盾构开仓换刀方案.docx

1、盾构开仓换刀方案 盾构带压开仓检查及刀具更换方案一、工程概况1.1 桃深区间桃源村站至深云站区间左DK6+782.293左DK7+764.599，短链6.223m，全长976.083m。盾构段：左DK6+881.994DK7+764.599，短链6.223m，长876.382m。矿山法+盾构段：左DK6+782.293左DK6+881.994，长99.701m。右线设计里程范围为右DK6+782.293右DK7+800.499，全长1018.206m。其中盾构段：右DK6+881.158右DK7+800.499，总长919.341m。矿山法+盾构段：右DK6+782.293右DK6+881.1

2、58，长98.865m。经地质补勘左DK7+704.599左DK7+764.599区间隧道范围岩层坚硬，微风化花岗岩单轴抗压强度达到150MPa，盾构推进困难且不具备地面处理条件。在保证施工安全及不影响周边环境的前提下，将该段盾构区间变更为矿山法拼管片区间。根据地质详勘及补勘结果，本区间正常掘进过程中：左线计划7处开仓检查和刀具更换；右线计划7处开仓检查和刀具更换工作。详细地质及计划见下表：表1-1 桃深区间开仓检查机刀具更换表序号开仓里程地质情况地面情况换刀距离备注左线1DK7+407.46511龙珠大道准备穿越龙珠立交桥，地层相对较软，开仓前进行袖阀管加固，初步考虑带压换刀， 2DK7+2

3、63.4651龙珠大道144软土地层，开仓前进行袖阀管加固，初步考虑带压换刀3DK7+205.31513龙珠大道58.15联络通道前及准备过孤石群，考虑带压换刀4DK7+155.315134龙珠大道50隧道顶部为全风化花岗岩，考虑带压换刀5DK7+105.31534龙珠大道506DK7+055.31534龙珠大道507DK7+005.31523龙珠大道100准备进入软地层 右线1DK7+650.4991龙珠大道150地层单一，为软土地层，开仓前进行袖阀管加固，初步考虑带压换刀2DK7+500.4993113龙珠大道150准备进入软地层，拱部地层较软，开仓前进行袖阀管加固，初步考虑带压换刀3DK

4、7+410.499123龙珠大道90准备穿越龙珠立交桥4DK7+320.4991龙珠大道90地层单一，为软土地层，开仓前进行袖阀管加固，初步考虑带压换刀5DK7+230.4991龙珠大道90准备过孤石及联络通道，开仓前进行袖阀管加固，初步考虑带压换刀6DK7+110.49911龙珠大道120地层较软，开仓前进行袖阀管加固，初步考虑带压换刀7DK7+000.179311龙珠大道110开仓前进行袖阀管加固，准备过孤石，初步考虑带压换刀1.2 安农区间安托山站农林站区间左线设计起讫始里程左DK10+067.740左DK11+725.462，线路在左DK11+471.987=左DK11+500.000

5、，短链28.013m，全长为1629.709m；右线设计起讫里程为DK10+070.00DK11+725.462，线路在DK11+497.315 =右DK11+500.000，短链2.685m，全长为1652.777m。根据地质详勘及补勘结果，硬岩段均为矿山法空推，剩余地层对刀具磨损量不大，因此本区间正常掘进过程中：左线计划2处开仓检查和刀具更换；右线计划2处开仓检查和刀具更换工作。详细地质及计划见下表：表1-2 安农区间开仓检查机刀具更换表序号开仓里程地质情况地面情况换刀距离备注左线1DK11+310.668建业街1242.928矿山法隧道内2DK11+490.6681建业街180地层单一，

6、为全风化花岗岩右线1DK11+395.540建业街1325.54矿山法隧道内2DK11+545.54011建业街150软土地层，开仓前进行袖阀管加固，初步考虑带压换刀二、开仓目的1、检查刀具磨损情况情况，并拍摄照片或摄像；2、对磨损严重的刀具进行更换。三、施工方法3.1 开仓程序技术部根据实际位置确定盾构机停机开仓位置，然后提交项目生产副经理和项目总工审查，由项目总工和项目生产副经理签发停机开仓施工指令。开仓前由技术部对开仓作业人员进行专项技术及安全交底。3.2 开仓准备3.2.1 物资准备1）担架1副、氧气乙炔瓶3套、CMC、水泥2T、水玻璃1T、聚氨酯、棉纱、海绵、注浆泵2台、空压机1台、

