大直徑泥水盾構刀盤應用與管理

中鐵隧道局集團有限公司佛莞城際FGZH-3標項目經理部吳建宏2018年11月佛莞城際軌道交通廣州南站至望洪站工程FGZH-3標大直徑盾構常壓刀盤應用與管理技術目錄一、引言二、常壓刀盤概況三、常壓換刀四、常壓換刀應用與管理五、問題及應對措施六、結語一、引言第一代國內最早應用僅適用于切刀及刮刀更換。第二代在第一代基礎上對刀具取出、安裝及刀頭固定等設計方面進行了改進。第三代在前兩代的基礎上，實現(xiàn)了滾刀更換。第四代完善了液壓油缸系統(tǒng)插拔油缸、機械保護等工裝配置；增加了多道密封等防護措施，使換刀作業(yè)更加的便捷、安全。01020304發(fā)展歷程近年來，大直徑盾構已廣泛應用于我國各大、中型城市的隧道建設中，為應對復雜地層和復雜工況下的施工要求，常壓刀盤的應用也越來越多，其研發(fā)、應用與管理技術也趨于成熟。2.1工程概況二、常壓刀盤概況由中鐵隧道局集團承建的佛莞城際FGZH-3標位于廣州市番禺區(qū)石樓鎮(zhèn)及東莞市麻涌鎮(zhèn)內。線路始于番禺區(qū)茭塘東村，下穿珠江獅子洋后至東岸新沙港碼頭，沿西部干道前行，在中紡糧油公司前線路向南偏離西部干道，過中紡糧油公司后出地面，至本標段設計終點。2.2工程概況二、常壓刀盤概況佛莞城際FGZH-3標盾構隧道長4900m，由一臺盾構獨頭掘進；隧道最大埋深64m，最大水深17m（所要承受的最大壓力近10bar）；區(qū)間地層主要為軟硬不均地層、全斷面硬巖地層及破碎帶復合地層；地層之間相互交錯，且地層石英含量達70%～80%；在過江段存在三段總長424m破碎帶，地層透水性強、水壓高，且地表環(huán)境主要為獅子洋江面及運輸干道。二、常壓刀盤概況綜合線路、水文、地質等情況，考慮普通刀盤可能要面對頻繁的高壓進倉換刀作業(yè)，其風險大、成本高、耗時長；而采用常壓換刀刀盤可以實現(xiàn)全地層中的刀具檢查更換，刀具配置方案也可以滿足地層掘進需要，且刀具檢查和更換便捷、風險可控、成本較低，方案最為經濟合理。8常壓刀盤普通刀盤2.3刀盤選型項目采用的具備常壓換刀刀盤的大直徑氣墊式泥水平衡盾構機，開挖直徑13.61m；整機長137m，主機長度14.4m（含刀盤）；主機重量約2500T，整機重量約3500T；主驅動總功率4900Kw，整機總功率10220KW；最大掘進速度40mm/min；最大推力約22432t，主驅動額定扭矩23289KN.m，脫困扭矩37262KN.m；最大進/排漿流量為3000m3/h，采用DN500mm泥漿管路。盾構機構造圖整機長度137m主驅動總功率4900kw最大掘進速度40mm/min刀盤重量430T二、常壓刀盤概況2.4盾構機設計概況盾構機構造圖中心滾刀邊滾刀正滾刀刮刀邊刮刀二、常壓刀盤概況2.5刀盤設計刀盤參數(shù)一覽表項目名稱單位參數(shù)備注開挖直徑mφ13.61開口率31%

重量t約430t

常壓可更換中心滾刀數(shù)量/直徑/刀高把/″6把雙刃滾刀/19撕裂刀互換/2251#～12#常壓可更換正滾刀數(shù)量/直徑/刀高把/″23把雙刃滾刀/19撕裂刀互換/22513#-58#常壓可更換邊滾刀數(shù)量/直徑/刀高把/″6把雙刃滾刀/19撕裂刀互換/22559#-68#常壓可更換邊刮刀數(shù)量/刀高把48把/185

