大直徑泥水盾構(gòu)刀盤應(yīng)用與管理T35

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(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施六、結(jié)語(yǔ)一、引言第一代國(guó)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(duì)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(lái)，大直徑盾構(gòu)已廣泛應(yīng)用于我國(guó)各大、中型城市的隧道建設(shè)中，為應(yīng)對(duì)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(lái)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(guò)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(zhǎng)4900m，由一臺(tái)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(guò)江段存在三段總長(zhǎng)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(duì)頻繁的高壓進(jìn)倉(cāng)換刀作業(yè)，其風(fēng)險(xiǎn)大、成本高、耗時(shí)長(zhǎng)；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(kāi)挖直徑13.61m；整機(jī)長(zhǎng)137m，主機(jī)長(zhǎng)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(zhǎng)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(kāi)挖直徑mφ13.61開(kāi)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(cè)個(gè)35個(gè)液壓式磨損探測(cè)裝置

刀盤周邊液壓磨損監(jiān)測(cè)個(gè)1

刀盤背部液壓磨損監(jiān)測(cè)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(duì)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(kāi)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(cè)條以監(jiān)測(cè)刀盤結(jié)構(gòu)磨損情況；滾刀DCRM監(jiān)測(cè)（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(guò)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(cāng)，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、常壓換刀刀3.2換刀特點(diǎn)施工人員不用用進(jìn)入泥水倉(cāng)倉(cāng)內(nèi)，在常壓壓大氣狀態(tài)下下即可實(shí)現(xiàn)刀刀具更換，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(wú)需制備高粘粘度泥漿，不用增加其他他輔助設(shè)備，同常規(guī)帶壓進(jìn)倉(cāng)及飽飽和氣體進(jìn)倉(cāng)相比，施工成本最為為低廉。平均更換一把把刀只需3h，相比帶壓進(jìn)倉(cāng)倉(cāng)、飽和氣體進(jìn)倉(cāng)等，無(wú)需進(jìn)行加減壓壓作業(yè)，在換換刀效率方面面提高了2～4倍。無(wú)需對(duì)地層進(jìn)行加固，不不會(huì)對(duì)地面交交通及周圍環(huán)環(huán)境造成影響響，減少對(duì)外外溝通壓力。換刀工裝刮刀刀筒構(gòu)造換刀工具滾刀刀筒構(gòu)造①刀筒底部支撐撐；②底部支支撐螺栓；③③刀筒夾；④④伸縮油缸；；⑤伸縮油缸缸的油缸夾；；⑥液壓閥塊塊（一個(gè)為伸伸縮油缸的/一個(gè)為可更換換刀箱閘門的的）；⑦帶壓壓力表的三通通；⑧伸縮油油缸尾夾；⑨⑨刀盤上伸縮縮油缸托架。。①含有2個(gè)叉腳的閘門門油缸；②伸伸縮油缸；③③擺鐘型套筒筒；④液壓閥閥塊。