7、灭火器3瓶等抢险物资。2）刀具及螺栓、螺帽。3）换刀工具： 焊机、安全带、24v行灯（带特殊插头）、拉链葫芦、短钢丝绳、长短撬棒、扳手加长套管、供风管、气动扳手用气管、冲洗用气管、潜水泵、正面滚刀用46套筒（3/4方头）、中心滚刀用50套筒（3/4方头）、刮刀用36套筒（3/4方头）等工具。3.2.2 技术准备1、制定详细的开仓方案，并在开仓前对作业人员进行专项交底。2、刀盘顶到预定里程时开始，停机检查。3、从盾尾后三环往后，对管片背后进行二次注浆，注水泥水玻璃双液浆，注浆量以注浆压力控制，保证管片后止水效果。双液浆配比：水泥浆:水玻璃溶液=1:1；水泥浆配比：水：水泥=0.8；水玻璃溶液：水

8、玻璃:水=1:1；注浆时要密切关注管片状态及注浆压力（顶部注浆压力0.110.12Mpa，底部注浆压力0.180.2Mpa）。4、开仓条件确认分两步实施：土仓最上部的土压力传感器显示数据接近为0，并基本上没有渣土输出时，打开人闸内出气闸阀，同时检测土仓内是否有有害气体，以便采取相应的措施。如果有水则在中部打开球阀，让水流出；如果此时水流不止，则打开中体六个超前注浆管中靠近中部的两个放水，如果再不能够停止出水，则不能够开仓；5、开仓后用气体探测仪对仓内气体进行检测；对仓内通风、降温，条件许可方可进仓。6、清理前对刀盘上刀具、刀座等主要位置进行冲洗，避免对开挖面及切口环位置冲洗。3.2.3 开仓地

9、点选择压气作业施工并非任何地质条件都适用， 由于覆土厚度、土质、地下水等条件的不同，有时压气施工法收不到预期的效果。根据地铁隧道的埋深，依据以往地铁隧道施工带压作业检查刀具和换刀的成功经验，以下几种地层比较适合采用压气作业方式。（1）粉砂质地层：砂粒含量小，透水性差，压气效果好，是适合压气作业施工的良好地层。只要注意覆土与压气气压的关系就不会发生喷涌现象，基本可以防止涌水。（2）粘土质地层：土质软弱、开挖面不稳定时，可依靠压气气压本身的挡土作用和脱水作用使地基得到加固，故多采用压气法。（3）复合地层：围岩由各种土质的分层构成，地下水容易被不透水层隔断。例如，如果开挖面的上部有粉砂或粘土等透气性

10、差的地层时， 即使它上面是砂砾或砂质地层，地下水也会被隔开，不会对掌子面造成影响。3.3 开仓开仓作业分两步进行，具体如下：3.3.1 常压开仓第一步，采用压气方式对开挖舱内情况进行摸查。具体检查以下三项内容：A、开挖面（即开口位置）情况、刀盘面与开挖面是否充分接触。B、对切口环位置地层情况进行检查，确认切口环外地层是否稳定。C、对刀具的完好性进行检查，摸清刀具磨损情况，判断是否需要进行刀具更换。3.3.2 压气开仓根据第一步的检查情况决定采用压气方式或常压方式开舱。若刀盘面与开挖面密贴，切口环处地层稳定采用常压开仓。若在地层条件差、掌子面不稳定、地面条件不允许、切口环顶部存在空洞的情况下，无

11、法在常压条件下进行处理，则采用压气方式开仓。本方案主要就压气开仓进行编制。为保证作业人员的安全，在进入压力仓之前，所有的工作人员必须经过有关体检，体检单位出具体检结果符合有关规程要求，并对所有工作人员进行相应的培训；只有在了解和并掌握作业指导书和作业方案的全部内容后，方可进行作业，防止作业过程中出现意外情况，确保人员安全。1、人员准备A、压气作业主管压气作业主管由具有压气作业经验的施工管理人员担任，其职责如下：（1）压气作业隧道内总负责人。（2）根据程序中的安全规则，确保所有安全防范措施的实施。（3）确保进入压气环境的作业人员体检合格，并接受培训及安全技术交底。（4）在作业过程中，必须全面控制