刮刀數(shù)量把144把刮刀

邊刮刀數(shù)量把12把邊刮刀

正滾刀刀間距mm100

邊滾刀刀間距mm120

滾刀液壓磨損監(jiān)測個35個液壓式磨損探測裝置

刀盤周邊液壓磨損監(jiān)測個1

刀盤背部液壓磨損監(jiān)測個2

刀盤沖刷口路21中心6路＋刀臂面板3路＋刀臂間橫向6路＋刀臂間中心向外6路二、常壓刀盤概況常壓刀盤針對性設計刀盤直徑為13.61米，配置可常壓更換刀箱需要，開口率僅為31%；配置刀具以滾刀（撕裂刀互換）和刮刀為主；配備了伸縮擺動球軸承，且具備伸縮功能（可回縮量為400mm，最大擴挖量25mm）;刀盤正面和背面鋼結構、滾刀、刮刀、及相關的刀箱、刀座均配置了耐磨材料；在沿刀盤主臂上配置磨損檢測條以監(jiān)測刀盤結構磨損情況；滾刀DCRM監(jiān)測（旋轉情況、刀溫等）。在面板、主臂、卸渣槽位置共布置21個沖刷孔（其中刀盤正面有9路，6路平行，6路徑向，最大沖洗流量達1100m3/h）；同時在每把滾刀刀箱上也都布置有沖刷點刀盤刀具配置防磨損設計刀盤沖刷2.5刀盤設計滾刀刀筒初始狀態(tài)刮刀刀筒初始狀態(tài)三、常壓換刀正常掘進狀態(tài)，刀具伸出刀盤面板切削巖石和土體，當需要檢查刀具磨損或換刀時，作業(yè)人員首先將待更換刀具所在刀臂旋轉至刀盤中心正下方位置，通過配套的工裝，將整個刀筒從刀箱內拉出約2/3，后關閉閘門，隔絕泥水倉，再將刀筒整個抽出，實現(xiàn)刀具常壓下檢查更換。刀筒作為整個閉合單元抽出，常壓換刀系統(tǒng)包括刀筒、閘門裝置、拆裝工裝、吊運工具等。3.1換刀原理三、常壓換刀3.2換刀特點施工人員不用進入泥水倉內，在常壓大氣狀態(tài)下即可實現(xiàn)刀具更換，降低了施工安全風險；安全性高成本低效率高影響小特點一特點四特點二特點三每次換刀無需制備高粘度泥漿，不用增加其他輔助設備，同常規(guī)帶壓進倉及飽和氣體進倉相比，施工成本最為低廉。平均更換一把刀只需3h，相比帶壓進倉、飽和氣體進倉等，無需進行加減壓作業(yè)，在換刀效率方面提高了2～4倍。無需對地層進行加固，不會對地面交通及周圍環(huán)境造成影響，減少對外溝通壓力。換刀工裝刮刀刀筒構造換刀工具滾刀刀筒構造①刀筒底部支撐；②底部支撐螺栓；③刀筒夾；④伸縮油缸；⑤伸縮油缸的油缸夾；⑥液壓閥塊（一個為伸縮油缸的/一個為可更換刀箱閘門的）；⑦帶壓力表的三通；⑧伸縮油缸尾夾；⑨刀盤上伸縮油缸托架。①含有2個叉腳的閘門油缸；②伸縮油缸；③擺鐘型套筒；④液壓閥塊。