盾构刀盘磨损及刀具更换.doc

15 刀具使用维护及更换15.1 一般规定15.1.1 北京地铁盾构隧道施工，多在粉细砂层、圆砾层及卵石层中进行，刀盘、刀具磨损较大，须对刀盘、刀具磨损的检测及更换等有充分的估计。15.1.2 在定购盾构机时，应充分考虑北京地层条件特点，确定盾构机的面板型式以及刀具配置等，以满足北京地铁盾构施工的需要。15.1.3 盾构施工前应根据地层的磨耗性、刀盘刀具类型及配置等制定刀具使用计划。15.1.4 盾构掘进施工前，应综合考虑地层条件，地面条件等因素，确定合理的可能换刀位置。15.1.5 施工中应使用泡沫、泥浆等添加材，并采取其它减磨、降矩措施，提高刀盘、刀具的寿命。15.1.6 刀盘、刀具的磨损与施工参数的选择、施工方法等密切相关，应充分考虑这些因素的影响，审慎施工。施工中应密切观察推力、扭矩、渣土性状、机体振动状态等，分析其原因，采取应对措施。15.1.7 应设定异常掘进的警戒推力及扭矩值，如遇异常情况，应立即停机检查。15.1.8 北京地铁盾构隧道施工中的刀盘、刀具磨损现象非常复杂，详细情况正在调查和研究中，随着调查研究的深入及施工经验的增多，将及时做补充修订。15.2 刀盘及刀具的选择15.2.1 刀头材质的选择1 刀具一般采用真空烧制的E5类钢材，对于有特殊耐磨要求的刀具宜采用耐磨能力是E5 两倍的所谓SINTERH1P真空烧制的E3类钢材。2 表面硬化的方法一般是堆焊耐磨材料，可采用碳化钨或高铬堆焊焊条，堆焊层硬度宜高于HRC60；3 采用超硬重型刀，刀具背面实施硬化堆焊。15.2.2 刀头种类及型状：1 主切削刀；其切入角度影响切削能力的发挥，应根据施工地层情况，选择切入角度；2 主超前刀（也称先行刀）：采用主超前刀，一般可显著增加切削土体的流动性，大大降低主切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少主切削刀的磨耗。3 鱼尾刀：为改善中心部位的切削和搅拌效果，宜在刀盘中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀。4 盘圈贝型刀：实质上是超前刀，在盾构机穿越砂卵石地层特别是大粒径砂卵石地层时宜采用。5 仿形刀：仿形刀的目的是盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削创造所需空间。15.2.3 刀具配置1 增加刀具的数量，即增加刀具的行数及每一行的刀具布设数量；2采用长、短刀并用法，即长刀具磨损后，短刀具开始接替长刀具磨损。其高低差一般为20mm30mm。3切削刀头的安装方法有销钉、螺栓及焊接等方法。预测需要更换时，须采用装卸容易的方法进行安装。15.2.4 在北京地层条件下，应加大刀盘开口率，减少切削土渣在刀盘空间的滞留时间，以保证土渣顺利进入土舱，减少刀盘、刀具的磨损。15.3 刀具磨损的预测及检测方法15.3.1 必须充分探讨刀头的耐磨耗性，事前预测磨耗量，制定切实可行的对策，以便施工能顺利进行。15.3.2 刀具磨耗量的预测最外圈的刀具磨耗量的推测值可按下式计算：KDNL/V （15.3.2.1）式中：磨耗量（mm）； K磨耗系数（mm/km）； D盾构机的外径（m）； N掘削的转数（rpm）； L刀具切削长度（km）；V掘进速度（m/min）。 磨耗系数K多选用由实践得出的如表15.3.2.1所示的数值，但目前北京地层条件下尚无可靠数据，此表的数据仅作为参考。 磨耗系数一览表 表15.3.2.1土质磨耗系数泥水式土压式淤泥粘土510-31210-3砂质土910-32310-3砂砾小砾1110-32610-3中砾1510-33910-3大砾1910-35210-315.3.3 磨耗检测：一般，判断刀头的磨损程度，是根据盾构记录的推进数据的变化，从土质和机械两方面进行综合判断。条件具备时并用辅助性磨耗探测装置，常用的磨耗探测装置有油压式、电气式、超声波式等。15.3.4 当经验不多，预计磨损严重时，可进行开舱检查。开舱检查必须在开挖面稳定的条件下进行。15.4 降低刀盘磨损的施工工艺及换刀标准15.4.1 选择合适的添加材改良材料(气泡、泥浆等)，并实施科学的施工管理，以降低刀盘刀具磨损；15.4.2 适当调整掘进速度及转速等；15.4.3 宜适时交替使用刀盘正、反转，并尽可能使正、反方向切削刀的切削长度相同。15.4.4 在自立性好的地段可以采用适当的减压施工措施。15.4.5 目前，刀具更换尚无统一的标准，作为参考值，一般磨损量达到25cm时须换刀。15.5 换刀作业（舱内）15.5.1 开舱换刀应尽可能在预定地点进行，并做好开舱前的所有准备工作。换刀作业不得已在隧道内进行时，必须进行化学加固、气压施工等辅助施工法，以确保开挖面稳定。