12、随时发生的紧急情况，包括指挥、抢救减压病人和其他受伤患者。（5）确保所有准备工作（包括作业前清查工作）的完成。（6）在人闸和工作舱外，监视压气作业。（7）负责隧道内调度工作。B、人闸值班员在压气作业时，人闸值班员必须控制好人闸压力。其职责如下：（1）作业过程中，不得离开工作岗位。（2）按照加压和减压的标准程序控制人闸压力。（3）一旦出现紧急情况（如开挖面塌方、涌水涌砂、压力失稳等），必须通知仓内人员停止作业、减压出仓，并向压气作业主管汇报。（4）每次压气作业时，都必须记录并保存作业的加压时间、工作时间和减压时间。（5）作业人员在进入压气环境前，必须确保24小时内无作业记录。C、压气作业人员所有

13、压气人员必须进行压气作业培训，并且通过符合压气规定的体格检查。职责如下：（1）每次作业期间，直接与人闸值班员联系，并听从人闸值班员的指示。（2）作业期间出现不适应状况，及时通知人闸值班员。（3）按照人闸值班员指定进行作业，其主要作业内容为：观察开挖面的稳定性。清理刀盘和刀具。测量和记录刀具的磨损量。按作业指令更换刀具。按要求检查其它设备。（4）在酒精和药品的影响下，不得参加作业，作业期间，严禁抽烟。D、候补压气作业人员符合压气作业要求的候补员工不得离开项目部，并随时做好工作准备。E、压气人员体格检查压气人员初次作业前，必须进行体检，且体检结果必须符合压气作业相关规定。2、压气作业申请及审批由于

14、压气作业的特殊性，压气作业前必须由项目部生产负责人提出申请，经项目技术负责人审批后报项目经理方可进行。3、压气作业设备检查A、空压机检查为保证压气作 业的安全性，应对空压机进行全方位的检查维护，确保压气作业间供气正常。压气前更换为无毒机油。B、人闸检查紧急照明正常；紧急电话正常；各个压力表显示正常；各管路球阀开关正常；各个密封门开关必须正常。C、在压气作业开始前，进行气体检测，气体质量符合压气作业要求后方可进行。4、压力设定一般来说，在不漏气的前提下，压力越高，掌子面越稳定，但实际地层的密封性并不是那么完美，如果设定值超过了掌子面的承受压力，就有可能造成密封层破裂、地面冒泡等不利现象；压力低一

15、点，对进舱人员的健康和作业效率有利，但太低又会导致掌子面的不稳定和地面塌陷。开舱换刀试验的结果得出，能够稳定掌子面的气压设定值为： P=k0（shs-whw）+whw+（1020）式中 P土舱气压设定值（kPa）； k0静止土压力系数； s土体容重（kN/m3）； w水的容重（kN/m3）； hs覆土层高度（m）； hw水位高度（m）； 1020 kPa 为调整值， 即工作气压值比计算气压值略高0.010.02 MPa。3.4 压气施工工艺及质量控制流程3.4.1 施工工艺流程压气开仓工艺流程见图3-1。3.4.2 工艺步骤说明1、超前地层加固在不稳定及富水地层，为确保刀盘前方周围地层的气密性

16、和有效封堵刀盘后部来水，带压作业前需利用设备自带的超前注浆孔对刀盘前周围地层进行注浆加固。在施工过程中注意以下几点：（1）在注浆前需向刀盘及土舱内注满膨润土，注入压力稍高于掘进时的土舱压力，一方面以保证刀盘、刀具不被注浆体固结，同时可使泥浆能在可注性较好的地层有一定的扩散范围和在掌子面形成一层封闭泥膜，增强刀盘前方地层的气密性和提高掌子面的自稳能力。（2）注浆管采用自加工的小导管，小导管按作业允许空间分节加工，通过设备自带的超前注浆孔分节打入地层，每9节段间采用丝扣连接；每个孔注浆完成并等浆体初凝后，及时抽出注浆管。（3）注浆浆液宜选用水泥-水玻璃扩散性好、凝结时间合理的双液浆，以达到充分加固

