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南宁轨道交通2号线9标苏芦盾构工区盾构操作培训 第二章盾构操作 第三章掘进技术 第一章盾构机 盾构培训 第一章盾构机 一 盾构分类二 盾构施工三 中铁号盾构主机结构四 螺旋输送机五 管片安装机六 后配套七 辅助设备八 导向系统 一 盾构分类 全敞开式 手掘式 半掘式 机械式半敞开式 挤压式 网格式 密闭式 泥水式 土压式 二 盾构施工 定义 使用盾构在地下掘进 边保持掌子面稳定边在机内安全地进行开挖作业和衬砌作业 从而构成隧道的施工方法 三要素 稳定工作面 气压 土压等开挖 人工开挖 半机械化开挖 刀盘支护 压缩砼 管片 盾构是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备 它集和了盾构施工过程中的开挖 出土 支护 注浆 导向等全部的功能 目前 盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被广泛使用 其优点如下 1不受地面交通 河道 航运 季节 气候等条件的影响 2能够经济合理地保证隧道安全施工 3盾构的掘进 出土 衬砌 拼装等可实行自动化 智能化和施工运输控制信息化 4掘进速度较快 效率较高 施工劳动强度较低 地面环境不受盾构施工的干扰 其缺点为 1 盾构机械造价较高 2在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大 3隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大 4设备的转移 运输 安装及场地布置等较复杂 盾构施工优缺点 土压平衡盾构的原理及系统组成 原理系统组成开挖系统出碴系统管片安装系统注浆系统动力与控制系统后配套系统 导向系统辅助系统 中铁号总体结构图 中铁号盾构机主机结构 中铁号盾构机主机结构 1 刀盘 2 前体 2 前体 3 中体 4 盾尾 4 盾尾 盾尾密封同步注浆孔 5 人员舱 四 螺旋输送机 规格 直径 长度 800 12746mm最大通过粒径 290 560mm最大出渣能力446m3 h 五 管片安装机 六 后背套 管片小车管片吊机连接桥拖车 七 辅助系统 泡沫系统注浆系统 八 导向系统 VMT导向系统自动测量盾构机当前位置 实时提供盾构姿态 是主司机控制掘进方向的依据 第二章盾构操作 一 安全事项二 面板说明三 主机操作四 管片安装五 注浆 一 安全事项 以下安全事项都是为了认识和避免危险状况的发生 适用于人员的安全和设备的保护 任何和盾构操作有关的人员应严格遵守 1 对操作者的要求2 安全保障设备3 危险区域 1 对操作者的要求 身体健康 有责任心 经过专业培训 经过操作培训 经过安全知识培训 遵守安全规定 2 安全保障设备 紧急状态停止按钮警示灯 警报器紧急照明防火设备气体测定联络系统 3 危险区域 土仓人员舱管片吊运 安装区域碴土运输区域液压高压作业区高电压区域 二 面板和上位机说明 要掌握盾构主机的操作必须熟悉盾构的操作面版 只有充分的了解盾构主操作面版 并且详细学习盾构的相关操作知识后才能真正的掌握盾构的操作技术 循环泵超挖刀泵主驱动1冷却水泵增压泵主区动2润滑油脂泵 多点泵 污水泵主区动3齿轮油泵通风机螺旋输送机HBW 主轴承密封油脂 辅助泵推进泵控制泵刀盘补油泵管片安装机铰接泵螺机补油泵注浆泵 该界面显示了盾构机各个功能系统所有的运行参数 包括铰接系统 注浆系统 推进系统 螺旋输送机系统 主驱动系统 刀盘检测 部分膨润土参数等 1 提高土壤的工作性能 使土壤形成塑性变形 以提供均匀可控的支撑压力使工作面稳定 2 减少渗漏 加强工作面的密封性 3 