三、常壓換刀3.3換刀工裝傳感器拆除伸縮油缸安裝油缸與刀筒連接刀筒螺栓拆除刀筒回縮安裝刀筒夾及底部支撐刀箱閘門關閉刀筒再次回縮移出刀筒三、常壓換刀3.4常壓拆除滾刀刀具安裝壓塊放置刀具上螺栓風動扳手緊固擰緊力矩測量制動環(huán)及制動塊焊接加固傳感器安裝端蓋安放油管連接油管試壓刀筒螺栓緊固三、常壓換刀3.4常壓安裝滾刀刀筒吊運到位刀筒緩慢推進伸縮油缸安裝刀筒注水加壓打開刀箱閘門刀筒逐步頂進刀筒插入到位螺栓緊固傳感器安裝三、常壓換刀3.4常壓安裝滾刀拆卸刀筒蓋伸縮油缸裝入刀筒擺鐘型套筒安裝刀筒縮回、拆除三、常壓換刀3.4常壓拆除刮刀刀頭更換刀筒及擺鐘型套筒準備刀筒沖壓、閘門打開、插入刀筒刀筒及擺鐘型套筒插入刀箱三、常壓換刀3.4常壓安裝刮刀三、檢常壓墨換刀3.隨5控制要矩點釋放壓疫力、刀遷桶托架芽安裝、矩抽刀伸縮油納缸拆除侵、吊刀揪、檢修屢更換專人指金揮、統(tǒng)托一協(xié)調勇，步步可簽認倉內嶺循環(huán)碌、刀老箱及饅結構述腔體共沖洗磨損監(jiān)顫測裝置首及線路繁拆除油缸挨頂伸衛(wèi)、螺稈栓拆柜除、瞎閘板障控制控制要點安裝為嚇拆除的以逆操作歷，主要爐區(qū)別為冰拆刀時巷泄壓，災而裝刀四時為加盛水沖壓橡，其他澆操作基柳本相同啞。四、轉常壓驚刀盤艇應用怨及管鉛理4.培1掘進毛管理一、掘擇進參數(shù)困管理以刀盤療擠壓力票和扭矩魯波動控奔制作為猜基準參搜數(shù)，確瘡保整體云參數(shù)的訂相互匹露配，做寶到有效瘡掘進。鈔同時建智立參數(shù)陳報警制攤度，嚴蝴格落實筆執(zhí)行。二、轉泥水膜倉管純理合理分現(xiàn)配沖刷屈流量分銷配，注海重刀盤歇中心及姨面板沖刪刷，泥河水倉底翠部沖刷煎。三、刀泛具管理密切東關注美滾刀販監(jiān)測歉系統(tǒng)癥，根背據(jù)地歇層進茄行刀驢具磨袍損分舌析，面預判那刀具丹檢查淡更換舟時間仿。同武時做虎好滾俯刀裝吳配和狗安裝癥。四、檢推測分析以渣樣窩分析、每泥漿性酒能檢測混、顆粒斧分析等惰管理為柱有效手亭段，指盯導掘進位施工。五、管肉路維護專職人欠員和班惕組定期獄對沖刷耕管路、獻泥漿管齒路壁厚并進行檢送測、分燥析、保捕養(yǎng)，未闖雨綢繆不，提前板處理，姜提高設銷備利用顛率。四、常銳壓刀盤蓋應用及艙管理1）盾構拼主司機睜嚴格執(zhí)膨行‘掘眠進參數(shù)翼報警制魚度’澤，掘進每參數(shù)的刃合理性稱是通過致不同地嘆層段來樓設定泳，而非夢一成不螺變，通桶過掘進考不斷優(yōu)謎化如刀打盤轉速憲、刀盤屠擠壓力剛、刀盤中扭矩、賠推力、膛泥水壓狐力、中扇心沖刷趟、泥水鳴倉和氣旗墊倉底嘩部沖刷役等參數(shù)菌，做到甚有效掘寧進，提續(xù)高掘進支效率；2）盾晝構主牌司機杜還要槽做好虎“盾方構主爺司機阿開機往準備希檢查體”和宇“刀照盤刀餐具及訊沖刷以口檢優(yōu)查”塞，開私機前戰(zhàn)的注觸意事咸項，牢以及古對刀肅盤液拼壓磨閱損、檢刀具牙液壓仍磨損騾監(jiān)測且檢查廣及沖羽刷口仆開啟泊及堵赴塞檢論查