地铁盾构常压开仓换刀施工技术

盾构法施工的昆明地铁首期工程常压开仓换刀施工技术摘要:介绍昆明地铁首期工程B1标小王家营站至呈贡北站地下区间常压开仓换刀的施工技术。总结了常压开仓换刀的地质选择和换刀流程及换刀过程中的注意事项。为今后类似施工提供实践经验。

关键词：地铁 盾构 常压 换刀 施工技术 一、 概述

随着地铁建设规模的不断扩大，盾构施工技术得到越来越广泛的应用。

由于受地层条件及刀具耐磨的影响，盾构机在掘进隧道施工到一定工程量后，刀具将会磨损，如果不及时进行换刀处理而继续掘进，轻则无法保证正常的掘进速度，重则会使盾构机无法掘进施工，甚至影响盾构机的寿命。因此，盾构机在施工过程进行开仓换刀是必要的工作。根据地质的情况，可采用带压换也和不带压换刀两种换刀方式。在不带压的情况下进行开仓换刀，只能在地层比较稳定、无大量地下水涌出、无有毒气体存在的情况下才能进行，否则容易造成安全事故，因此对盾构机开仓换刀的地层条件的选择和换刀的技术流程的制定就显得十分重要。

二、工程概况

昆明市轨道交通首期工程一（B）标工程位于小王家营站～呈贡北站地下区间段，起讫里程为右ICK30+773.000～右ICK33+694.203，全长2921.203m。区间主要穿越的地层为全风化泥质粉砂岩层、黏土层、淤泥质粘土层、粉质粘土层、粉土层，

工程采用德国海瑞克公司制造的土压平衡式盾构机施工，盾构机外径6.480m，盾构管片外径6.2m，内径5.5m，厚度350mm，管片环宽1.2m，分块数为6块，衬砌环纵、环缝采用环螺栓连接。

三、开仓地质段的选择

根据隧道地质报告的描述，初步决定在盾构机掘进至750环左右时可以进行换刀工作。此段地层为强中风化粉砂岩，其中盾构机刀盘顶部为(7)2-1号地层强风化带，承载力为350kPa，刀盘及以下位置为(7)2-2号地层弱风化带，承载力

为400kPa。更据地质报告的描述，此段地层硬度高自稳性强，天然含水量小，适合在开敞的条件下对刀具进行更换。

四、换刀前的准备工作

1、总体规划：在盾构始发后的日常工作中加强对施工区段地质情况的了解，并与地质情况报告相对比，看实际的地质是否与地质报告中所描述的地质情况相符合，充分估计特殊地段对刀具的破坏程度，同时根据实际的地质情况，制定刀具及刀具配件的采购计划。

2、成立换刀工作领导小组：根据总体规划的情况，适时成立换刀领导小组，负责换刀的总体工作进行部署；

3、设备物资的准备：设备与材料的准备，是实现快速换刀的基本保证，从而减少土体开挖面在外暴露的时间。在确保常用设备（机具）、材料到位的情况下，优先使用更为先进的工具，同时对可能在使用过程中损坏的设备、工具要确保损坏后立即有备用的。

4、保证盾构机各项性能完好：在日常做好盾构机日常维修保养的情况下，加强对换刀过程中需要用到的系统的维护保养，如刀盘旋转液压系统、电气系统、通风系统、循环水系统、污水排出系统、压气系统、双轨梁、管片拼装机、后配套系统，从而保证换刀工作的顺利进行；

5、成立换刀工作小组、应急救援小组、地表监测小组及后勤保障小组 （1）换刀领导小组在确定换刀的时间后，组织成立换刀工作小组，小组的成员主要分为隧道内外总指挥人员、换刀操作人员、配合换刀人员和机动人员，并对相应人员的工作内容进行详细的分工；

（2）成立应急救援小组，负责处理换刀过程中出现的突发情况，并与附近的医院保证24小时能随时联系；

（3）成立地表监测小组：对在换刀过程中地表变化的情况时时监控，并随时向换刀工作总负责人汇报；

（4）成立后勤保障小组：对相对来说时间比较长的换刀工作提供有力的后勤保障。

6、人员培训：组织换刀工作小组的成员进行相应的岗前培训，对正常换刀过程中各自的工作内容进行详细的交待。尤其是进仓作业的人员，必须经过专门的培训，并做好相应的《安全技术交底》。