降低内磨擦力 减少土壤在刀盘 运输机 运输带的磨损 降低能耗 4 降低土体的黏度 防止堵塞发生 5 在岩土隧道及矿山施工中起抑制粉尘作用 发泡剂的使用量主要取决于三个参数 稀释液浓度 x 发泡倍率 FER 注入率 FIR 稀释液浓度 x 稀释液中所含发泡剂原液的比例 一般取值为2 5 发泡倍率FER 泡沫体积 稀释液体积一般取值为8 15注入率FIR 泡沫注入量 开挖土方量一般取值为5 65 不同地层中泡沫的使用量 该界面主要实现盾壳膨润土 盾尾密封 盾尾密封前部后部压力显示 界面中的控制按钮与实物按钮类似 按下后显示为绿色时表明处于启动状 盾尾密封与油脂供脂 在盾尾与管片之前存在30mm 40mm的间隙 为了防止外部的泥浆和水通过间隙进入盾构机内部 在盾尾和管片之间有三道钢丝刷 在钢丝刷之间注入盾尾密封油脂使之密封又能相对运动 主控室本地控制 三 主机操作 1 操作人员要求2 系统参数设定3 开机准备4 开机5 掘进开始6 掘进中的操作7 掘进结束8 盾构操作原则9 掘进基本参数10 联锁保护 1 操作人员要求 盾构操作人员是掘进施工的核心 必须具有极强的责任心 盾构操作人员必须经过专业培训 盾构机操作人员必须经过安全培训 2 系统参数设定 a 泡沫系统参数设定b 报警温度设定c 盾构状态参数设定d 盾尾密封油脂参数设定e 注浆压力值设定 a 泡沫系统参数设定 应根据工程地质的具体情况设定泡沫的比例泡沫剂的发生率等参数应根据泡沫剂供货商的要求设定 若泡沫参数在调试时设定完成后不经同意不能更改 半自动模式下 设定泡沫发生率 泡沫流量自动模式下 设定百分比手动模式下 根据实际掘进情况调整气 液流量 b 报警温度设定 各液压系统的报警温度调试时已经设定好 严禁随意更改报警温度 c 盾构状态参数设定 刀盘最小转速 当刀盘小于此转速时推进系统不能工作 主驱动最大工作压力 当达到此压力时刀盘自动停止转动 刀盘脱困时设定得高一些 超挖刀伸出角度和缩回角度 由土木工程师确定 铰接油缸最小和最大行程 当达到最小行程时盾构掘进自动停止 铰接油缸应放松 当达到最大行程时 铰接油缸应收回 螺旋输送机后门的最小开度 螺旋输送机的最大工作压力 当达到此压力时螺旋输送机停止工作 d 注浆压力值设定 在土木工程师的要求下设定注浆系统的起始压力及终止压力 3 开机准备 开机前主要检查风 水 电 液 出碴系统以及盾构的状态和参数 检查空压机运行是否正常 压缩空气管路是否泄漏 检查隧道通风是否正常 检查延伸水管 电缆是否正常 拖行区域是否畅通 检查循环水压力 温度是否正常 检查电压是否正常 检查滤清器是否正常 PLC中是否有报警 检查油箱油位是否正常 3 开机准备 检查皮带机 皮带是否正常 检查碴车是否已准备就绪 检查油脂准备是否充足 检查泡沫剂准备是否充足 检查注浆系统是否已准备好并运行正常 检查后配套轨道是否正常 3 开机准备 检查盾构操作面板状态 螺旋输送机前门开启 螺杆伸出 管片安装按钮应无效 无其它报警指示 检查VMT导向系统工作是否正常 盾构掘进所需要的相关参数 如掘进模式 土仓压力 线路数据 注浆压力等 记录有关盾构掘进的参数 若需要则根据土木工程师和机械工程师的指令修改盾构机参数 根据工程要求选择盾尾油脂密封的控制模式 即选择采用行程控制还是采用压力控制模式 4 开机 检查是否存在当前错误报警 若有 首先处理 将面版的螺旋输送机转速调节旋扭 刀盘转速调节旋扭 盾构机推进速度旋扭等调至最小位 启动冷却水泵 循环泵 并注意泵启动时声音及振动等是否正常 以下各个泵启动时均需注意其启动情况 启动润滑脂泵 齿轮油泵 启动补油泵 控制油泵 5 掘进 启动皮带机启动刀盘选择刀盘的转速档位 根据VMT显示的盾构自转状态选择刀盘转向 按下刀盘启动按扭 并慢慢调节刀盘转速旋钮 