17、地层和有效封堵刀盘后部来水（主要是对切口环及以后部位的封堵）的目的，提高掌子面地层在拟定压力范围的自稳能力和气密性。（4）要选择合适的注浆压力和终止压力，同时注意土舱压力变化，一方面保证地层的加固效果，另一方面不能因注浆压力过高而击穿盾尾、铰接密封（以注浆压力瞬间值不大于盾尾和铰接密封的额定压力值为标准）。（5）注浆完成后等强期一般为8h，这时也要不停地转动刀盘，防止刀盘凝结无法转动。2、出土及气密性试验为了确保带压进仓作业安全顺利进行，进仓前必须进行土舱压气试验、测定土舱渗水量和人员舱气密性试验等工作。在超前注浆工作全部完成并等强后，即可进行刀盘前和土舱内的碴土输出，在出碴过程中，边出碴边补

18、充气压，并随时注意土舱压力变化，以土舱压力不小于停机前掘进时的土舱压力，出碴至土舱碴土面低于人仓口部以下（不能全部出空，以免发生螺旋输送机漏气现象）。在出土和进行气密试验过程中注意以下几点：（1）出土要分阶段进行，打开自动保压系统设定为设计值，将土舱中的碴土输出约1/3，观察土舱压力值的变化，若土舱压力无法保持，则重新恢复注浆，若土舱压力保持2h没有变化，则继续出土至2/3，观察土舱压力值的变化，若土舱压力保持2h没有变化或不发生大的波动时（压力变化值0. 05bar），则表明土舱压气试验合格。（2）土舱渗水量测定注浆封水只能封堵盾壳周围岩层、管片背后岩层中的裂隙水，对于掌子面上较大的裂隙水在

19、压气情况下仍会不断地进入土舱。根据现场经验，测定的渗水量若大于0.5m/h，则不能安全地实施带压进仓作业，必须采取安全稳妥的排水措施。（3）人员舱气密性试验人员舱是人员出入土舱进行维修和检查的转换通道，出入土舱的工具和材料也由此通过，通常情况下人员舱处于无压模式，带压作业时处于加压模式，而气密性试验是通过升压、降压试验来检查人舱门、土舱门、舱壁上各种管路是否漏气。根据现场经验，从0升压（不装消音器）至设计值不超过10min即为合格；降压操作过程中通常会出现土舱门漏气现象，造成气压降不到0，现场实践得出若降压后气压能小于0.3bar则为安全，若气压降不到0.3bar以下，则需要带压进行土舱门密封

20、的处理。3、压气作业（1）人员及材料、工具进入人闸并关上人闸门。（2）加压加压之前，再一次检查显示仪表、供暖装置、钟表、温度计、电话、紧急电话及阀门、舱门密封件是否干净； 再一次检查作业所需工具设备材料是否齐备地放置在舱内。关闭主舱舱门、主舱与保护舱的舱门，以及主舱与副舱之间密封门。 人闸值班员缓慢地打开进气阀， 缓慢地升高主舱的压力， 匀速加至计算所得值，然后开启出气阀，建立主舱进出气平衡。加压过程中，在第一分钟内不应超过0.025 MPa的压力，其后，加压速度不得超过0.015 MPa /min。一旦有人耳朵感觉不适，应停止加压，直到不适症状消失再继续加压。如果再次感觉不适，就必须停止加压

21、，将不适人员减压出舱，由候补压气作业人员代替。（3）保压当加压至预定气压后，人闸值班员应当调节进、出气流量，待气压稳定后通知人闸内压气作业人员打开人闸与气泡舱或土仓之间的平衡阀，打开平衡阀后，如出现压力波动，人闸值班员应及时进行调节，保持压力稳定，并保持足够的新鲜空气进入。（4）进仓前压力试验试验时不要求人员进入，只进行无人压力试验，以检查主舱与副舱的各功能部件在试验压力下的工作情况。1）关闭主舱舱门和舱壁密封门，并关闭主舱与副舱之间的密封门，人闸值班员缓慢地打开进气阀，提高主舱的压力，匀速加压，根据带压工作减压表设定速率（不能太大），因为压差太大会导致作业人员中耳鼓膜破裂。观察主舱压力表和进

