大直徑泥水盾構(gòu)刀盤應(yīng)用與管理

中鐵隧道局集團(tuán)有限公司佛莞城際FGZH-3標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)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(biāo)大直徑盾構(gòu)常壓刀盤應(yīng)用與管理技術(shù)目錄一、引言二、常壓刀盤概況三、常壓換刀四、常壓換刀應(yīng)用與管理五、問題及應(yīng)對措施六、結(jié)語一、引言第一代國內(nèi)最早應(yīng)用僅適用于切刀及刮刀更換。第二代在第一代基礎(chǔ)上對刀具取出、安裝及刀頭固定等設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了改進(jìn)。第三代在前兩代的基礎(chǔ)上，實(shí)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(jī)械保護(hù)等工裝配置；增加了多道密封等防護(hù)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(gòu)已廣泛應(yīng)用于我國各大、中型城市的隧道建設(shè)中，為應(yīng)對復(fù)雜地層和復(fù)雜工況下的施工要求，常壓刀盤的應(yīng)用也越來越多，其研發(fā)、應(yīng)用與管理技術(shù)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(tuán)承建的佛莞城際FGZH-3標(biāo)位于廣州市番禺區(qū)石樓鎮(zhèn)及東莞市麻涌鎮(zhèn)內(nèi)。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(biāo)段設(shè)計(jì)終點(diǎn)。2.2工程概況二、常壓刀盤概況佛莞城際FGZH-3標(biāo)盾構(gòu)隧道長4900m，由一臺盾構(gòu)獨(dú)頭掘進(jìn)；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(fù)合地層；地層之間相互交錯(cuò)，且地層石英含量達(dá)70%～80%；在過江段存在三段總長424m破碎帶，地層透水性強(qiáng)、水壓高，且地表環(huán)境主要為獅子洋江面及運(yùn)輸干道。二、常壓刀盤概況綜合線路、水文、地質(zhì)等情況，考慮普通刀盤可能要面對頻繁的高壓進(jìn)倉換刀作業(yè)，其風(fēng)險(xiǎn)大、成本高、耗時(shí)長；而采用常壓換刀刀盤可以實(shí)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(jìn)需要，且刀具檢查和更換便捷、風(fēng)險(xiǎn)可控、成本較低，方案最為經(jīng)濟(jì)合理。8常壓刀盤普通刀盤2.3刀盤選型項(xiàng)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(gòu)機(jī)，開挖直徑13.61m；整機(jī)長137m，主機(jī)長度14.4m（含刀盤）；主機(jī)重量約2500T，整機(jī)重量約3500T；主驅(qū)動(dòng)總功率4900Kw，整機(jī)總功率10220KW；最大掘進(jìn)速度40mm/min；最大推力約22432t，主驅(qū)動(dòng)額定扭矩23289KN.m，脫困扭矩37262KN.m；最大進(jìn)/排漿流量為3000m3/h，采用DN500mm泥漿管路。盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造圖整機(jī)長度137m主驅(qū)動(dòng)總功率4900kw最大掘進(jìn)速度40mm/min刀盤重量430T二、常壓刀盤概況2.4盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)概況盾構(gòu)機(jī)構(gòu)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(shè)計(jì)刀盤參數(shù)一覽表項(xiàng)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(gè)35個(gè)液壓式磨損探測裝置

刀盤周邊液壓磨損監(jiān)測個(gè)1

刀盤背部液壓磨損監(jiān)測個(gè)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(shè)計(jì)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(dòng)球軸承，且具備伸縮功能（可回縮量為400mm，最大擴(kuò)挖量25mm）;刀盤正面和背面鋼結(jié)構(gòu)、滾刀、刮刀、及相關(guān)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(jié)構(gòu)磨損情況；滾刀DCRM監(jiān)測（旋轉(zhuǎn)情況、刀溫等）。在面板、主臂、卸渣槽位置共布置21個(gè)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(dá)1100m3/h）；同時(shí)在每把滾刀刀箱上也都布置有沖刷點(diǎn)刀盤刀具配置防磨損設(shè)計(jì)刀盤沖刷2.5刀盤設(shè)計(jì)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(jìn)狀態(tài)，刀具伸出刀盤面板切削巖石和土體，當(dāng)需要檢查刀具磨損或換刀時(shí)，作業(yè)人員首先將待更換刀具所在刀臂旋轉(zhuǎn)至刀盤中心正下方位置，通過配套的工裝，將整個(gè)刀筒從刀箱內(nèi)拉出約2/3，后關(guān)閉閘門，隔絕泥水倉，再將刀筒整個(gè)抽出，實(shí)現(xiàn)刀具常壓下檢查更換。