大直径泥水盾构刀盘应用与管理

中铁隧道局集团有限公司佛莞城际FGZH-3标项目经理部吴建宏2018年11月佛莞城际轨道交通广州南站至望洪站工程FGZH-3标大直径盾构常压刀盘应用与管理技术目录一、引言二、常压刀盘概况三、常压换刀四、常压换刀应用与管理五、问题及应对措施六、结语一、引言第一代国内最早应用仅适用于切刀及刮刀更换。第二代在第一代基础上对刀具取出、安装及刀头固定等设计方面进行了改进。第三代在前两代的基础上，实现了滚刀更换。第四代完善了液压油缸系统插拔油缸、机械保护等工装配置；增加了多道密封等防护措施，使换刀作业更加的便捷、安全。01020304发展历程近年来，大直径盾构已广泛应用于我国各大、中型城市的隧道建设中，为应对复杂地层和复杂工况下的施工要求，常压刀盘的应用也越来越多，其研发、应用与管理技术也趋于成熟。2.1工程概况二、常压刀盘概况由中铁隧道局集团承建的佛莞城际FGZH-3标位于广州市番禺区石楼镇及东莞市麻涌镇内。线路始于番禺区茭塘东村，下穿珠江狮子洋后至东岸新沙港码头，沿西部干道前行，在中纺粮油公司前线路向南偏离西部干道，过中纺粮油公司后出地面，至本标段设计终点。2.2工程概况二、常压刀盘概况佛莞城际FGZH-3标盾构隧道长4900m，由一台盾构独头掘进；隧道最大埋深64m，最大水深17m（所要承受的最大压力近10bar）；区间地层主要为软硬不均地层、全断面硬岩地层及破碎带复合地层；地层之间相互交错，且地层石英含量达70%～80%；在过江段存在三段总长424m破碎带，地层透水性强、水压高，且地表环境主要为狮子洋江面及运输干道。二、常压刀盘概况综合线路、水文、地质等情况，考虑普通刀盘可能要面对频繁的高压进仓换刀作业，其风险大、成本高、耗时长；而采用常压换刀刀盘可以实现全地层中的刀具检查更换，刀具配置方案也可以满足地层掘进需要，且刀具检查和更换便捷、风险可控、成本较低，方案最为经济合理。8常压刀盘普通刀盘2.3刀盘选型项目采用的具备常压换刀刀盘的大直径气垫式泥水平衡盾构机，开挖直径13.61m；整机长137m，主机长度14.4m（含刀盘）；主机重量约2500T，整机重量约3500T；主驱动总功率4900Kw，整机总功率10220KW；最大掘进速度40mm/min；最大推力约22432t，主驱动额定扭矩23289KN.m，脱困扭矩37262KN.m；最大进/排浆流量为3000m³/h，采用DN500mm泥浆管路。盾构机构造图整机长度137m主驱动总功率4900kw最大掘进速度40mm/min刀盘重量430T二、常压刀盘概况2.4盾构机设计概况盾构机构造图中心滚刀边滚刀正滚刀刮刀边刮刀二、常压刀盘概况2.5刀盘设计刀盘参数一览表项目名称单位参数备注开挖直径mφ13.61开口率31%

重量t约430t

常压可更换中心滚刀数量/直径/刀高把/″6把双刃滚刀/19撕裂刀互换/2251#～12#常压可更换正滚刀数量/直径/刀高把/″23把双刃滚刀/19撕裂刀互换/22513#-58#常压可更换边滚刀数量/直径/刀高把/″6把双刃滚刀/19撕裂刀互换/22559#-68#常压可更换边刮刀数量/刀高把48把/185

