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1、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
2、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
3、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。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.
4、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23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
5、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。换刀准备开仓检查围岩是否稳定换刀人员进入土仓清洗刀盘检查、确认更换刀具清理刀座、拆出旧刀具吊运出旧刀安装新刀将工具、材料等清理出土仓关闭仓门检查刀具牢固性新刀准备运输新刀到人闸运输新刀到土仓检查刀具是否换完继续掘进下一环换刀结束否是否是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
6、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1 常压换刀：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
7、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
8、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00.5rpm。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
9、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），把块1500mm200mm40mm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将刀盘旋
10、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。坑凿好后，把需要换的刀具转到刀坑中。用滚刀夹具夹紧滚刀（如图2）。使用导链挂住滚刀（如图3）。图2 滚刀夹具夹紧滚刀 图3 使用导链挂住滚刀松掉自锁螺帽（如图4）。移走球面垫圈，球窝及可调节压块（如图5）。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）。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 拉出刀箱移走滚刀（如图8）。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安装新滚刀。安装之前，清洁滚刀底座
11、，检查是否有变形（如图10）。装入楔形块（如图11）。上紧可调节压块，球面垫片，球窝及自锁螺母（如图12）。上紧螺母和保护盖帽（如图13）。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：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）。螺栓部清扫刀座和压块之间的清扫刀座内清扫图15 清扫刀座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）档块的拆除更换工具确认螺栓拧紧图16 拆除
12、滚刀固定用闭塞杆安装螺栓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
13、栓必须按照规定扭矩进行安装。刀圈确认螺栓拧紧刀座中心单刃：M24（扭矩824-1030Nm）双刃：M12（扭矩320-400Kn）图21 安装新滚刀螺栓安装扭矩表1 螺栓安装扭矩 螺栓尺寸安装扭矩NmkgmM12981231012.5M162453092531.5M183204003341M24824103084105M30152019101551953）中心刀的更换更换前，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）确认螺栓拧紧更换夹具闭塞杆螺栓的清扫刀盘支架间的土砂图22 更换夹具，安装闭塞杆拆除中心刀支架安装螺栓。（如图23）图23
14、 拆除中心刀支架安装螺栓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）