等訂；4.2掘進參析數(shù)控制四、沉常壓吳刀盤土應用異及管賭理3）滾刀激旋轉監(jiān)傍測：盾事構主司雞機嚴格盛“滾刀殲旋轉監(jiān)網(wǎng)測系統(tǒng)閉報警”敗，通過愧實時滾驢刀旋轉緒監(jiān)測系堪統(tǒng)，主拆司機時股刻關注怨?jié)L刀旋戶轉次數(shù)役和溫度嶼，如有羽問題做霧到排除圓故障才伯可掘進符；不可有蠻干。4.3掘進參寶數(shù)控制四、常根壓刀盤徒應用及蝦管理4）滾瞎刀旋狡轉監(jiān)蒼測：物盾構癥主司備機嚴希格“厘滾刀種旋轉府監(jiān)測蓄系統(tǒng)脾報警順”，詳如出錘現(xiàn)滾寇刀旋田轉監(jiān)偉測系銳統(tǒng)完反好，激而旋替轉或賓溫度鵲異常制，必虎須停站止掘靜進抽角刀檢鏡查，慕這是猴因為美刀盤刊特殊床性，北刀間劑距及民地層善需要蹄。4.3掘進報參數(shù)井控制四、乳常壓抹刀盤晶應用齊及管溪理1)滾刀磨期損值計崇算指導脾檢查換均刀通過虜各刀愧刃旋捐轉半向徑等辦參數(shù)糾，結蠅合各育地層獅段的盒磨損煮系數(shù)諒，推脹算出單滾刀安的磨償損值站，通撓過磨皂損值賓可以覺計算般出各牌刀刃羽磨損派速率溜，主曲要有亂兩個裕參數(shù)秩（單旗位毫鎖米掘采進米售數(shù)m/m扭m和單位需毫米掘脊進渣土動方量m3/嗓mm）4.揀4刀具管麗理四、速常壓向刀盤婦應用朱及管臂理2）自掘進蛇參數(shù)鼓的變僻化（似扭矩吉、擠桶壓力猾、推優(yōu)進速岸度結寨合判胳斷）芬刀具別磨損梳情況濱。4.4刀具管冰理四、常爬壓刀盤厘應用及鹽管理3）對特長殊刀位幫滾刀的絞關注因常談壓刀焰盤特毛殊刀哄位有荒刀具估磨損栽過快山情況游，具膜體原成因有廟可能晚是因憂為常駝壓刀叮盤中疾心部僅位無話開口疼，造譜成滾滿刀的旺二次割磨損癢或撞畢擊；款有可解能是柿刀盤潮刀具腿設計棗原因切，刀鮮盤偏立心距浩過大蠟；有筑可能洲是局嗎部為削沖刷駕所限欲，造沒成二揭次磨撞損等福原因患。比著如：15鎮(zhèn)/1尋6、17城/1判8、19現(xiàn)/2筋0、61/頸62刀位逝。4）滾刀寄溫度變默化根據(jù)此爹前的經死驗總結享，滾刀處旋轉監(jiān)導測系統(tǒng)蓋同時在夫監(jiān)測滾宅刀旋轉挨和近似匪刀面的碌溫度，割經過總朱結，在批全斷面利硬巖地浸層，滾疏刀磨損壟增加，繭破巖能自力降低頑，監(jiān)測稈溫度會傘普遍升揀高。5）刀艘具裝糕配和描安裝苦質量茄要求通過含對刀菊具進陰場檢該查、桂刀具賴維修魯質量袍、安鍬裝的詢卡控何，保裕證刀芝具本幼身質誼量。4.4刀具未管理四、吹常壓邪刀盤秋應用冊及管拋理常壓刀料盤面板斃、周邊蔽及背部寧設計有唐液壓磨紋損檢測眉裝置，餐每把滾亦刀刀筒梅設計有正液壓磨肌損檢測攻裝置，征也是刀臥盤磨損障的最后軋一道防迎線。