超大直径泥水盾构机长距离掘进常压换刀具技术

述盾构机带压进仓换刀流程摘要：盾构机带压换刀危险性比较大，本文介绍了在深埋隧道的情况下带压换刀，采用带压换刀施工工艺及优点, 可供今后类似工程参考借鉴。

关键词：盾构；带压换刀；深埋隧道1.地质情况地质情况为砾砂，砾质粘性土、全风化粗粒花岗岩，地面无建筑物，无管线，埋深19.7米。

2.带压进仓准备工作（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研究，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[1]。

（2）成立开仓检查、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）带压进仓检查、更换刀具人员由掘进班、工程部、设物部、安质部人员组成，当班电瓶车司机、调车员负责材料、机具等供应。

（4）编制实施性盾构常压开仓检查、换刀安全专项施工方案、应急预案并且上报相关部门审批。

（5）进仓操作人员必须经过体检且持证上岗，体检单位出具体检结果符合有关规程要求。

（6）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）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要对可能在使用过程中损坏的设备、工具等有库存。

（8）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[2]。

（9）通过相关部门的同意后方可开仓。

（10）人仓操作员要按照要求做好施工记录。

张帅坤盾构机成为中国“争气机”作者：***来源：《中国新时代》2024年第06期16年前，张帅坤作为一名盾构司机，用的是进口“洋盾构”，处处被外国人“卡脖子”；如今，他带领团队自主研制的盾构机，不但占据了国内40%的市场份额，还出口到新加坡、韩国等国家，成为一张闪亮的高端装备大国名片。

每次走进世界最长海底高铁隧道——金塘海底隧道现场，中铁十四局甬舟铁路金塘海底隧道项目总机械师董冰都忍不住要仰头多看几眼“甬舟号”盾构机。

“未来一段时间，它要完成独头掘进4940米的重任，要下穿23根石油管线、地面建筑物、海堤、码头、主航道等42项风险源，要面对构造复杂的地层及海域环境。

施工复杂程度、难度和风险在世界范围内绝无仅有。

”在金塘海底隧道的另一端，是涂装“东海龙王”图案的“定海号”盾构机。

“定海号”盾构机130米的长度，14.57米的直径，与“甬舟号”犹如孪生。

金塘海底隧道也是在世界超大直径盾构施工中，首次采用两台盾构机相向掘进、在海底完成对接、在洞内完成盾构机拆解的施工方式。

根据规划，“甬舟号”“定海号”这两台14.57米超大直径盾构机分别从宁波、舟山两端相向掘进，最终以不超过20毫米的误差在海底实现精准对接，这让隧道开挖的每一米都几乎伴随着世界级难题的技术攻关。

这两台盾构机的研发带头人，正是铁建重工掘进机研究设计院副院长张帅坤。

16年前，他作为一名盾构司机，用的是进口“洋盾构”，处处被外国人“卡脖子”。

如今，张帅坤带领团队自主研制国产盾构机，让关键核心技术掌握在自己手中。

矢志掌握核心技术走进铁建重工长沙第一产业园盾构机生产车间，人们的目光会不由自主地被一个个“庞然大物”吸引：这些集机械、电气、液压等技术于一体的大型高端装备，可以一边挖掘隧道，一边铺设管片，实现隧道主体结构一次构筑成型。

盾构机，全称为全断面隧道掘进机，是地下工程建设的“神兵利器”，也是衡量一个国家高端装备制造水平的重要标志。

每台盾构机都由上万个精密零部件组成，被誉为“工程机械之王”。

大直径泥水平衡顶管机的刀盘与刀具设计大直径泥水平衡顶管机是一种用于地下综合管廊或道路隧道的建设中，进行地下排水、雨水排放、燃气管道、供水管道以及电缆等管线敷设的专业设备。