刮刀数量把144把刮刀

边刮刀数量把12把边刮刀

正滚刀刀间距mm100

边滚刀刀间距mm120

滚刀液压磨损监测个35个液压式磨损探测装置

刀盘周边液压磨损监测个1

刀盘背部液压磨损监测个2

刀盘冲刷口路21中心6路＋刀臂面板3路＋刀臂间横向6路＋刀臂间中心向外6路二、常压刀盘概况常压刀盘针对性设计刀盘直径为13.61米，配置可常压更换刀箱需要，开口率仅为31%；配置刀具以滚刀（撕裂刀互换）和刮刀为主；配备了伸缩摆动球轴承，且具备伸缩功能（可回缩量为400mm，最大扩挖量25mm）;刀盘正面和背面钢结构、滚刀、刮刀、及相关的刀箱、刀座均配置了耐磨材料；在沿刀盘主臂上配置磨损检测条以监测刀盘结构磨损情况；滚刀DCRM监测（旋转情况、刀温等）。在面板、主臂、卸渣槽位置共布置21个冲刷孔（其中刀盘正面有9路，6路平行，6路径向，最大冲洗流量达1100m3/h）；同时在每把滚刀刀箱上也都布置有冲刷点刀盘刀具配置防磨损设计刀盘冲刷2.5刀盘设计滚刀刀筒初始状态刮刀刀筒初始状态三、常压换刀正常掘进状态，刀具伸出刀盘面板切削岩石和土体，当需要检查刀具磨损或换刀时，作业人员首先将待更换刀具所在刀臂旋转至刀盘中心正下方位置，通过配套的工装，将整个刀筒从刀箱内拉出约2/3，后关闭闸门，隔绝泥水仓，再将刀筒整个抽出，实现刀具常压下检查更换。刀筒作为整个闭合单元抽出，常压换刀系统包括刀筒、闸门装置、拆装工装、吊运工具等。3.1换刀原理三、常压换刀3.2换刀特点施工人员不用进入泥水仓内，在常压大气状态下即可实现刀具更换，降低了施工安全风险；安全性高成本低效率高影响小特点一特点四特点二特点三每次换刀无需制备高粘度泥浆，不用增加其他辅助设备，同常规带压进仓及饱和气体进仓相比，施工成本最为低廉。平均更换一把刀只需3h，相比带压进仓、饱和气体进仓等，无需进行加减压作业，在换刀效率方面提高了2～4倍。无需对地层进行加固，不会对地面交通及周围环境造成影响，减少对外沟通压力。换刀工装刮刀刀筒构造换刀工具滚刀刀筒构造①刀筒底部支撑；②底部支撑螺栓；③刀筒夹；④伸缩油缸；⑤伸缩油缸的油缸夹；⑥液压阀块（一个为伸缩油缸的/一个为可更换刀箱闸门的）；⑦带压力表的三通；⑧伸缩油缸尾夹；⑨刀盘上伸缩油缸托架。①含有2个叉脚的闸门油缸；②伸缩油缸；③摆钟型套筒；④液压阀块。三、常压换刀3.3换刀工装传感器拆除伸缩油缸安装油缸与刀筒连接刀筒螺栓拆除刀筒回缩安装刀筒夹及底部支撑刀箱闸门关闭刀筒再次回缩移出刀筒三、常压换刀3.4常压拆除滚刀刀具安装压块放置刀具上螺栓风动扳手紧固拧紧力矩测量制动环及制动块焊接加固传感器安装端盖安放油管连接油管试压刀筒螺栓紧固三、常压换刀3.4常压安装滚刀刀筒吊运到位刀筒缓慢推进伸缩油缸安装刀筒注水加压打开刀箱闸门刀筒逐步顶进刀筒插入到位螺栓紧固传感器安装三、常压换刀3.4常压安装滚刀拆卸刀筒盖伸缩油缸装入刀筒摆钟型套筒安装刀筒缩回、拆除三、常压换刀3.4常压拆除刮刀刀头更换刀筒及摆钟型套筒准备刀筒冲压、闸门打开、插入刀筒刀筒及摆钟型套筒插入刀箱三、常压换刀3.4常压安装刮刀三、检常压墨换刀3.随5控制要矩点释放压疫力、刀迁桶托架芽安装、矩抽刀伸缩油纳缸拆除侵、吊刀揪、检修屡更换专人指金挥、统托一协调勇，步步可签认仓内岭循环碌、刀老箱及馒结构述腔体共冲洗磨损监颤测装置首及线路繁拆除油缸挨顶伸卫、螺秆栓拆柜除、瞎闸板障控制控制要点安装为吓拆除的以逆操作历，主要炉区别为冰拆刀时巷泄压，灾而装刀四时为加盛水冲压橡，其他浇操作基柳本相同哑。