7、开仓审批：开仓的技术方案经过工程部与机物部讨论，由机电总工程师和土木总工程师确认，并报项目经理、业主和监理总工审批同意后，方可开仓。

五、开仓换刀工作的流程

1、根据刀具的更换方案，做好设备、材料的准备，在准备开仓的前安排有较强经验的操作司机进行操作，同时刀具更换负责工程师加强与操作司机的沟通，确定准确的开仓地点和时间；并将所准备好的设备、材料、工具等运至相应的位置；

2、开仓前不加泡沫和水推进300mm左右，切削下开仓前已经被水和泡沫渗透的土体，并将土仓内的土尽量出空。同时在出土过程中注意观察土仓的压力变化，以判断土体的自稳性。在保证土体自稳性没问题时，才进行下一步的工作；

3、打开土仓壁上方的两个球阀，利用粗细15mm 左右的钢筋向土仓内插入，根据插入的情况判断凝固土体的情况，同时使用有毒气体检测仪伸入土仓，检测有毒气体的含量，并做好记录。如有毒气体含量超标，可向土仓内加入压缩空气进行稀释并通球阀向外排出，同时保证通风机的运转，从隧道外引入新鲜的空气。然后再将土仓壁上的球阀，由上而下用同样的方法检查水位情况，同时要保证下部的球阀在整个换刀过程中保持排水通畅。在检查有毒气体含量在允许范围内、土仓内水位只有1m以下的情况下才可以进入人闸准备打开土仓仓门；

气体检测含量标准

气体种类 含量标准 O2 不小于20% CH4 体积小于0.5% CO 不大于30mg/m 3CO2 体积小于0.5% 4、打开仓门时，先松开仓门全部螺丝2至3牙，观察有无泥水从门缝间渗入人闸，若没有泥水渗入，再继续松开螺丝，最住最后的3～4牙，撬动门架使门架有所移动，若无泥水土涌入，再旋下所有螺栓，打开仓门。向土仓内通压缩空气约10分钟，用有毒气体检测仪检测土仓内的有毒气体含量，不超标的情况下铲除门口泥土，将照明引入，观察土仓内积土及泥水渗入情况，然后人员进入

土仓，留1人在门口监护。

5、人员进入土仓后先把土仓上面附积的泥土铲刮到土仓底部，然后用水冲洗刀座至全部露出钢板及刀座架上的刀具及螺栓。并清理刀具，使之不给土体包裹,以便于刀具的更换；

6、选择最佳的刀具更换位置，在土仓内焊接刀具的吊耳，以便于更换刀具过程中刀具的水平运输，在焊接过程中和焊接完毕后保持向土仓内通入压缩空气。使焊接过程中产生的烟尘很快排出；

7、再一次检测有毒气体的含量，在不超标的情况下换刀操作人员将刀盘转至刀具更换位置，进入土仓内进行刀具的拆卸和更换。同时配合人员将刀具运至人闸仓内准备，并将拆下的刀具运送出洞外；

8、值班工程师在值班过程中收集并做好进仓作业的各种记录。填写《刀具磨损情况及更换记录表》，主要包括刀具编号、刀具类型、刀具磨损量、更换原因、更换刀具类型、更换时间和更换人等，并安排人员对拆下的刀具编号，以便事后分析刀具磨损原因，为以后的刀具选型提供依据；

六、换刀工作中的几个注意事项：

1、进入土仓工作的人员一定要配戴好安全帽、安全带、安全绳等防护用品； 2、土仓内有人员工作时，除操作室内有人员值班外，一定要按下刀盘急停按钮，以防止误操作引发事故；

3、需要旋转刀盘时，土仓内的人员必须全部撤离土仓后才允许旋转刀盘； 4、有毒气体的检测工作除了工作内容更改时进行检测外，在正常换刀过程中每间隔一个小时要测一次，并做好相关的记录；

5、刀具在土仓内水平运输时，绝不允许操作人员站在正在运输的刀具下方； 6、刀具的吊装和定位必须使用抓紧钳等吊装工具。所有用于吊装刀具的吊具和工具都必须经过严格检查。

结束语：昆明轨道交通首期工程一（B）标分别于2010年10月23日和2010年11月29日进行了常压开他换刀工作，根据地质段的选择和换刀流程的严格控制，两台盾构机均在开仓36小时之内圆满完成了换刀的工作。为相应地层的换刀工作积累了丰富的施工经验。

运送刀具进入人闸仓

运送刀具进入人闸仓

运送刀具进入土仓