其刀盘与刀具的设计对于机器的施工效率和施工质量有着十分重要的影响。

对于大直径泥水平衡顶管机的刀盘与刀具设计，我们应当首先考虑的是机器本身的工作原理。

在施工现场，该机器通过土屑输送系统将足够的混合土屑从顶部输送到刀盘上，然后由刀盘上的刀具进行破碎和推进。

因此，刀盘的设计需要充分考虑到刀具的数量、种类、排布和间距。

在刀具数量方面，应根据机器的规格、管道的大小和土层的情况来合理选择。

在一般情况下，刀具的数量越多，对于地质情况要求越高的地方，其效率会越高。

当然，过多的刀具数量也会导致刀盘质量过重、动力不足等问题，因此需要进行合理的折中。

在刀具种类方面，应选择结构紧凑、重心低、耐用性强的刀具。

刀具的选用应根据地质情况、软硬土质等因素来确定。

针对不同软硬土质以及特殊地质情况，需要选择不同的刀具种类以提高施工效率和刀具寿命。

在刀具排布和间距方面，应充分考虑到刀具的密度、深度、宽度和间距等因素，以保证施工时切削均匀、速度平稳、没有振动等问题。

在排布方面，需要根据开挖截面大小、土层情况等因素进行合理的排布，通过各种方式来保证刀具数量的正常使用并提高切削能力。

除了刀具的选择、排布和间距，刀盘的材料和形状也是影响施工效率和刀盘寿命的关键因素。

刀盘需要选用优质的钢材或钢合金材料进行制作，并加强表面处理以提高耐磨性和抗腐蚀能力。

在刀盘形状方面，需要注意减小风阻和刀具摩擦力的影响。

在实际刀盘与刀具的设计中，还需要注意以下几点：（1）应根据施工现场的不同地貌、不同管道材质以及不同土层情况等，制定适当的刀盘设计方案；（2）应尽量减少刀具和刀盘的接触面积，以减小摩擦力的损耗；（3）应考虑到各种复杂情况下的工作效果和施工安全问题；（4）应保证刀具的耐磨性和切削性能，并加强刀具及刀盘的维护保养。

超大直径泥水盾构施工风险对策及关键设备选型分析摘要：结合国内超大直径盾构施工案例，分析超大直径泥水盾构施工风险和对策，总结盾构机关键设备选型要点，并结合广州海珠湾隧道工程的线路设计、工程及水文地质特点、周边环境等，分析超大直径泥水盾构设备的选型思路，为具有类似工程的盾构机选型提供参考。

关键词：超大直径；泥水盾构；施工风险；设备选型1、引言盾构机因其安全、经济、高效而广泛应用于地铁、公路隧道的建设。

近10~20年来，基于交通需求量的大幅增长和盾构设备制造及盾构施工技术的不断进步和完善，采用盾构法修建的隧道也由之前的小直径、小距离和浅埋深，向着长距离、大直径、大埋深、高水土压力方向不断地发展。

据统计，自1994日本首次采用φ14.4m用于东京湾隧道工程施工以来，至今已有近70例超大直径盾构隧道的工程（D≥14）。

超大直径盾构施工实践表明，采用螺旋机出土方式的土压平衡盾构机很难解决超大直径隧道顶和底的高水压差，因此泥水平衡盾构机成为超大直径盾构隧道施工的主导机型。

本文根据目前超大直径盾构施工实践，重点阐述超大直径泥水平衡盾构法隧道的施工风险及其对策，以及超大直径泥水盾构机关键设备选型要点，并结合广州海珠湾隧道工程（φ15.07m，盾构开挖直径，下同）盾构机选型实践，分析超大直径泥水盾构机的选型思路，以其为类似工程施工提供参考。

2、超大直径泥水盾构施工风险及对策超大直径泥水盾构施工实践表明，较以往小直径泥水盾构施工，超大直径泥水盾构施工存在的主要施工风险有：1）超大断面盾构浅覆土始发、到达，地表易冒浆、破环泥水平衡、地层失稳塌陷；2）长距离、大埋深、高水压掘进主轴承密封、盾尾密封易损坏，刀盘刀具、泥浆管路磨损大；3）高水压掘进盾构开仓换刀频繁、换刀难度大；4）下穿或近距离侧穿沿线建构筑物地表易沉降；5）全断面硬岩地层、孤石、基岩凸起地层、上软下硬复合地层、断裂带等特殊地层易引起得刀盘刀具磨损、刀具破岩难，刀盘结泥饼引发的盾构滞排，断裂带掘进盾构失压引起的开挖面失稳和地表沉降等施工风险。