四、转常压惊刀盘艇应用怨及管铅理4.培1掘进毛管理一、掘择进参数困管理以刀盘疗挤压力票和扭矩鲁波动控奔制作为猜基准参搜数，确疮保整体云参数的订相互匹露配，做宝到有效疮掘进。钞同时建智立参数陈报警制摊度，严蝴格落实笔执行。二、转泥水膜仓管纯理合理分现配冲刷屈流量分销配，注海重刀盘歇中心及姨面板冲删刷，泥河水仓底翠部冲刷煎。三、刀泛具管理密切东关注美滚刀贩监测歉系统症，根背据地歇层进茄行刀驴具磨袍损分舌析，面预判那刀具丹检查淡更换舟时间仿。同武时做虎好滚俯刀装吴配和狗安装症。四、检推测分析以渣样窝分析、每泥浆性酒能检测混、颗粒斧分析等惰管理为柱有效手亭段，指盯导掘进位施工。五、管肉路维护专职人欠员和班惕组定期狱对冲刷耕管路、献泥浆管齿路壁厚并进行检送测、分燥析、保捕养，未闯雨绸缪不，提前板处理，姜提高设销备利用颠率。四、常锐压刀盘盖应用及舱管理1）盾构拼主司机睁严格执膨行‘掘眠进参数翼报警制鱼度’泽，掘进每参数的刃合理性称是通过致不同地叹层段来楼设定泳，而非梦一成不螺变，通桶过掘进考不断优谜化如刀打盘转速宪、刀盘屠挤压力刚、刀盘中扭矩、赔推力、膛泥水压狐力、中扇心冲刷趟、泥水鸣仓和气旗垫仓底哗部冲刷役等参数菌，做到甚有效掘宁进，提续高掘进支效率；2）盾昼构主牌司机杜还要槽做好虎“盾方构主爷司机阿开机往准备希检查体”和宇“刀照盘刀餐具及讯冲刷以口检优查”塞，开私机前战的注触意事咸项，牢以及古对刀肃盘液拼压磨阅损、检刀具牙液压仍磨损骡监测且检查广及冲羽刷口仆开启泊及堵赴塞检论查等订；4.2掘进参析数控制四、沉常压吴刀盘土应用异及管赌理3）滚刀激旋转监傍测：盾事构主司鸡机严格盛“滚刀歼旋转监网测系统闭报警”败，通过愧实时滚驴刀旋转绪监测系堪统，主拆司机时股刻关注怨滚刀旋户转次数役和温度屿，如有羽问题做雾到排除圆故障才伯可掘进符；不可有蛮干。4.3掘进参宝数控制四、常根压刀盘徒应用及虾管理4）滚瞎刀旋狡转监苍测：物盾构症主司备机严希格“厘滚刀种旋转府监测蓄系统脾报警顺”，详如出锤现滚寇刀旋田转监伟测系锐统完反好，激而旋替转或宾温度鹊异常制，必虎须停站止掘静进抽角刀检镜查，慕这是猴因为美刀盘刊特殊床性，北刀间剂距及民地层善需要蹄。4.3掘进报参数井控制四、乳常压抹刀盘晶应用齐及管溪理1)滚刀磨期损值计崇算指导脾检查换均刀通过虏各刀愧刃旋捐转半向径等办参数纠，结蝇合各育地层狮段的盒磨损煮系数谅，推胀算出单滚刀安的磨偿损值站，通挠过磨皂损值宾可以觉计算般出各牌刀刃羽磨损派速率溜，主曲要有乱两个裕参数秩（单旗位毫锁米掘采进米售数m/m扭m和单位需毫米掘脊进渣土动方量m³/嗓mm）4.拣4刀具管丽理四、速常压向刀盘妇应用朱及管臂理2）自掘进蛇参数鼓的变僻化（似扭矩吉、挤桶压力猾、推优进速岸度结寨合判胳断）芬刀具别磨损梳情况滨。4.4刀具管冰理四、常爬压刀盘厘应用及盐管理3）对特长殊刀位帮滚刀的绞关注因常谈压刀焰盘特毛殊刀哄位有荒刀具估磨损栽过快山情况游，具膜体原成因有庙可能晚是因忧为常驼压刀叮盘中疾心部仅位无话开口疼，造谱成滚满刀的旺二次割磨损痒或撞毕击；款有可解能是柿刀盘潮刀具腿设计枣原因切，刀鲜盘偏立心距浩过大蜡；有筑可能洲是局吗部为削冲刷驾所限欲，造没成二揭次磨撞损等福原因患。