但牽是為了嗓確保常凱壓刀盤斯的安全參使用，助刀盤壁辰厚檢查眠必不可塌少（超建聲波測糞厚儀）樹。4.5刀盤壁捐厚檢查面板北和周物邊檢葬查背部檢舟查四、常犯壓刀盤療應用及供管理常壓萌換刀命刀盤維在前販艙（剖泥水末倉）俗隔板禮頂部視和側賺部安碧裝了摧攝像盟頭，犧通過虜攝像娘頭可帳直觀股反映爛刀盤肯周邊聚及背凝部部亡分磨搖損情靈況，減刀臂咳間卸嶄渣槽托情況4.6前艙矩隔板沫攝像滔頭檢逢查四、罪常壓釋刀盤綁應用館及管瀉理常壓靠換刀逮刀盤扔盾構彎配備掃了完衛(wèi)備的掏帶壓秋艙（遞雙倉柜設計閱），溜同時找預留欲飽和眾氣體滾進倉艦接口釀，在浙有條電件的魯情況中下可旦以壓璃力平層衡帶譜壓進盈倉和展減壓姿限排頭帶壓剖進倉產情況敗下進褲行針尾對性陶的刀筐盤刀納具檢春查4.世7進倉檢爆查5.蘇1部分刀照具拆裝全困難五、泊問題組及應方對措俗施問題瞇描述凱：刀具釘在拆該卸過騰程中并，刀戒箱閘票門關勁閉不標嚴漏邀漿；解決駛措施是：反復對惑閘門處耐清洗，詳若遇渣革土卡住廳可重新旁插入刀義筒，多拔次倉內叮循環(huán)，啊再進行攪換刀工僑作。漏漿卡刀精度問題陜描述楊：刀具在珠刀箱內民卡住，陣無法將門刀筒拔澤出。解決劑措施傭：在適勢當增檔加油塘缸壓董力；漏手動梯收縮銅刀盤略將，步同時曬原刀胡裝回測，拆灣除工驚裝，距轉動竹刀盤綱，改哈善開拳挖艙劫底部林渣土變。問題龍描述午：部分滾尸刀安裝蜂時刀浩筒無歉法頂維伸到舌位解決硬措施頸：采取海措施百為抽挑出刀型筒，晝縮回揮刀盤叛，同避時加霜強倉眠內循揭環(huán)，紐奉減少錯積渣比。問題翼描述曠：刀筒障集渣夠，造差成刀亮具二盟次磨扮損和農監(jiān)測恭傳感形器線泛路磨脾損、尺斷線枯，誤其報刀吊具信稅息等緣瑞現(xiàn)象公。應對措昨施：①增加察刀筒沖琴刷；②并將傳辯感器接俊頭延伸討至刀筒童外部。刀筒弦積渣五、問既題及應繡對措施5.召2刀筒集宰渣刀筒紐奉積渣問題腸描述圓：盾構在科掘進過尊程刀具園監(jiān)測淡系統(tǒng)拐報警贊，抽漠刀檢脫查發(fā)挺現(xiàn)螺栓銀斷裂、刀具后糧縮。應對趴措施社：①刀具顏裝配過梨程中保逗證刀具早固定螺筑栓緊固灘力矩相莊同；②控制掘雅進參數(shù)昏，避免嗓因推力隔過大造牛成螺栓臺斷裂；③螺栓二監(jiān)次利用飲，認真芝檢查螺睛栓是否僚完好。螺栓暈孔斷裂螺那栓五、蓄問題跡及應旅對措計施5.3刀具坑螺栓勞斷裂問題修描述緊：盾構在浪掘進全盼斷面砂女巖/泥巖復表合地層種時，掘要進過程慢中中心硬刀具溫片度頻繁紙升高、隸旋轉監(jiān)午測報警烤、刀盤載擠壓力歲和推力撓增大、搏掘進速昏度降低彩等掘進麥參數(shù)持買續(xù)惡化均，項目瘋通過刀協(xié)盤伸縮貧、增加忘沖刷壓炭力和流待量、增貪加刀筒好沖洗等關措施仍鞋未得到匙有效改枝進，經醫(yī)