配备专业的操舱医生，并对人员舱及其他相关设 备进行全面的检查和调试。
四 带压进仓技术（带压限排进仓）
3 带压进仓压力的确定
依据开仓处水文地质条件及埋深等资料，计算 出掌子面理论顶部水土压力和其它部位侧压力 （根据掌子面软弱地层高度），作为压力参考值， 但主要考虑保压停机时气垫仓泥浆液位相对稳定 时的切口环压力，来确定本次带压进仓的工作压 力。
一 盾构施工带压进仓介绍
1 概念术语 气压作业：主要分为高压室内作业与潜水作业两大类； 压气施工法：是以压缩机将空气加入局限空间的作业区域内，
以防止地层水因间隙水压而渗入作业区，并造成土壤软化或产 生异常出水、崩塌等问题，便于施工作业的一种方法。
潜水作业：指使用潜水器具供气设备等，于水深超过10米之 水中实施得作业。
气闸室（人员仓）：指对作业施工于进出作业室(高压室)之 际，实施加、减2、盾构发展关键人物及事件
Marc Isambard Brunel 发明盾构机，但是比较笨拙。
Peter W. Barlow 将Brunel的盾构修改成尺寸较小的环形截面盾构，
James Henry Greathead （1844.8.6~1896.10.21）