刀筒作為整個(gè)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(yùn)工具等。3.1換刀原理三、常壓換刀3.2換刀特點(diǎn)施工人員不用進(jìn)入泥水倉內(nèi)，在常壓大氣狀態(tài)下即可實(shí)現(xiàn)刀具更換，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)；安全性高成本低效率高影響小特點(diǎn)一特點(diǎn)四特點(diǎn)二特點(diǎn)三每次換刀無需制備高粘度泥漿，不用增加其他輔助設(shè)備，同常規(guī)帶壓進(jìn)倉及飽和氣體進(jìn)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(jìn)倉、飽和氣體進(jìn)倉等，無需進(jìn)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(jìn)行加固，不會(huì)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(gòu)造換刀工具滾刀刀筒構(gòu)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(gè)為伸縮油缸的/一個(gè)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(gè)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(guān)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(fēng)動(dòng)扳手緊固擰緊力矩測量制動(dòng)環(huán)及制動(dòng)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(yùn)到位刀筒緩慢推進(jìn)伸縮油缸安裝刀筒注水加壓打開刀箱閘門刀筒逐步頂進(jìn)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(zhǔn)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(diǎn)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(diào)勇，步步可簽認(rèn)倉內(nèi)嶺循環(huán)碌、刀老箱及饅結(jié)構(gòu)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(diǎn)安裝為嚇拆除的以逆操作歷，主要爐區(qū)別為冰拆刀時(shí)巷泄壓，災(zāi)而裝刀四時(shí)為加盛水沖壓橡，其他澆操作基柳本相同啞。四、轉(zhuǎn)常壓驚刀盤艇應(yīng)用怨及管鉛理4.培1掘進(jìn)毛管理一、掘擇進(jìn)參數(shù)困管理以刀盤療擠壓力票和扭矩魯波動(dòng)控奔制作為猜基準(zhǔn)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(jìn)。鈔同時(shí)建智立參數(shù)陳報(bào)警制攤度，嚴(yán)蝴格落實(shí)筆執(zhí)行。二、轉(zhuǎn)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(guān)注美滾刀販監(jiān)測歉系統(tǒng)癥，根背據(jù)地歇層進(jìn)茄行刀驢具磨袍損分舌析，面預(yù)判那刀具丹檢查淡更換舟時(shí)間仿。同武時(shí)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(dǎo)掘進(jìn)位施工。五、管肉路維護(hù)專職人欠員和班惕組定期獄對沖刷耕管路、獻(xiàn)泥漿管齒路壁厚并進(jìn)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(shè)銷備利用顛率。四、常銳壓刀盤蓋應(yīng)用及艙管理1）盾構(gòu)拼主司機(jī)睜嚴(yán)格執(zhí)膨行‘掘眠進(jìn)參數(shù)翼報(bào)警制魚度’澤，掘進(jìn)每參數(shù)的刃合理性稱是通過致不同地嘆層段來樓設(shè)定泳，而非夢一成不螺變，通桶過掘進(jìn)考不斷優(yōu)謎化如刀打盤轉(zhuǎn)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?qū)庍M(jìn)，提續(xù)高掘進(jìn)支效率；2）盾晝構(gòu)主牌司機(jī)杜還要槽做好虎“盾方構(gòu)主爺司機(jī)阿開機(jī)往準(zhǔn)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(jī)前戰(zhàn)的注觸意事咸項(xiàng)，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(jìn)參析數(shù)控制四、沉常壓吳刀盤土應(yīng)用異及管賭理3）滾刀激旋轉(zhuǎn)監(jiān)傍測：盾事構(gòu)主司雞機(jī)嚴(yán)格盛“滾刀殲旋轉(zhuǎn)監(jiān)網(wǎng)測系統(tǒng)閉報(bào)警”敗，通過愧實(shí)時(shí)滾驢刀旋轉(zhuǎn)緒監(jiān)測系堪統(tǒng)，主拆司機(jī)時(shí)股刻關(guān)注怨?jié)L刀旋戶轉(zhuǎn)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(jìn)符；不可有蠻干。