比着如：15镇/1寻6、17城/1判8、19现/2筋0、61/颈62刀位逝。4）滚刀寄温度变默化根据此爹前的经死验总结享，滚刀处旋转监导测系统盖同时在夫监测滚宅刀旋转挨和近似匪刀面的碌温度，割经过总朱结，在批全断面利硬岩地浸层，滚疏刀磨损垄增加，茧破岩能自力降低顽，监测秆温度会伞普遍升拣高。5）刀艘具装糕配和描安装苦质量茄要求通过含对刀菊具进阴场检该查、桂刀具赖维修鲁质量袍、安锹装的询卡控何，保裕证刀芝具本幼身质谊量。4.4刀具未管理四、吹常压邪刀盘秋应用册及管抛理常压刀料盘面板毙、周边蔽及背部宁设计有唐液压磨纹损检测眉装置，餐每把滚亦刀刀筒梅设计有正液压磨肌损检测攻装置，征也是刀卧盘磨损障的最后轧一道防迎线。但牵是为了嗓确保常凯压刀盘斯的安全参使用，助刀盘壁辰厚检查眠必不可塌少（超建声波测粪厚仪）树。4.5刀盘壁捐厚检查面板北和周物边检葬查背部检舟查四、常犯压刀盘疗应用及供管理常压萌换刀命刀盘维在前贩舱（剖泥水末仓）俗隔板礼顶部视和侧赚部安碧装了摧摄像盟头，牺通过虏摄像娘头可帐直观股反映烂刀盘肯周边聚及背凝部部亡分磨摇损情灵况，减刀臂咳间卸崭渣槽托情况4.6前舱矩隔板沫摄像滔头检逢查四、罪常压释刀盘绑应用馆及管泻理常压靠换刀逮刀盘扔盾构弯配备扫了完卫备的掏带压秋舱（递双仓柜设计阅），溜同时找预留欲饱和众气体滚进仓舰接口酿，在浙有条电件的鲁情况中下可旦以压璃力平层衡带谱压进盈仓和展减压姿限排头带压剖进仓产情况败下进裤行针尾对性陶的刀筐盘刀纳具检春查4.世7进仓检爆查5.苏1部分刀照具拆装全困难五、泊问题组及应方对措俗施问题眯描述凯：刀具钉在拆该卸过腾程中并，刀戒箱闸票门关劲闭不标严漏邀浆；解决驶措施是：反复对惑闸门处耐清洗，详若遇渣革土卡住厅可重新旁插入刀义筒，多拔次仓内叮循环，啊再进行搅换刀工侨作。漏浆卡刀精度问题陕描述杨：刀具在珠刀箱内民卡住，阵无法将门刀筒拔泽出。解决剂措施佣：在适势当增档加油塘缸压董力；漏手动梯收缩铜刀盘略将，步同时晒原刀胡装回测，拆湾除工惊装，距转动竹刀盘纲，改哈善开拳挖舱劫底部林渣土变。问题龙描述午：部分滚尸刀安装蜂时刀浩筒无歉法顶维伸到舌位解决硬措施颈：采取海措施百为抽挑出刀型筒，昼缩回挥刀盘叛，同避时加霜强仓眠内循揭环，纽奉减少错积渣比。问题翼描述旷：刀筒障集渣够，造差成刀亮具二盟次磨扮损和农监测恭传感形器线泛路磨脾损、尺断线枯，误其报刀吊具信税息等缘瑞现象公。应对措昨施：①增加察刀筒冲琴刷；②并将传辩感器接俊头延伸讨至刀筒童外部。刀筒弦积渣五、问既题及应绣对措施5.召2刀筒集宰渣刀筒纽奉积渣问题肠描述圆：盾构在科掘进过尊程刀具园监测淡系统拐报警赞，抽漠刀检脱查发挺现螺栓银断裂、刀具后粮缩。应对趴措施社：①刀具颜装配过梨程中保逗证刀具早固定螺筑栓紧固滩力矩相庄同；②控制掘雅进参数昏，避免嗓因推力隔过大造牛成螺栓台断裂；③螺栓二监次利用饮，认真芝检查螺睛栓是否僚完好。螺栓晕孔断裂螺那栓五、蓄问题迹及应旅对措计施5.3刀具坑螺栓劳断裂问题修描述紧：盾构在浪掘进全盼断面砂女岩/泥岩复表合地层种时，掘要进过程慢中中心硬刀具温片度频繁纸升高、隶旋转监午测报警烤、刀盘载挤压力岁和推力挠增大、搏掘进速昏度降低彩等掘进麦参数持买续恶化均，项目疯通过刀协盘伸缩贫、增加忘冲刷压炭力和流待量、增贪加刀筒好冲洗等关措施仍鞋未得到匙有效改枝进，经医