大直径泥水平衡盾构全断面砂性土层刀具磨损检查及换刀

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1、大直径泥水平衡盾构全断面砂性土层刀具磨损检查及换刀谈晓亮（上海隧道工程有限公司，上海，200232）【摘要】泥水平衡盾构和硬岩盾构在设备性能有很大的区别，所以带压换刀工艺也不同。上海虹梅南路隧道因刀盘扭矩骤增并频繁跳停，故停止推进，开仓检查，发现超过半数以上的正面刮刀和周边刀具均受到不同程度的磨损。后续针对刀具磨损情况制定了换刀方案，换刀完成后扭矩恢复正常，盾构可以继续正常推进。文章以上海虹梅南路隧道为例，着重讨论泥水气压平衡盾构在砂性软土地层中刀具磨损检查和带压换刀工艺，希望能对今后的类似工程有所

2、借鉴。【关键词】大直径泥水平衡盾构；刀具磨损计算和检测；正面支护；带压换刀1、前言随着城市快速交通的不断发展，盾构法施工作为最安全，最有效的施工工艺,在城市公路隧道施工中得到广泛的应用。通常而言，在软土地层施工中，盾构刀具会受到正常的磨损，这不会对隧道的开挖掘进造成较大的影响；然而，在长距离软土地层施工过程中会遭遇一些复杂地层，造成盾构刀具的异常受损。所以在软土地层的刀具磨损检查和换刀对保护盾构设备及隧道的正常施工起到至关的作用。文章将以上海虹梅南路隧道为例，着重讨论泥水气压平衡盾构在砂性软土地层中

3、刀具磨损检查和带压换刀工艺。2、工程概况上海市虹梅南路隧道是连接闵行区和奉贤区一条大直径越江隧道，盾构段隧道全长3391m,先由1台Φ14.93m海瑞克气泥水平衡盾构从奉贤段工作井出洞进行西线隧道施工。虹梅南路东线隧道在推进至1118环时，盾构因刀盘扭矩骤增并频繁跳停，故停止推进。盾构停机处的顶覆土接近43m,切口水压设定为5.15bar0东线盾构自950环起进入全断面7#土层(粉质砂土及细粉砂)，自从进入该土层后推进过程中，刀盘的扭矩不断上升；在推进速度逐渐降低后，刀盘的总推力也达到过了1

4、40000kN,刀盘跳停频率有所增加。盾构穿越砂性土层具体情况以及停机换刀所处的位置具体见图1,虹梅南路隧道穿越砂层施工参数变化图见图2。在盾构停机后进行了开仓检查。3、刀具磨损检查在刀具严重缺损的情况下，刀盘扭矩会出现较大的提升，刀盘为了自我保护会频繁跳停，否则会影响到刀盘主轴的安全；同吋，频繁启闭刀盘会对驱动设备会造成很大的伤害。如不及时更换磨损刀具会造成盾构机刀盘重要部件的损毁,最终导致隧道长期无法恢复掘进施工。3.1刀具简介这台Φ14.93m的泥水平衡盾构主要配置了刮刀和铲刀，具体形

5、式及分布图具体见图3o3.2刀具磨损的检测根据刀具磨损的理论规律并结合现场实际检查情况，我们发现刀具的磨损严重程度会随着开挖半径的增大逐级递增，越靠近开挖外周的刀具磨损越严重。刀具磨损主要通过以下2种技术进行检测。(1)刀盘磨损预警装置通常对刀具磨损的预警，刀盘设计上都考虑设置了磨损监测装置。液压磨损监测系统由分布在刀盘钢结构上的单个的测量点(传感器)组成。每个传感器由一个传感器螺栓和一个焊接式的传感器螺栓保持架组成，具体见图4o当传感器螺栓被前方的正常磨损磨穿后，监测系统内的液压油就会流失。压力传

6、感器会检测到系统中的压力降，并输出警告信号。一旦发生报警可及吋停止施工，根据磨损装置提供的数据进行分析，制定修复方案。(2)施工参数异常施工参数的异常波动是发现刀具磨损的主要依据。如刀盘扭矩经常出现人幅的波动，甚至因扭矩过大导致刀盘跳停，则应立即停止推进进行故障排查，如排除非设备原因造成的扭矩变化，则有理由怀疑刀具磨损。当同时发生扭矩异常变化和刀盘磨损检测装置报警吋应可以肯定的判断刀具存在磨损，须检查刀具磨损情况，更换刀具后再恢复推进。3.3刀具磨损形式刀具磨损一般分为常规磨损和非正常磨损，以下以虹

7、梅南路隧道德国海瑞克公司设计的泥水平衡盾构刀具为例。3.3.1正常磨损磨损大致分为几种状态：1、正常磨损；2、极端磨损，针对以上2种磨损情况对盾构掘进可能造成的影响如下，具体如图5所示。图6所示周边的刮刀的磨损情况是对称和均匀的，两侧磨损量比较接近,这种磨损即属于正常磨损。3.3.2非正常磨损1）崩断由于地勘无法非常详细的地下不明物体全部探明，所以在遇到地下不明障碍物吋造成刀具产生过大的集中应力，强行崩裂，如抛石，暗桩等。2）刀具脱落由于安装刀具时螺栓的紧固质量或者刀刃的焊接质量缺陷，造成刀具在受外

8、力时刀座整体脫落或者刀刃掉落。图7所示铲刀到头有明显的崩裂迹象，可能和切削到地下不明障碍物有关，如未清除的桩基、管线井，在切削到此类障碍物后会刀头产生较大的集中应力而导致崩裂，3.4刀具检查情况盾构开仓后对相应范围内的刀具进行了逐一的检查，并根据刀具磨损程度进行了统计和分类。虹梅南路隧道开仓检查情况具体检查结果见图8和表K根据开仓检查情况发现中心区域以外的刀具磨损较为严重，而靠近中心区域刀具比较良好，即符合之前刀具磨损规律。最终依据汇总情况制定换刀方案，决定将外周圈所