22、气。2）打开排气阀，开始排气，为了作业安全，压力不可以再次大幅度升高 （浮动值控制在 10 kPa内），再调节进气阀和排气阀，直到达到排气过程所规定的缓慢而恒定的压力降低速度， 进气流量计的流量值每人至少为0.5m3/min，以保证正常呼吸。3）观察主舱压力表，当主舱内部的气压降到第一级压力值时，人闸值班员通过调节排气阀和进气阀，在规定的时间内保持压力恒定。如此慢慢重复减压，直到舱内压力与外界的常压相同。4）人闸值班员关闭带式记录器并将减压过程（日期、时间、压力等）记录在人闸记录本上。同样地进行副舱的压力试验， 在整个试验过程中必须保证所有的过程都正常。（5）开仓开仓之前，拧松仓门锁紧装置，先

23、开一条缝，再缓慢开启，防止泥浆或渣土突然溢出。（6）带压进仓检查为了进一步判断掌子面的地质情况和刀盘刀具磨损情况，首先要由专业工程技术人员带压进仓对掌子面的地质情况和稳定性进行检查、确认，同时对刀盘、刀具磨损情况进行检查，确定换刀方案和各种带压换刀前的各项准备工作。如开挖面稳定方可进入仓内作业。地质检查的工作内容有：掌子面地质情况素描、地层加固效果验证、掌子面出露水情况、地层取样，并综合以上因素对掌子面稳定性进行判定，同时拍摄工程照片。刀盘、刀肯检查的工作内容有：测各种刀具的磨损量、测刀盘面板的磨损量，拍摄细部照片等，并根据检查结果制定下一步工作方案。（7）作业人员进入土仓作业工作人员进入副舱

24、，关闭副舱舱门，使用电话与人闸值班员保持联系， 依照主舱加压程序达到副舱的压力平衡。 通过开启副舱与主舱之间的压力平衡阀来消除两舱之间的气压差，然后打开副舱与主舱之间密封门，人员进入主舱。开启保护舱与主舱之间的压力平衡阀，消除两舱之间的气压差，用气体检测仪检查土舱内气体，确保安全后就可以进入实施作业了。（8）完成作业，作业人员退回人闸。（9）关仓（10）减压依照表3-1中的减压时间执行减压。表覆盖了从0.01 MPa到0.255 MPa的工作压力范围， 减压时必须按照相应表格规定的工作时间来执行。（11）减压完成后，打开人闸门，完成压气作业。表3-1 减压时间标准表仓内压力（MPa）工作时间仓

25、内工作时间(h)加压时间（min）减压时间（min）0.010.1356140.130.174.57240.170.25539513.4.3 注意事项（1）压气作业时间压气人员24小时内严禁重复作业且工作时间（不包括加减压时间）不得超过6小时。（2）压气作业的工作压力具体工作压力根据施工指令进行。（3）压气作业空气质量要求工作舱内气体杂质最大允许含量为：CO2 0.5%CO 0.0024%H2 0.001%N2 0.0001%CH4 1%O2 19%22%油微粒 1毫克/m硫化氢 0.00066%气味和清洁度气体无任何味道，没有灰尘、尘土和金属微粒的污染，也无任何其他有毒成分的污染。当气体杂质

26、含量超过此范围时，所有压气作业人员必须由工作舱返回人闸。同时舱内充入清洁气体，直到气体符合要求。（4）资料整理压气作业结束后，项目部应对压气作业过程进行专项总结，并对压气作业的施工日志等资料进行存档。并应检查设备情况，保障设备能在压气作业后正常运转。（5）每班人员关闭土仓门前，必须对所装刀具、刀具螺栓的紧固到位情况和土仓及刀盘前方进行全面的检查，保证刀具的正常安装，避免工具、杂物遗留在土仓内。（6）所有压气作业完成后，当班机电主管检查确认关闭所有预留送气口、排气口、阀及仓门，符合要求后盾构机恢复掘进。（7）为了安全有效地进行压气作业和防止出现减压病，必须完整准确地进行压气作业记录。每次作业过程

