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1、超大直徑盾構(gòu)隧道常壓下盾構(gòu)刀具更換工法中鐵**集團(tuán)有限公司1、前言隨著國(guó)內(nèi)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展，盾構(gòu)施工以其安全、快速、高效在城市地鐵、越江穿河隧道、輸油地下管道等地下工程建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越多。在越江穿河工程中，一般由于隧道埋深較大，地層透水性較強(qiáng)，水壓較高而選用泥水盾構(gòu)。由于江底、河底、海底多為沖洪積形成的砂卵石地層和軟硬不均的互層，作為盾構(gòu)機(jī)上承擔(dān)掘進(jìn)功能的刀具磨損會(huì)很快，在施工中需經(jīng)常檢查、維修保養(yǎng)和更換刀具。中鐵**集團(tuán)有限公司針對(duì)南京長(zhǎng)江隧道盾構(gòu)段主要穿越地層為粘土層、粉細(xì)砂、礫砂和圓礫復(fù)合地層，在礫砂和圓礫復(fù)合地層刀具的磨損比較嚴(yán)重，且由于盾構(gòu)在長(zhǎng)江底進(jìn)行掘進(jìn)，埋深大，水
2、壓高，開(kāi)挖面土體自穩(wěn)性差，高壓進(jìn)倉(cāng)換刀風(fēng)險(xiǎn)很大的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行研究，在總結(jié)超大直徑盾構(gòu)常壓換刀施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，形成該工法。經(jīng)教育部科技查新工作站查新，查新結(jié)果：本課題針對(duì)長(zhǎng)江南京段以松散、稍密~中密的粉砂為主的高透水性江中地層，其最大水壓達(dá)到7.0kg/cm2(即相當(dāng)于70cm水頭壓力)，開(kāi)挖直徑達(dá)14.96m，距離超過(guò)3km等現(xiàn)象，擬通過(guò)調(diào)研、理論分析、實(shí)物試驗(yàn)、模型試驗(yàn)、三維數(shù)值可視化仿真模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等手段，研究盾構(gòu)法穿越長(zhǎng)江隧道建造的一系列關(guān)鍵技術(shù)及其施工風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估體系和健康監(jiān)測(cè)體系，上述內(nèi)容尚未見(jiàn)有公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道。2010年9月9日通過(guò)了中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)全國(guó)建筑業(yè)新技術(shù)應(yīng)用示范工程
3、成果評(píng)審，評(píng)審意見(jiàn)：“超大直徑盾構(gòu)隧道常壓下盾構(gòu)刀具更換”技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。該工法應(yīng)分別應(yīng)用于南京長(zhǎng)江隧道工程左、右線盾構(gòu)隧道江中段，推廣應(yīng)用成績(jī)顯著。2、工法特點(diǎn)常壓換刀作為盾構(gòu)施工中一種新型的換刀工藝，其主要特點(diǎn)如下：2.0.1安全性高。整個(gè)換刀工作處在常壓下，相比帶壓進(jìn)倉(cāng)、對(duì)開(kāi)挖面前方土體進(jìn)行加固后，常壓進(jìn)倉(cāng)作業(yè)條件好，安全性高。2.0.2工期短。常壓換刀，平均2小時(shí)更換一把刀，一次停機(jī)換刀只需要2～3天時(shí)間，相比帶壓進(jìn)倉(cāng)作業(yè)每次進(jìn)倉(cāng)只能工作1.5小時(shí)，出倉(cāng)減壓需要3～4小時(shí)，每次刀具更換約需要12～15天，常壓換刀相對(duì)高壓換刀效率提高了4~5倍。2.0.3施工成本降低。高壓換刀
4、每次高濃泥漿制備需要30萬(wàn)元，專業(yè)潛水人員作業(yè)費(fèi)用85萬(wàn)元。常壓換刀每次泥漿費(fèi)用5000元以下，換刀人員每次換刀作業(yè)特殊作業(yè)津貼1萬(wàn)元，施工成本明顯減少。2.0.4環(huán)境影響小。壓換刀施工不占用地表，不對(duì)地面交通及周圍環(huán)境造成影響。3、適用范圍本工法適用于大直徑的長(zhǎng)距離越江穿河隧道工程中高水壓、砂卵石地層下的盾構(gòu)刀盤主臂內(nèi)配有可常壓更換刀具設(shè)計(jì)的泥水盾構(gòu)工程。4、工藝原理刀盤由6個(gè)輻臂和6塊可焊接塊組成，其中6個(gè)輻臂采用空心體形式，根據(jù)刀盤刀具分布位置不同，將部分刀座采用背裝式，使這部分刀座上的刀具切削軌跡覆蓋整個(gè)刀盤面。背裝式刀具刀腔內(nèi)設(shè)置閘板，人員可直接進(jìn)入輻臂內(nèi)，從刀腔內(nèi)抽出刀具，然后
5、關(guān)閉刀腔閘板，將刀盤前方高壓倉(cāng)與刀臂常壓倉(cāng)隔開(kāi)，待檢查更換新刀具后，打開(kāi)閘板，裝回刀具，實(shí)現(xiàn)常壓更換刀具。如圖4.1可更換刀具示意圖。圖4.1可更換刀具示意圖5、施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1刀具更換工藝流程圖刀具更換流程，見(jiàn)圖：5.1刀具更換工藝流程圖5.2刀盤、刀具介紹刀具的種類和數(shù)量：可更換刮刀71把，固定刮刀118把，先行齒刀16把，螺栓式鏟刀12把，焊接式鏟刀6把，仿形刀2把，共225把刀具，其中10把刀具設(shè)有磨損檢測(cè)裝置。刀具的軌跡：每把刀的軌跡如下表所示，7把中心刀軌跡間隔230mm，8#-35#正面刀軌跡間隔200mm,36#和37#刀軌跡間隔170mm，37#和38#軌跡間
6、隔70mm。從刀具軌跡表可以看出，刀具隨著半徑方向的增大而增多、加密，這是由于外圈的線速度總是大于內(nèi)圈，更容易造成磨損?？筛鼡Q刀具的軌跡覆蓋了整個(gè)開(kāi)挖面，刀盤刀具配置見(jiàn)表5.2和圖5.2-1。是提高開(kāi)挖倉(cāng)泥漿比重、粘度換刀準(zhǔn)備工作開(kāi)倉(cāng)刀具拆除關(guān)閉閘門刀具檢查刀具磨損刀具更換、安裝否圖5.1刀具更換工藝流程圖表5.2刀盤刀具配置表軌跡線半徑小計(jì)中心1#主臂2#主臂3#主臂4#主臂5#主臂6#主臂111511 234511 357511 480511 5103511 6126531
7、 117149551 11 11 816956 11 11 1191895611 11 11 1020956 11 11 11112295611 11 11 1224956 11 11 11132695611 11 11 1428956 11 11 11153095611 11 11 1632956 11 11 11173495611 11