常压换刀安全操作规程（改稿）一、更换检查刀具前准备工作1、工程部、安全部依据已制定的刀具更换检查计划编写本次更换检查刀具的技术、安全交底，并交到现场具体的操作人员。

做到内容全面准确、签字齐全。

2、检查更换刀具前做好同步注浆管的封堵并进行1～2小时泥水大循环，以泥浆管进出泥浆参数一致、泥浆站分离设备不出渣为标准，尽可能多地带走土仓内渣土，以防止细小砂砾在换刀时进入刀腔，造成刀具拆卸、安装困难；之后往开挖仓注入高浓度膨润土浆液，以形成稳定的泥膜保证掌子面的稳定。

3、由机长对所有换刀工具进行全面检查并做好记录，外观存在安全隐患的机具、设备严禁使用并及时送地面维修车间更换。

4、地面维修车间对丝杆外观、长度进行检查，确认有无长度变化，外观检查使用高倍放大镜，同时对丝杆做好标识，同一组丝杆使用次数不得超过3次；5、机电领班对气动葫芦倒链、吊钩及吊挂葫芦的钢丝绳等机具进行检查，发现磨损及时更换；二、常压换刀操作流程1、转动刀盘，使所需更换刀具的刀臂呈竖直方向位于底部。

2、开仓后先进行相关检查，主要检查项目如下：1）打开仓门先进行通风，通风10分钟后进行空气检测，确定无有害气体后相关人员方可进入；2）进入中心锥先对闸门密封检查并做好记录；3）打开主臂仓门先通风再检测空气质量，合格再进入主臂并对主臂仓门的密封性进行检查并做好记录；4）进仓后先观察整个刀仓是否有渗漏，若有渗漏及时报告相关负责人，负责人根据现场情况确认有无风险并作相应处理，将现场情况报告项目主管5）无异常到达换刀位置先对要检查刀的闸阀的闸板螺丝有无松动进行检查；再对所要检查刀具刀箱位置的壁厚进行检测并作好记录，壁厚及空气质量检测由机长检查记录。

6）连接好4根高压气管（其中一根是为换刀人员提供呼吸气体，一根为气动葫芦提供动力，一根供两把气动扳手）；1根高压水管（开关刀具闸门时起冲洗作用）；接好仓内照明（要求24V电源）。

7）装导向杆、丝杆之前对缸耳用高倍放大镜进行检查，确认有无裂缝或损伤。

目录1编制依据、原则及范围 .........................................1.1编制依据...............................................1.2编制原则...............................................1.3编制范围...............................................2工程概况 .....................................................2.1设计概况...............................................2.2地质情况...............................................2.3水文条件...............................................2.4拟定开仓检查或换刀处环境情况...........................2.5盾构机刀具情况.........................................3施工重难点及对策 .............................................4盾构进仓、更换刀具方法 .......................................4.1准备工作...............................................4.2常压开仓...............................................4.2.1作业内容........................................4.2.2工艺流程图......................................4.2.3施工步骤........................................4.2.4工艺装备........................................4.2.5作业组织........................................ 5施工监测 .....................................................5.1监测目的...............................................5.2监测措施...............................................5.3监测频率及数据处理.....................................5.4监测控制值标准.........................................5.5监测预警报警程序....................................... 6安全保证措施 .................................................6.1安全生产保证体系.......................................6.2安全施工措施...........................................6.2.1盾构进仓安全保证措施............................6.2.2换刀作业安全保证措施............................ 7质量保证措施 .................................................7.1质量保证体系...........................................7.2质量保证措施...........................................7.2.1常压开仓管理的主要因素..........................7.2.2开仓管理的原则.................................. 8应急预案 .....................................................8.1风险源识别.............................................8.2应急指挥机构及职责.....................................8.2.1应急指挥机构....................................8.2.2指挥机构及职责..................................8.3处置程序...............................................8.5应急物资...............................................8.6相关联系方式及急救线路................................. 附件：.........................................................1编制依据、原则及范围1.1编制依据（1）沈阳地铁九号线工程土建施工第五合同段施工图纸资料；（2）项目现场踏勘及项目《施工调查报告》、岩土勘察报告，地质补勘报告、地质雷达探测报告；（3）盾构机组装图纸；（4）沈阳地铁公司管理办法：《沈阳地铁工程重大危险源管理办法》沈地铁司发[2009] 62号；《沈阳地铁工程质量管理办法》沈地铁司发[2010] 21号；《关于印发沈阳地铁盾构施工技术要求的通知》沈地铁司发[2014]142号；（5）国家现行的主要施工技术及验收规范和标准（包括但不限于以下施工规范和标准）：《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》GB 50652-2011；《危险性较大分部分项工程管理办法》建质[2009]87号文；《空气潜水减压技术要求》GB 12521-2008；《盾构法开仓及气压作业技术规范》CJJ-217-2014。

