穗莞深城际轨道交通SZH—3标珠江三角洲城际轨道交通网莞惠城际松山湖北～大朗区间右线盾构换刀施工方案中铁十六局集团有限公司莞惠城际大朗工区二○一二年十一月五日珠江三角洲城际轨道交通网莞惠城际松山湖北～大朗区间右线穗莞深城际轨道交通SZH—3标盾构施工换刀方案编制:审核:审批:中铁十六局集团有限公司莞惠城际大朗工区二○一二年十月五日目录2、工程概况 (2)3、工程地质及水文地质情况 (3)3.1工程地质概况 (3)3.2水文地质特征 (3)4、检查及更换刀具的作业筹划 (4)4.1 换刀内业准备 (4)4.2 作业内容 (4)4.3 换刀作业培训、换刀演练的安排 (4)5、换刀操作规程 (5)5.1 常压条件下的换刀操作规程 (5)5.1.1 检查及更换刀具前的准备工作 (7)5.1.2 换刀作业 (7)5.2带压条件下的换刀作业 (9)5.2.1加压前的施工准备 (9)5.2.2 加压作业 (11)5.2.3主要技术问题 (19)5.2.4 加压开舱作业注意事项 (20)6、换刀作业的人员安排 (21)7、地表监测 (22)8、应急预案 (22)8.1应急组织机构 (23)8.2应急准备和响应 (23)8.3应急物资 (24)8.4应急措施 (25)8.4.1在加压过程中的应急措施 (25)8.4.2在减压过程中的应急措施 (25)8.4.3在检查过程中的应急措施 (25)8.4.4环境应急措施 (26)8.4.5突发事件急救措施 (26)1、编制目的及依据为使刀盘刀具的布置形式满足盾构机所处各类地层的掘进要求，防止因刀具的过度磨损、未及时更换而破坏刀盘结构，确保盾构施工生产的顺利进行，制定本方案。
⑴《岩土工程勘察报告》；⑵《岩土工程补充勘察报告》；⑶松山湖北站至大朗区间平纵断面、联络通道、端头加固及隧道防水图；⑷盾构机组装图纸；2、工程概况松山湖北站至大朗区间右线隧道起止里程是GDK38+359.00-GDK35+432.00,全长2931m，本段盾构隧道线路单一，设置为标准的单线单洞断面，线路平面最小曲线半径为2000m，左右线间距约6m～20m。
隧道最大线路坡度为24.4‰，最小坡度为2.0‰，竖曲线半径为10000m，隧道拱顶埋深为10.5～37m。
本区间盾构机为海瑞克土压平衡盾构，刀盘直径8830mm，其刀具包括：单刃滚刀45把，双刃滚刀4把，齿刀58个，铲刀16组，刀具磨损保护3个。
图1 S591刀盘正面图3、工程地质及水文地质情况3.1工程地质概况根据区域地质资料及既有勘察成果资料，拟建莞惠城际轨道交通线松山湖北至大朗区间隧道工程场地岩土层可划分如下：ml）(1)第四系人工堆积层（Q4人工填筑土：褐黄色为主，松散~稍密。
潮湿~饱和，主要成分为黏性土及全风化片麻岩，厚0.5~12m，层底高程-9.79~32.22m 。
(2)第四系全新统冲积层（Q4al）①淤泥质粘土：灰黑色，灰色，饱和，流塑，含有机质，压缩性高，并具流变性及触变性，场地内个别钻孔有揭露，呈透镜状体：②粉质黏土：褐黄色，红褐色，灰色，可塑，主要成份为黏粒，粉粒，场地内局部地段分布，呈层状；③粉质黏土：黄褐色，红褐色，浅黄色，灰色，硬塑，稍湿，主要成份为黏粒，粉粒，场地内局部地段分布，呈层状及透镜体状；④粉砂：浅灰白色，浅黄色，褐黄色，饱和，松散，成分以石英为主，分选性较好，场地内有个别钻头有揭露，成透镜体状；⑤粉砂：灰白色，浅黄色，饱和，稍密，成份以石英为主，分选性较好，成透镜体状分布；⑥粉砂：灰白色，褐黄色，饱和，中密，成份以石英为主，含少量黏粒，呈透镜体状；⑦中砂：灰白色，饱和，松散～稍密，成份以石英为主，含少量黏粒，场地内仅有个别钻孔有揭露，呈透镜体状；⑧中砂：灰白色，黄褐色，饱和，中密，成份以石英为主，含少量黏粒，，呈透镜体状⑨粗砂、砾砂：黄褐色，灰白色，稍密，砂质均匀，级配差，呈透镜体状；el）(3)第四系坡残积层（Q4①粉质黏土：褐红色，棕红色，褐黄色，可塑，局部硬塑，以粉，黏粒为主，切面粗糙，且中压缩性。