三、常壓換刀刀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、常壓換刀刀3.4常壓拆除滾刀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(cè)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、常壓換刀刀3.4常壓安裝滾刀刀刀筒吊運(yùn)到位刀筒緩慢推進(jìn)伸縮油缸安裝刀筒注水加壓打開(kāi)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、常壓換刀刀3.4常壓安裝滾刀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、常壓換刀刀3.4常壓拆除刮刀刀刀頭更換刀筒及擺鐘型套筒準(zhǔn)備刀筒沖壓、閘門打開(kāi)、插入刀筒刀筒及擺鐘型套筒插入刀箱三、常壓換刀刀3.4常壓安裝刮刀刀三、常壓換刀刀3.5控制要點(diǎn)釋放壓力、刀刀桶托架安裝裝、抽刀伸縮油缸拆除除、吊刀、檢檢修更換專人指揮、統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，步步步簽認(rèn)倉(cāng)內(nèi)循環(huán)、刀刀箱及結(jié)構(gòu)腔腔體沖洗磨損監(jiān)測(cè)裝置置及線路拆除除油缸頂伸、螺螺栓拆除、閘閘板控制控制要點(diǎn)安裝為拆除的的逆操作，主主要區(qū)別為拆拆刀時(shí)泄壓，，而裝刀時(shí)為為加水沖壓，，其他操作基基本相同。四、常壓刀盤盤應(yīng)用及管理理4.1掘進(jìn)管理一、掘進(jìn)參數(shù)數(shù)管理以刀盤擠壓力力和扭矩波動(dòng)動(dòng)控制作為基基準(zhǔn)參數(shù)，確確保整體參數(shù)數(shù)的相互匹配配，做到有效效掘進(jìn)。同時(shí)時(shí)建立參數(shù)報(bào)報(bào)警制度，嚴(yán)嚴(yán)格落實(shí)執(zhí)行行。二、泥水倉(cāng)管管理合理分配沖刷刷流量分配，，注重刀盤中中心及面板沖沖刷，泥水倉(cāng)倉(cāng)底部沖刷。。三、刀具管理理密切關(guān)注滾刀刀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，，根據(jù)地層進(jìn)進(jìn)行刀具磨損損分析，預(yù)判判刀具檢查更更換時(shí)間。同同時(shí)做好滾刀刀裝配和安裝裝。四、檢測(cè)分析析以渣樣分析、、泥漿性能檢檢測(cè)、顆粒分分析等管理為為有效手段，，指導(dǎo)掘進(jìn)施施工。五、管路維護(hù)護(hù)專職人員和班班組定期對(duì)沖沖刷管路、泥泥漿管路壁厚厚進(jìn)行檢測(cè)、、分析、保養(yǎng)養(yǎng)，未雨綢繆繆，提前處理理，提高設(shè)備備利用率。四、常壓刀盤盤應(yīng)用及管理理1）盾構(gòu)主司機(jī)機(jī)嚴(yán)格執(zhí)行‘‘掘進(jìn)參數(shù)報(bào)報(bào)警制度’，，掘進(jìn)參數(shù)數(shù)的合理性是是通過(guò)不同地地層段來(lái)設(shè)設(shè)定，而非一一成不變，通通過(guò)掘進(jìn)不斷斷優(yōu)化如刀盤盤轉(zhuǎn)速、刀盤盤擠壓力、刀刀盤扭矩、推推力、泥水壓壓力、中心沖沖刷、泥水倉(cāng)倉(cāng)和氣墊倉(cāng)底底部沖刷等參參數(shù)，做到有有效掘進(jìn)，提提高掘進(jìn)效率率；2）盾構(gòu)主司機(jī)機(jī)還要做好““盾構(gòu)主司機(jī)機(jī)開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備檢檢查”和“刀刀盤刀具及沖沖刷口檢查””，開(kāi)機(jī)前的的注意事項(xiàng)，，以及對(duì)刀盤盤液壓磨損、、刀具液壓磨磨損監(jiān)測(cè)檢查查及沖刷口開(kāi)開(kāi)啟及堵塞檢檢查等；4.2掘進(jìn)參數(shù)控制制四、常壓刀盤盤應(yīng)用及管理理3）滾刀旋轉(zhuǎn)監(jiān)監(jiān)測(cè)：盾構(gòu)主主司機(jī)嚴(yán)格““滾刀旋轉(zhuǎn)監(jiān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警警”，通過(guò)實(shí)實(shí)時(shí)滾刀旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，，主司機(jī)時(shí)刻刻關(guān)注滾刀旋旋轉(zhuǎn)次數(shù)和溫溫度，如有問(wèn)問(wèn)題做到排除除故障才可掘掘進(jìn)；不可蠻蠻干。4.3掘進(jìn)參數(shù)控制制四、常壓刀盤盤應(yīng)用及管理理4）滾刀旋轉(zhuǎn)監(jiān)監(jiān)測(cè)：盾構(gòu)主主司機(jī)嚴(yán)格““滾刀旋轉(zhuǎn)監(jiān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警警”，如出現(xiàn)現(xiàn)滾刀旋轉(zhuǎn)監(jiān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完好好，而旋轉(zhuǎn)或或溫度異常，，必須停止掘掘進(jìn)抽刀檢查查，這是因?yàn)闉榈侗P特殊性性，刀間距及及地層需要。。4.3掘進(jìn)參數(shù)控制制四、常壓刀盤盤應(yīng)用及管理理1)滾刀磨損值計(jì)計(jì)算指導(dǎo)檢查查換刀通過(guò)各刀刃旋旋轉(zhuǎn)半徑等參參數(shù)，結(jié)合各各地層段的磨磨損系數(shù)，推推算出滾刀的的磨損值，通通過(guò)磨損值可可以計(jì)算出各各刀刃磨損速速率，主要有有兩個(gè)參數(shù)（（單位毫米掘掘進(jìn)米數(shù)m/mm和單位毫米掘掘進(jìn)渣土方量量m3/mm）4.4刀具管理四、常壓刀盤盤應(yīng)用及管理理2）自掘進(jìn)參數(shù)的變變化（扭矩、、擠壓力、推推進(jìn)速度結(jié)合合判斷）刀具具磨損情況。。