超大直径盾构掘进新技术及应用提名公示一、引言近年来，随着城市化进程的不断推进，越来越多的地下空间被开发和利用，因此盾构掘进技术也得到了广泛应用。

作为一种高效、安全、环保的掘进方法，盾构已经在各个领域得到了广泛应用。

而在超大直径盾构方面，为了满足更大直径的掘进需求，新技术的开发与应用也变得尤为重要。

本文将介绍一些超大直径盾构掘进新技术及其应用，以提名公示。

二、超大直径盾构掘进新技术1. 硬岩掘进技术由于超大直径盾构在掘进过程中需要克服的地质条件和岩石硬度较大，因此硬岩掘进技术成为了关键。

一种常用的技术是采用硬岩刀盘机头，利用高压喷射水或钻头同时作用于掘进面，以增加刀具的破碎效果。

同时，结合电动液压系统，可以实现对刀具的自动控制和监测。

2. 多盾片技术为了应对超大直径盾构掘进过程中所需面对的高地应力和良好支护的要求，多盾片技术应运而生。

该技术通过增加盾片数量，分散地应力，提高盾构对地层的稳固性。

此外，多盾片技术还可以增加盾构机械的灵活性和适应性。

3. 自适应刀盘转速控制技术超大直径盾构在掘进中面临的地质条件复杂多变，因此需要根据实际情况调整刀盘转速以实现更高的掘进效率。

自适应刀盘转速控制技术可以根据盾构前进速度、刀具磨损程度等参数，自动调整刀盘的转速，以达到最佳的掘进效果。

4. 先导孔爆破技术为了提高超大直径盾构在复杂地质条件下的掘进效果，先导孔爆破技术的应用变得越来越重要。

通过在预先钻穿地层的孔洞中放置合适的炸药，可以实现对地层的破碎和刺激，为盾构的掘进提供良好的条件。

三、超大直径盾构掘进新技术的应用1. 地铁建设拥有超大直径盾构的地铁线路建设不仅可以提高人流交通的效率，还可以减少城市地面交通拥堵问题。

超大直径盾构掘进技术在地铁建设中的应用，可以实现快速、安全、高效的掘进，减少对周边环境的干扰。

2. 水下隧道建设水下隧道建设是一项技术难度较高的工程，利用超大直径盾构技术可以有效解决这个问题。

超大直径盾构的应用可以极大地减少施工对水体的影响，从而实现对浅海地区的快速、安全、高效的掘进。

地铁盾构施工软弱地层带压进仓换刀风险控制技术摘要：目前我国的城市轨道交通建设取得了飞速发展，施工项目越来越多，地铁区间多为盾构施工，盾构带压进仓换刀施工安全风险因素很多。