为了施工安全、顺利地进行，应准备好应急措施。15.5.2 换刀作业应清扫刀头上粘附的砂土，设置脚支架，确认需要更换的刀头，运入工具、器材，进行换刀作业。并作好换刀记录。15.5.3 换刀作业程序1 首先要对所换刀具进行检查，看是否有损坏或裂痕，磨损是否严重。2 若确认需更换刀具，则在刀具运输过程中要注意，不应有严重碰撞及磨损。3 每次更换时，工作人员先将刀具周围的泥土清掉，保证有一定的工作空间。再用套筒及加力杆卸下固定螺栓，注意不要让螺栓掉到土舱下部。将换下的刀具递到人闸内，同时将固定螺栓和固定座用水清洗干净，还要检查一下是否有裂纹，如有裂纹必须更换新螺栓，以确保刀具有足够的固定强度。4 将新的刀具按原来的位置安装好，将固定螺栓拧紧。5 每次只能带一批刀具进舱，每批刀具换完后，把废刀具放进料闸内，与此同时操作手转动刀盘。工作人员把下一批刀具送入土舱内，再继续更换下一组刀具。6 每换完一批后，由值班机械工程师检查安装质量，看是否有漏掉的或者没有固定好的。机械工程师确认无误后方可继续作业。更换速度按实际情况定，必须以保证施工安全和安装质量为前提。7 在舱内刀具更换作业过程中，土建工程师应密切注意开挖面的土质情况和地层中地下水的状况。当开挖面有异常情况时，应立即组织工作人员退出土舱，关好舱门。8 在更换刀具过程中，所有的刀具都是通过旋松其固定螺栓进行拆卸，在更换刀具后要重新使用规定的紧固扭矩拧紧螺栓。15.5.4 换刀时的注意事项：1 根据刀具磨损情况来确定所需更换的部分刀具，不能随意更换某一部分，这样会造成新刀具的严重磨损，导致不必要的浪费，并且也不能达到要求的效果。2 每次卸下刀盘的连接螺栓后，一定要注意清洗，避免螺栓螺纹损坏。保证螺栓的安装强度。3 刀具卸下后，检查螺栓是否有裂纹，如有马上更换。4 整个焊接过程应注意舱内的通风，确保舱内工作人员新鲜空气的用量。5 因舱内环境潮湿闷热，焊工每班工作时间控制在4小时左右，保证焊工的工作效率和焊接质量，同时也保证人员的健康安全。6 材料进出应避免碰坏损伤，人行通道位置管路需进行保护。7 在一个循环的刀具更换完成后，机械工程师必须让所有人员撤离土舱进入人闸，待转完刀盘，观察开挖面无异常现象后，再继续进行检查、换刀作业。15.5.5 在刀具更换过程中如需焊接则应注意下列事项：1 根据机械工程师描绘的刀盘磨损情况，加工相应的焊接件，焊接件的材质必须与刀盘本体材质一致；2 焊接前对刀盘焊接面用丙酮液进行清理，局部残留体应用角磨机打磨平整，以保证焊接质量；焊接过程中应保证焊接件焊缝四周均匀一致；3 焊接件及焊缝四周用耐磨焊条加焊耐磨层；4 焊接完成后方可进行刀座的焊接和刀具的安装。15.6 盾构开舱作业15.6.1 应建立完善的开舱控制程序，严格开舱管理，确保开舱施工安全。15.6.2 开舱管理应遵循下列原则：1 合理制定开舱里程、地层预处理方案等开舱计划；2 开舱条件应安全、可靠；3 尽可能减少对地面环境影响；4 开舱作业应连续，快进、快出。15.6.3 开舱程序控制为使开舱作业有序地进行，应制定开舱作业程序，并建立相应的签认制度。1 开舱准备工作确认为保证开舱作业的连续、快速，必须做好充分的准备，准备工作包括预计更换刀具准备、开舱作业工具准备、洞内风水电准备等。准备工作由专人负责，完成后由相关工程师确认，机电总工程师审核；2 开舱位置确定根据开舱计划，必须在盾构到达既定里程后方可进行开舱作业。开舱位置由土木工程师确认，土木总工程师审核。通过签认后即可打开舱门；3 工程地质确认开舱后先按要求对土舱进行冷却与空气置换，然后由有经验的地质工程师判断工作面的地质条件，仔细观察后签署意见，并由土木总工程师进行审核确认。确认安全后其他人员方可进入土舱执行下一步作业；4 刀具检查与处理方案确定由具有刀具管理经验的机械工程师对刀具进行检查，做好记录，并由机电总工程师进行审核确认，制定刀具处理方案。由土木工程师对工作面稳定情况进行进一步判断后，决定是否可进行既定方案的刀具处理施工。进行刀具处理的过程中，必须有一名土木工程师不间断地对工作面稳定情况进行观察；5 刀盘清理及舱门关闭确认刀具处理完毕关闭舱门前对土舱及刀盘前方进行全面的检查，避免工具、杂物遗留在内。检查完毕由当班班长签认，负责机械工程师确认，确认后关闭舱门，舱门关闭情况由负责机械工程师确认，机电总工程师审核。完成后及时恢复掘进施工。15.6.5 安全保障措施与安全事故抢救1 开舱安全保障措施开舱作业必须在既定的位置进行，如果因施工需要必须在其他位置进行开舱作业时，必须充分分析并报业主及监理同意后，由项目经理及总工程师决定；开舱作业的一切准备工作必须提前做好，一旦开舱必须保证作业立即开始；开舱必须在掘进停止后立即进行。在作业过程中必须