4.4刀具管理四、常壓刀盤盤應(yīng)用及管理理3）對(duì)特殊刀位位滾刀的關(guān)注注因常壓刀盤特特殊刀位有刀刀具磨損過(guò)快快情況，具體體原因有可能能是因?yàn)槌簤旱侗P中心部部位無(wú)開(kāi)口，，造成滾刀的的二次磨損或或撞擊；有可可能是刀盤刀刀具設(shè)計(jì)原因因，刀盤偏心心距過(guò)大；有有可能是局部部為沖刷所限限，造成二次次磨損等原因因。比如：15/16、17/18、19/20、61/62刀位。4）滾刀溫度變變化根據(jù)此前的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，滾滾刀旋轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)測(cè)系統(tǒng)同時(shí)在在監(jiān)測(cè)滾刀旋旋轉(zhuǎn)和近似刀刀面的溫度，，經(jīng)過(guò)總結(jié)，，在全斷面硬硬巖地層，滾滾刀磨損增加加，破巖能力力降低，監(jiān)測(cè)測(cè)溫度會(huì)普遍遍升高。5）刀具裝配和和安裝質(zhì)量要要求通過(guò)對(duì)刀具進(jìn)進(jìn)場(chǎng)檢查、刀刀具維修質(zhì)量量、安裝的卡卡控，保證刀刀具本身質(zhì)量量。4.4刀具管理四、常壓刀盤盤應(yīng)用及管理理常壓刀盤面板板、周邊及背背部設(shè)計(jì)有液液壓磨損檢測(cè)測(cè)裝置，每把把滾刀刀筒設(shè)設(shè)計(jì)有液壓磨磨損檢測(cè)裝置置，也是刀盤盤磨損的最后后一道防線。。但是為了確確保常壓刀盤盤的安全使用用，刀盤壁厚厚檢查必不可可少（超聲波波測(cè)厚儀）。。4.5刀盤壁厚檢查查面板和周邊檢檢查背部檢查四、常壓刀盤盤應(yīng)用及管理理常壓換刀刀盤盤在前艙（泥泥水倉(cāng)）隔板板頂部和側(cè)部部安裝了攝像像頭，通過(guò)攝攝像頭可直觀觀反映刀盤周周邊及背部部部分磨損情況況，刀臂間卸卸渣槽情況4.6前艙隔板攝像像頭檢查四、常壓刀盤盤應(yīng)用及管理理常壓換刀刀盤盤盾構(gòu)配備了了完備的帶壓壓艙（雙倉(cāng)設(shè)設(shè)計(jì)），同時(shí)時(shí)預(yù)留飽和氣氣體進(jìn)倉(cāng)接口口，在有條件件的情況下可可以壓力平衡衡帶壓進(jìn)倉(cāng)和和減壓限排帶帶壓進(jìn)倉(cāng)情況況下進(jìn)行針對(duì)對(duì)性的刀盤刀刀具檢查4.7進(jìn)倉(cāng)檢查5.1部分刀具拆裝裝困難五、問(wèn)題及應(yīng)應(yīng)對(duì)措施問(wèn)題描述：刀具在拆卸過(guò)過(guò)程中，刀箱箱閘門關(guān)閉不不嚴(yán)漏漿；解決措施：反復(fù)對(duì)閘門處處清洗，若遇遇渣土卡住可可重新插入刀刀筒，多次倉(cāng)倉(cāng)內(nèi)循環(huán)，再再進(jìn)行換刀工工作。漏漿卡刀精度問(wèn)題描述：刀具在刀箱內(nèi)內(nèi)卡住，無(wú)法法將刀筒拔出出。解決措施：在適當(dāng)增加油油缸壓力；手手動(dòng)收縮刀盤盤將，同時(shí)原原刀裝回，拆拆除工裝，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤，改改善開(kāi)挖艙底底部渣土。問(wèn)題描述：部分滾刀安裝時(shí)刀筒無(wú)無(wú)法頂伸到位位解決措施：采取措施為抽抽出刀筒，縮縮回刀盤，同同時(shí)加強(qiáng)倉(cāng)內(nèi)內(nèi)循環(huán)，減少少積渣。問(wèn)題描述：刀筒集渣，造造成刀具二次次磨損和監(jiān)測(cè)測(cè)傳感器線路路磨損、斷線線，誤報(bào)刀具具信息等現(xiàn)象象。應(yīng)對(duì)措施：①增加刀筒沖沖刷；②并將傳感器接接頭延伸至刀刀筒外部。刀筒積渣五、問(wèn)題及應(yīng)應(yīng)對(duì)措施5.2刀筒集渣刀筒積渣問(wèn)題描述：盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)過(guò)程刀具監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)報(bào)警，抽刀刀檢查發(fā)現(xiàn)螺栓斷裂、刀具后縮。應(yīng)對(duì)措施：①刀具裝配過(guò)過(guò)程中保證刀刀具固定螺栓栓緊固力矩相相同；②控制掘進(jìn)參數(shù)數(shù)，避免因推推力過(guò)大造成成螺栓斷裂；；③螺栓二次利用用，認(rèn)真檢查查螺栓是否完完好。螺栓孔斷裂螺栓五、問(wèn)題及應(yīng)應(yīng)對(duì)措施5.3刀具螺栓斷裂裂問(wèn)題描述：盾構(gòu)在掘進(jìn)全全斷面砂巖/泥巖復(fù)合地層層時(shí)，掘進(jìn)過(guò)過(guò)程中中心刀刀具溫度頻繁繁升高、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)報(bào)警、、刀盤