使刀盘转速逐渐增大 并稳定工作 严禁旋转旋钮过快 以免造成过大液压冲击 注意主驱动压力变化 若刀盘停转 先把电位计旋钮旋至最小再重新启动 5 掘进 启动螺旋输送机慢慢开启螺旋输送机的后仓门启动螺旋输送机 并逐渐增大螺旋输送机的转速选择手动或半自动方式启动泡沫系统按下推进按钮开始掘进 并根据VMT屏幕上指示的盾构机姿态调整四组油缸的压力至适当的值 并逐渐增大推进系统的整体推进速度 6 掘进中的操作 掘进时应有一人随时巡检盾构机各种设备的状态 如泵站噪声情况 液压系统管路是否渗漏 油脂及泡沫系统原料是否充足 轨道是否畅通 注浆是否正常等主司机应时刻监视螺旋输送机的出渣情况 根据VMT调整盾构的姿态a 土仓压力调整b 掘进方向控制c 盾构自转的调整d 铰接油缸操作e 超挖刀的操作f 泡沫系统操作g 盾尾油脂密封操作 a 土仓压力调整 如果开挖地层自稳性好采用敞开式掘进 不用调整压力 地层有一定的自稳性而采用半敞开式掘进 则注意调节螺旋输送机的转速 使土仓内保持一定的渣土量 一般约保持2 3左右的渣土 根据指令控制土压 地层稳定性不好或有较大的地下水时 采用土压平衡模式 此时需根据地层的差异来保持不同的土压 具体压力值由土木工程师决定 但最大土压值不能大于3bar 否则有可能损坏主轴承密封 a 土仓压力调整 若土压过大时可采取以下措施来降低 增加螺旋输送机的转速 加快出渣速度适当降低推进油缸的推力降低泡沫和空气的注入量适当的排出一定量的空气或水若压力过小时可采取以下措施来增大 降低螺旋输送机的转速 降低出渣速度适当增大推进油缸的推力加大泡沫和空气的注入量 a 土仓压力调整 土压是通过几种方法的综合运用来调整的 需要综合考虑对施工的影响 如掘进速度 管片保护以及是否会发生喷涌等 一般有以下几种影响 长时间降低螺旋输送机转速 可能使掘进速度下降 过量注入泡沫可能发生喷涌 过少则刀盘扭矩增加 推进力过大有可能损坏管片 过小则无法正常掘进 b 掘进方向控制 掘进方向是通过控制推进油缸的推力来进行调节的 调节各组推进油缸推力的影响是 左侧大于右侧 盾构自左向右摆 下侧大于上侧 盾构自下向上摆 依次类推 为保证铰接密封 盾尾密封工作良好 以及保护管片 在调向的过程中不能有太大的趋势 一般在VMT上显示的趋势值 trend 不应大于10 大多情况下 盾构应保持稍向上的趋势 以防止盾构因自重而产生低头现象 在软硬不均的地层中 盾构会向软的地层偏转 此时要不断调整各组油缸的推力 控制好掘进的方向 c 盾构自转的调整 当盾构在较硬的地层掘进 或盾构本身震动大时 盾构自转比较严重为保证掘进过程中管片良好的受力状态 盾体在VMT上显示的转动值不应大于10 滚动角 可调节刀盘的转向来控制盾体的自转 改变盾构刀盘转向按以下操作 先停止掘进 将刀盘转速调至零 停止刀盘 重新选择刀盘转向 启动刀盘 并逐渐增大刀盘转速 d 超挖刀的操作 当盾构在转弯半径小的曲线上时 有可能用到超挖刀 使用超挖刀时 先启动超挖刀泵 然后选择超挖刀超挖的角度 即可按照预先设定的值进行工作 停止时先选择手动位 把超挖刀缩回 然后再停止超挖刀泵 e 泡沫系统操作 泡沫系统有三种操作模式 即自动 半自动 手动当地质条件比较理想时可以采用半自动模式 在掘进不顺畅或是地质条件不好的时候应采用手动模式 操作司机根据盾构机综合参数如刀盘扭矩 土压及出碴情况等 可对泡沫剂和空气的流量进行手动调节 当掘进结束时停止泡沫系统 f 盾尾油脂密封操作 一般情况下进行自动注脂当盾尾油脂密封在手动位时 可以对各个位置的注脂点进行有选择性的手动注脂在注浆压力大 地层水压大的情况下 有时需要用手动方式加强注脂 7 掘进结束 当掘进结束时 按以下顺序停止掘进 停止注入泡沫 水 空气停止推进 注意按要求保持停机时的土压 逐步降低螺旋输送机的转速至零 