27、中，人闸值班员要详细地记录加压开始时间、加压结束时间、压气作业情况、开始减压时间、减压结束时间等资料，并仔细记录压气作业的施工过程。（8）压气换刀作业严禁采用明火。3.5 刀具检查和更换标准 按照一般标准，刀具磨损量超过以下数值时应当更换：滚刀: 对于岩石地质边缘滚刀刀圈磨损量达到 10mm；正面滚刀刀圈磨损量达到 20mm；中心滚刀刀圈磨损量达到 20mm； 对于软土层边缘滚刀刀圈磨损量达到 15mm；正面滚刀刀圈磨损量达到 25mm；中心滚刀刀圈磨损量达到 25mm；边缘刮刀及齿刀:边缘刮刀及齿刀出现较严重崩齿或刀具上的合金堆焊层磨损较严重时须进行更换。3.6 刀具检查及更换作业3.6.1

28、 刀具检查在确保掌子面稳定的情况下，作业小组进入土舱检查刀具磨损情况。每个作业小组由三名人员组成，在带压进舱作业小组领导下作业。(1)进舱压力的确定：根据隧道埋深及水头压力确定，确保土舱土压稳定。(2)进舱时间：准备工作就绪后进行。(3)舱内作业工作时间：暂定两小时。(4)作业人员进舱：工作人员进入舱内关闭好舱门（辅助工具放入舱内），由操舱人员把人舱压力按规定时间加压到计划进舱压力，检查舱内人员正常后，打开人舱和土舱之间的舱门，进入土舱。(5)刀具检查方法：人站立于刀盘辐条之上，目测和使用专用量具检查。检查过程中必需系好安全带。A三人带压进舱（一人负责拍照，一人在主舱接应辅助，另一人在主舱负责

29、联络），待主舱升至（暂定压力）后打开主舱与气舱之间舱门进入气舱。B打开主舱与土舱之间舱门，进入土舱首先检查掌子面是否稳定，然后开始检查进行刀具检查，并拍摄照片（必要时摄像）。C刀具检查人员进入主舱。D在主舱人员旋转刀盘90（在旋转刀盘时，所有人员不得进入土舱）。E按照BCD步骤循环作业，直至刀盘旋转完270（需要在同一个转向），并拍摄完照片后，拍照人员与接应辅助人员进入主舱，并关好土舱门。(6)主舱降压，人员出舱。(7)刀盘结构及刀具分布详见图3-1。注意事项：冲洗水不能直接冲洗刀盘，防止掌子面泥膜遭遇破坏。图3-2 刀盘结构及刀具分布图3.6.2 刀具更换(1)刀具拆卸A滚刀拆卸1）滚刀安装

30、形式见图3-3。图3-3 滚刀安装形式2）滚刀拆卸流程。转动刀盘将待拆刀具停止在三点钟方向清洗螺栓孔拆卸滚刀压块螺栓并取出取出压块取出楔块挂好1吨葫芦（利用土舱内吊环），并把待取出滚刀用吊带捆绑好取出滚刀（利用撬棍和葫芦配合）3）滚刀安装流程将待装刀具的刀箱位置刀箱转到三点钟位置在待装刀具的刀箱位置前方人孔掏空（深度200mm左右）清洗刀箱利用手拉葫芦将待装滚刀放入刀箱放入楔块安装压块紧固螺栓。B切刀和边刮刀拆卸1）切刀和边刮刀安装方式分别见图3-4和图3-5。图3-4 切刀安装方式 图3-5边刮刀安装方式(2)拆卸流程转动刀盘将待拆刀具处于水平向上位置取出螺栓取出刀具（边刮刀利用手拉葫芦）(3)刀具安装转动刀盘将待拆刀具位置处于水平向上清洗螺栓孔和结合面放上刀具并对齐螺栓孔安装固定螺栓并紧固(4)各型号刀具螺栓型号及安装质量要求各型号刀具螺栓型号及安装质量要求详见下表。表3-5 各