(4)震旦系(Pzl)混合片麻岩按风化程度可分位⑨1全风化混合片麻岩，⑨2强风化混合片麻岩和⑨3弱风化混合片麻岩三个亚层，分输如下：⑨1全风化混合片麻岩：褐黄色、褐红色，岩体成土状，土夹砂状，各种矿物均已经风化为粘土或砂土，最大揭露厚度31.1m，层顶高程+3.47~29.71m，层顶埋深3.8~25m。
⑨2强风化混合片麻岩：灰褐色、灰色，变晶结构，片麻状构造，节理裂隙发育，岩心成碎块状，厚0.40~18.70m，层顶高程-20.04~17.47m，层顶埋深11.0~42.9m。
⑨3弱风化混合片麻岩：灰褐色，变晶结构，片麻状构造，岩心成柱状及短柱状，少量块状，锤击声脆，最大揭露厚度39.95m，层顶高程-22.65~14.8m，层顶埋深14.9~45.0m。
3.2水文地质特征(1)地表水本场地内无地表水系、湖泊、鱼塘及沟渠。
(2)地下水场地内水文地质条件受当地气候、地貌、岩性、地质构造、地表水体及人类活动等因素的影响，根据地下水埋藏条件可分为孔隙潜水、基岩裂隙水。
①孔隙潜水分布于场区内上部覆盖层、主要含水层为第四系人工堆积层素填土、第四系全新统冲积淤泥质黏土及啥砂层、残积层、全风化混合片麻岩中，其补给方式主要由大气降水补给及地表水补给，排泄方式为大气蒸发及地下径流；出去砂层中的孔隙水由于上部被人工填土和冲积淤泥质黏土所覆盖，一般具微承压性。
②基岩裂隙水基岩裂隙水主要分布于下部基岩中，主要赋存于混合片麻岩节理裂隙发育部位及强风化层中，含水层为风化、构造所形成的裂隙带，水量较大。
由于地层的渗透性差异，基岩中的水略具承压性，孔隙水及裂隙水局部具连通性。
受大气降水直接渗入补给，水质一般良好。
主要补给水源为大气降水，地下水的排泄途径主要是径流。
本次勘察期间地下水水位埋深1.00～5.45m，相应标高18.35～32.71m。
③地表水，地下水对混凝土等建筑材料的侵蚀性经钻孔取水样试验，根据《混凝土结构耐久性设计规范》并结合现场实际情况进行判定，判断结果如下：（1）GDK33+950~GDK34+300段，地下水具酸性腐蚀性；（2）GDK34+300~GDK34+800段，地下水化学无腐蚀性；（3）GDK34+800~GDK35+300地下水具侵蚀性CO2腐蚀性，同时具酸性腐蚀性；（4）GDK35+300~GDK35+900，地下水具酸性腐蚀性；（5）GDK35+900~GDK38+455段，地下水具酸性腐蚀性。
4、检查及更换刀具的作业筹划4.1 换刀内业准备每次准备检查、换刀完毕前，由设备管理部门准备《刀具、刀盘检查记录表》，进仓人员首先对刀具进行检查，将数据准确记录，然后根据规范及盾构机操作手册要求，确定更换刀具的数量，换刀人员培训，换刀人员详细记录换刀过程及顺序并写出分析结论，得出刀具、刀盘磨损的规律，以便对以后换刀提供更为科学的依据。
4.2 作业内容检查及更换刀具的作业内容包括：刀具是否损坏及刀具的磨损情况；搅拌棒耐磨层的完好情况；刀盘耐磨层的磨损情况；刀具安装部件如楔块、安装块、螺栓保护帽是否松脱或损坏；更换已经磨损的刀具；根据盾构机将要掘进通过的地层更换刀具；检查刀盘是否粘结泥饼；疏通刀盘盘面的泡沫口等等。