停止螺旋输送机关闭螺旋输送机后仓门停止皮带机 7 掘进结束 若刀盘扭矩较大 则可持续转动刀盘 在扭矩降低至一定程度时 减小刀盘转速至零 停止刀盘 这样有利于下次刀盘启动若马上安装管片 可以暂不关闭推进泵和辅助泵 并启动管片安装机泵 按下管片安装按钮依次停止主驱动泵 螺旋输送机泵 补油泵 控制泵 润滑脂泵 齿轮油泵 主轴承注脂泵 盾尾密封通知有关人员进行下一工序的工作 8 盾构操作原则 为保证质量和安全 必须做到 注浆不能保证时不能掘进 没有方向测量时不能掘进 严格执行土木工程师提出的土压指令 控制每个掘进循环的出土量 出土量突现异常时要马上报告 及时分析处理 严格执行盾构的各种安全操作规程非操作人员严禁操作盾构 四 管片安装 1 管片说明2 管片选型3 管片安装 1 管片说明 管片分为标准环 P 左转弯环 L 右转弯环 R 三种类型如图右所示 每环管片由6 3 2 1 块组成管片有错缝 通缝两种拼装方式 采用螺栓连接 1 管片说明 转弯环左右宽度最大差距为38mm为了调节隧道的方向 安装转弯环时 需要把K块安装在不同的位置 K块共有10个安装点位 对应不同点位 两种转弯环对隧道的调整方向各不相同 2管片选型 盾构推进过程中 依靠推进油缸不断向前推进 为便于轴线控制 将推进油缸设置分成不同区域 在切口土压正确设定的前提下 应严格控制各区域油压 同时控制推进油缸的行程 合理纠偏 做到勤纠 减小单次纠偏量 实现盾构沿设计轴线方向推进 设计轴线控制范围 平面控制 100mm 高程控制 100mm 本工程采用标准环 楔形管片作为隧道衬砌 楔形环不同的旋转位置 将产生不同的上 下 左 右超前量 通过不同位置管片的拼装 实现对隧道轴线的拟合 因此拼装前管片的选型至关重要 选择正确的管片旋转角度 能保证拼装工作的顺利进行提高拼装质量 保证构筑隧道符合设计轴线 另外 盾构推进施工中 成环管片作为盾构推进后座 对盾构推进起到一种导向作用 为此 在盾构推进尤其是曲线推进时 应通过严格的计算和量测来确定管片的超前量 同时应用盾构本身导向系统综合系统 合理选取管片旋转位置 以达到管片相应的超前量 使管片环面始终垂直于设计轴线 2管片选型 根据隧道中线的平曲线和竖曲线的走向 管片分为标准环 左转弯 右转弯三类 直线上选标准环 左转曲线上选左转环 右转曲线上选右转环 其中转弯环数量的计算公式如下 2 arctg D 式中 转弯环的偏转角 转弯环的最大楔型量的一半 18mmD 管片直径 6700mm根据圆心角的计算公式 180L R 式中 L 线路中心线的长度R 曲线半径 本区间最小为800m带入各个数值 最后得L 4 3m N 4 3 1 5 3环 即每两个标准环之后安装一环转弯环 3管片安装 1 安装机运动形式 2 注意事项 3 管片安装过程 4 安装机操作 1 管片安装机运动形式 管片安装机可在行走梁上往复运动 行程2m管片安装机的旋转架顺 逆时针方向转动 转动角度为190 200度伸缩油缸可独立伸缩安装头倾斜 运动范围 2 5度安装头水平转动 运动范围 2 5度抓取器抓取和释放管片 2 注意事项 安装管片时 安装区域无其它人员管片安装机下方不能有人司机必须经过专业培训 确认合格后才能上岗安装管片前要清理干静盾尾底部的碴土 以免损坏盾尾密封注意旋转架的运动范围抓取头收紧后 才能旋转安装机 联锁 推进油缸收回数量以适应一块管片安装空间为准 3 管片安装过程 清理工作现场的杂物尤其盾尾内的泥沙 启动管片安装机泵 推进油缸泵 辅助泵 移动安装机 抓取管片 收紧抓取头 3 管片安装过程 在确认管片已抓紧后 先收回伸缩油缸提起管片 再移动管片 使管片向安装位置移动 在快要到达安装位置时降低管片移动速度 缓慢的将管片往安装位置靠近 在安装到位后 插入管片连接螺栓 安装螺母并初步