4.3掘進(jìn)參寶數(shù)控制四、常根壓刀盤徒應(yīng)用及蝦管理4）滾瞎刀旋狡轉(zhuǎn)監(jiān)蒼測：物盾構(gòu)癥主司備機(jī)嚴(yán)希格“厘滾刀種旋轉(zhuǎn)府監(jiān)測蓄系統(tǒng)脾報(bào)警順”，詳如出錘現(xiàn)滾寇刀旋田轉(zhuǎn)監(jiān)偉測系銳統(tǒng)完反好，激而旋替轉(zhuǎn)或賓溫度鵲異常制，必虎須停站止掘靜進(jìn)抽角刀檢鏡查，慕這是猴因?yàn)槊赖侗P刊特殊床性，北刀間劑距及民地層善需要蹄。4.3掘進(jìn)報(bào)參數(shù)井控制四、乳常壓抹刀盤晶應(yīng)用齊及管溪理1)滾刀磨期損值計(jì)崇算指導(dǎo)脾檢查換均刀通過虜各刀愧刃旋捐轉(zhuǎn)半向徑等辦參數(shù)糾，結(jié)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(jì)算般出各牌刀刃羽磨損派速率溜，主曲要有亂兩個(gè)裕參數(shù)秩（單旗位毫鎖米掘采進(jìn)米售數(shù)m/m扭m和單位需毫米掘脊進(jìn)渣土動(dòng)方量m3/嗓mm）4.揀4刀具管麗理四、速常壓向刀盤婦應(yīng)用朱及管臂理2）自掘進(jìn)蛇參數(shù)鼓的變僻化（似扭矩吉、擠桶壓力猾、推優(yōu)進(jìn)速岸度結(jié)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(yīng)用及鹽管理3）對特長殊刀位幫滾刀的絞關(guān)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(shè)計(jì)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(jīng)死驗(yàn)總結(jié)享，滾刀處旋轉(zhuǎn)監(jiān)導(dǎo)測系統(tǒng)蓋同時(shí)在夫監(jiān)測滾宅刀旋轉(zhuǎn)挨和近似匪刀面的碌溫度，割經(jīng)過總朱結(jié)，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(huì)傘普遍升揀高。5）刀艘具裝糕配和描安裝苦質(zhì)量茄要求通過含對刀菊具進(jìn)陰場檢該查、桂刀具賴維修魯質(zhì)量袍、安鍬裝的詢卡控何，保裕證刀芝具本幼身質(zhì)誼量。4.4刀具未管理四、吹常壓邪刀盤秋應(yīng)用冊及管拋理常壓刀料盤面板斃、周邊蔽及背部寧設(shè)計(jì)有唐液壓磨紋損檢測眉裝置，餐每把滾亦刀刀筒梅設(shè)計(jì)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(yīng)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(cè)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(yīng)用館及管瀉理常壓靠換刀逮刀盤扔盾構(gòu)彎配備掃了完衛(wèi)備的掏帶壓秋艙（遞雙倉柜設(shè)計(jì)閱），溜同時(shí)找預(yù)留欲飽和眾氣體滾進(jìn)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(jìn)盈倉和展減壓姿限排頭帶壓剖進(jìn)倉產(chǎn)情況敗下進(jìn)褲行針尾對性陶的刀筐盤刀納具檢春查4.世7進(jìn)倉檢爆查5.蘇1部分刀照具拆裝全困難五、泊問題組及應(yīng)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(guān)勁閉不標(biāo)嚴(yán)漏邀漿；解決駛措施是：反復(fù)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(nèi)叮循環(huán)，啊再進(jìn)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(nèi)民卡住，陣無法將門刀筒拔澤出。解決劑措施傭：在適勢當(dāng)增檔加油塘缸壓董力；漏手動(dòng)梯收縮銅刀盤略將，步同時(shí)曬原刀胡裝回測，拆灣除工驚裝，距轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)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?fù)]刀盤叛，同避時(shí)加霜強(qiáng)倉眠內(nèi)循揭環(huán)，紐奉減少錯(cuò)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(nóng)監(jiān)測恭傳感形器線泛路磨脾損、尺斷線枯，誤其報(bào)刀吊具信稅息等緣瑞現(xiàn)象公。應(yīng)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(yīng)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(gòu)在科掘進(jìn)過尊程刀具園監(jiān)測淡系統(tǒng)拐報(bào)警贊，抽漠刀檢脫查發(fā)挺現(xiàn)螺栓銀斷裂、刀具后糧縮。應(yīng)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(jìn)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(rèn)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(yīng)旅對措計(jì)施5.3刀具坑螺栓勞斷裂問題修描述緊：盾構(gòu)在浪掘進(jìn)全盼斷面砂女巖/泥巖復(fù)表合地層種時(shí)，掘要進(jìn)過程慢中中心硬刀具溫片度頻繁紙升高、隸旋轉(zhuǎn)監(jiān)午測報(bào)警烤、刀盤載擠壓力歲和推力撓增大、搏掘進(jìn)速昏度降低彩等掘進(jìn)麥參數(shù)持買續(xù)惡化均，項(xiàng)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(guān)措施仍鞋未得到匙有效改枝進(jìn)，經(jīng)醫(yī)