4.3 换刀作业培训、换刀演练的安排从参与本工程施工人员中选择20人参加换刀演练作业，分成四组，每组5人。
从每组中选择1人任组长，指挥换刀作业。
为培养换刀作业人员，要安排刀具拆装理论培训，并现场讲解各种刀具的拆装工艺，并动手操作，做到所有作业人员都熟悉各种刀具的检查、拆装作业内容和技术要点。
5、换刀操作规程5.1 常压条件下的换刀操作规程盾构机将要抵达计划换刀位置前的掘进采用慢速推进和慢转刀盘的方式掘进，以减小盾构机对隧道工作面土体的扰动。
同时采用凝固时间短的浆液进行同步注浆，并利用吊装螺栓孔对连接桥附近的成形隧道进行二次补注浆，以增加盾尾附近成型隧道的稳定性。
采用转动刀盘和敲击盾壳的方式防止注浆浆液与盾尾固结在一起。
在盾构机停止推进后打开承压壁上的卸水孔进行排水并记录水流量，报监理审批后实施刀具的检查及更换作业。
图2 常压换刀作业流程图5.1.1 检查及更换刀具前的准备工作①停止盾构机的推进，根据工作面地质情况，排出土仓内1/2--2/3的碴土，打开人闸与土仓间的闸门冷却土仓，释放土仓异味；②检查盾构机承力墙上的球阀及闸阀，对堵塞的球阀及闸阀进行疏通，保证能够正常使用；④对盾构机各系统进行检查，保证其功能完好；⑤对进行换刀的操作人员进行换刀前的技术交底，对换刀的操作程序、安全事项等进行详细的交底；⑥准备好需更换的刀具及其附件如螺栓、锁块等；⑦准备好照明灯具、小型通风机、风镐、潜水泵、风动扳手、葫芦、木板、安全带等材料、工具及电焊机等机料具；⑧对可能发生的突发事件作好充分的估计及应对措施；5.1.2 换刀作业(1)换刀确认首先根据刀具，刀盘检查结果和刀具更换依据，确定刀具更换的具体数量和位置，然后报主管领导审批后，由盾构队组织人员进行实施，同时通知机械班加工和准备缺损零部件，通知物资部准备刀具、刀盘修复材料和换刀工具.(2)刀具更换依据滚刀在刀圈产生偏磨、刀圈脱落、裂纹、松动、移位情况下必须进行更换，其它按边缘滚刀磨损量在5～10mm，正面区滚刀磨损量在15～25mm，中心区滚刀磨损量在25～35mm进行更换（以上数据为参考值，可按实际情况进行修正）；刮刀合金齿缺损达到一半以上和耐磨层磨损量达2/3以上进行更换。
(3)更换滚刀步骤及要求①固定和稳定安装台面；用吊带捆绑好滚刀，捆绑要牢靠；②使用吊链挂住滚刀；③松掉自攻保护螺帽；④移走球面垫圈，球窝及可调节压块；⑤移去楔形块，使用撬棍滚刀撬出，如有必要，握住楔形块螺杆；⑥将滚刀拉出刀箱；⑦移走滚刀；⑧将新滚刀运至更换点；⑨安装新滚刀，要求：安装之前清洁滚刀底座，检查是否有变形;同时注意滚刀的方向，防止安装错误；⑩装入楔形块；⑾上紧可调节压块，球面垫片，球窝及自攻螺母；⑿上紧螺母，要求：按照扭力要求！图3单刃滚刀安装图图4 双刃滚刀安装图(4)更换刮刀步骤及要求①拆开螺栓和自锁螺母；②拔出刮刀；③清洁刮刀座，并在其上喷一层薄油雾；④遵照螺栓的拧紧扭矩要求；(5) 更换齿刀步骤及要求①拆开螺栓和自锁螺母；②拔出齿刀；③清洁刀片座，并在其上喷一层薄油雾；④遵照螺栓的拧紧扭矩要求；5.2带压条件下的换刀作业5.2.1加压前的施工准备5.2.1.1气压系统检修1. 在人员进舱前,全面检查压缩空气系统的功能。
对空气压缩机和储气罐进行检查观察其工作压力是否正常。
2. 检查并确认加压舱内各仪表、照明、时钟、通讯、供水系统及加热系统的正常作业；3. 检查并确认加压舱的密封性，可预先应用最高允许操作压力的1.1倍去做气压测试；5.2.1.2相关配套设施检修、保养1. 对供电系统高低压配电间,进行一次检查,如发生外部停电，应确保尽快恢复。