本文就济南地铁轨道交通建设为背景，讨论地铁盾构施工为何要带压进仓换刀、带压进仓换刀存在的风险及如何进行风险控制，可供今后类似工程参考借鉴。

关键词：盾构；带压进仓；风险控制盾构施工带压进仓是指操作人员在高于常压的环节中进行工作，完成指定的工作内容。

在盾构机工作仓内要进行刀具的检查及更换，必须在工作仓内建立适当的压力支撑掌子面，保持掌子面的稳定，及工作人员的安全。

作业人员进仓前仓内进行加压，完成加压后打进仓门进入工作仓，完成本仓的刀具检查及更换任务，当达到预定在压下工作时间后返回人员仓进行吸氧减压、出仓。

作为安全管理人员，如何落实风险控制措施，保证施工人员人身安全，做到防患于未然，是本文探讨的关键问题。

一、项目简介济南轨道交通R2线一期工程，全长36.4公里，共设19个站，总投资229亿元。

我单位承建长途汽车站站、生产路站、长途汽车站站～生产路区间、生产路站～历黄路站（不含）区间，其中长生区间全长1725.789米，生历区间全长1379.6米，均采用盾构法施工。

地铁盾构区间由于一次掘进距离长，盾构机刀盘磨损量超过临界值时，需要进仓换刀。

二、换刀方案比选方案总体有两种，一种为常压进仓换刀，另一种为带压进仓换刀：常压进仓换刀：周期短，操作简便且较为安全，适用于地质条件好的封闭地层，或进行加固的软弱地层换刀段。

带压进仓换刀：周期长，程序繁琐且机械设备保压性能要求高，适用于地基软弱的封闭地层。

由于本标段沿北园大街布置，地面交通流量大，区间沿线离北园高架桥较近，且侧穿众多的建构筑物，地面管线错综复杂，对地面沉降要求高，地下水丰富，且无条件进行换刀段加固，因此考虑当前地质情况及建筑物、管线等情况。

对比之下，我单位决定采用带压进仓换刀的方案。

三、带压进仓换刀风险分析在掘进过程中，盾构带压进仓换刀主要存在以下风险：1.坍塌事故。

大直径泥水盾构施工难点及关键技术浅析摘要：随着隧道需求直径的增大，超大直径泥水盾构技术在工程中的应用也越来越多。

但在具体盾构施工实践中，超大直径泥水盾构施工存在诸多难点与挑战。

本文以某区间隧道盾构工程为例，分析了该工程中超大直径泥水盾构施工难点，并对超大直径泥水盾构的泥水压力控制、掘进施工、机械刀盘转速及扭矩控制、泥水同步注浆等关键施工技术进行了探讨。

关键词：超大直径泥水盾构；施工难点；泥水压力；掘进施工；刀盘转速；扭矩；同步注浆1 工程概况某区间隧道盾构段设计为单洞双线隧道，盾构段全长3373.663 m，采用1台直径12.56m泥水平衡盾构机设备进行掘进施工。

隧道内径为11.1 m ，外径为12.1 m ，内设双线地铁隧道及排烟道。

隧道覆土最小厚度为 6m，最大覆土厚度29.6 m，直线段坡度设计为-2.5285%~2%，隧道一共布置了一个平曲线，半径为2000 m。

本盾构隧道工程衬砌采用内径11.1 m，外径12.1 m，环宽2 m，厚500 mm的C50高性能耐腐蚀混凝土预制管片，抗渗等级P12，通用双面楔形环，楔形量52 mm，采用“5+2+1”分块模式，错缝拼装。

2 施工难点分析在本工程超大直径泥水盾构施工中，主要存在以下四个难点：（1）高透水性的底层。

本工程地质成分主要有可液化砂土和岩溶，以及人工填土、软土、膨胀土及红黏土等特殊性岩土，导致该盾构施工段透水性极高，且施工的相关压强超强，增加了江底施工风险。

在这种条件下，不仅增加了排水工作量，同时还增加盾构机推进难度。

（2）盾构压力水平控制高。

与同类工程相比，本工程盾构机设计压力较大，因此在本工程中为满足施工需求，对盾构压力控制水平要求较高，提高盾构机的适用性，为掘进施工的顺利开展提供保障。

（3）盾构结构形态难以控制。

本工程采用12.56m泥水平衡盾构机设备，这种超大直径泥水盾构施工跨度较大，会造成隧道掌子面错乱分布，而盾构结构施工对位置精准性要求较高，这就导致盾构结构形态难以控制。