某过江通道工程泥水盾构换刀专项方案

某过江通道工程泥水盾构换刀专项方案1编制目的1、指导盾构施工中常压换刀作业工作；2、保证作业人员、作业环境安全；3、保证换刀工作安全、有序、快速进行。

2编制依据（1）XXX过江通道工程水文地质勘察设计资料；（2）XXX过江通道工程《岩土工程勘察报告》、《地质补勘报告》和《既有建筑物及管线调查报告》；盾构机厂家提供的“常压换刀作业要领”；（3）空气潜水减压技术要求 GB12521-90（4）职业潜水员体格检查要求 GB20827_2007（5）产业潜水最大安全深度 GB 12552-1990（6）职业性减压病诊断标准及处理原则 GB 8782-1988（7）减压病加压治疗技术要求 GB/T 17870－1999（8）加压舱消防安全技术要求 GB/T 17868-1999（9）医用空气加压氧舱 GB/T 12130-2005（10）高压氧医学临床指引易治 20053工程概况3.1工程概况XXX过江通道工程位于XX长江大桥和纬七路过江通道之间，距离XX长江大桥约5.0Km，连接XX主城区与浦口规划新市区中心，过江通道起于浦口区浦珠路转盘西侧，向东南跨越丰子河路、北岸滨江大道，北线（N线）穿越长江主航道、潜洲及夹江水道后与扬子江大道相接，南线（S线）与扬子江大道交叉并下穿后，止于江东路和定淮门大街（纬三路）连接。

线路全长7.363km。

XXX过江通道工程S线隧道从江北工作井始发，经过始发段200m的试掘进后开始进入正常段，穿越长江北岸大堤后进入长江，首先从主江下穿过到达梅子州风井，进行刀具检修后进入夹江，到达S线南岸工作井接收。

本工程S线盾构段采用三菱、石川岛和中交天和机械联合生产的泥水加压平衡盾构机，其中盾构盾体直径为φ14.93m ，刀盘开挖直径为15m 。

区间隧道纵坡坡度-4.459%～-4.5%。

线路最小埋深为7.6m ，最大埋深为74m ，最小平面曲线半径1000m 。

图3-1工程位置平面图3.2沿线地面环境及地下情况（1）沿线地面环境线路自江北盾构始发井出发，先后经过长江北岸大堤、长江、潜洲、江心洲、定淮门大街，最后到达江南接收井。

本段工程地面环境的主要特点为：隧道下穿泥浆池、埋深只有7.6m,两次穿越长江，最大埋深达74m,在江心洲竖井进行刀盘刀具检修。

地质复杂、埋深大、换刀难度大、刀盘刀具保护及在江底预防掌子面击穿对施工的要求高。

（2）地下管线概况盾构机江北始发井~江南接收井区间管线主要位于定淮门大街，涉及的管线主要为自来水管、雨水管、污水管、电力管线、煤气管、通讯管线、联合管等。

3.3 工程地质及水文地质（1）工程地质盾构主要穿越的地层为：②1层－粘土(Q 4al+l )：灰色～灰黄色、褐黄色，软塑，较光泽，干强度及韧性较高，局部地段为粉质粘土、粉土，表层见植物根系。

分布于长江两岸表层，层顶埋深0.00～5.30m(0.42m)，层顶标高-4.42～8.58m(-6.04m)，层厚0.60～5.70m(1.61m)。

该层具高压缩性，较低强度，力学性质较差，推荐地基土承载力江北明挖段173mS 线盾构隧道4134.6m NA 匝道288m S 线明挖段608mN 线盾构隧道3537m SB 匝道230m特征值fak=100kPa。

al+l)：灰色，流塑，稍有光泽，干强度中等，韧②2层－淤泥质粉质粘土(Q4性中等，夹薄层粉砂，单层厚度1～2mm，局部呈千层饼状。

长江两岸均有分布，层顶埋深0.00～12.80m(2.40m)，层顶标高-12.87～6.58m(3.86m)，层厚1.40～20.30m(14.42m)。

该层具高压缩性，低强度，力学性质差，推荐地基土承载力特征值fak=70kPa。

al)：灰色，软塑，局部流塑，稍③1层－粉质粘土夹粉砂（局部夹粉土）(Q4有光泽，干强度中等韧性中等，局部呈互层，单层厚度1～30mm不等，局部为淤泥质粉质粘土夹粉砂。

该层在北岸主要分布于NK3+750前，在南岸分布于NK6+550及SK6+600之后，且南岸厚度大于北岸。

其层顶埋深5.10～23.50m(16.67m)，层顶标高-28.20～-3.84m(-11.96m)，层厚1.60～39.00m(11.65m)。

该层具中等偏高压缩性，较低强度，力学性质较差，推荐地基土承载力特征值fak=100kPa。

al)：灰色，饱和，稍密～中密，颗粒级配差，主要矿物成④1层－粉细砂(Q4份为石英、长石等，含贝壳碎片及腐植质，局部夹粉质粘土薄层，单层厚1～30mm 不等。

该层除南岸缺失外，其它段分布广泛，其层顶埋深0.00～33.30m(17.34m)，层顶标高-34.90～-7.75m(-17.06m)，层厚2.30～49.90m(12.63m)。

该层具中等偏低压缩性，力学性质较差，推荐地基土承载力特征值fak=100～160kPa。

al)：灰色，饱和，中密～密实，颗粒级配差，主要矿物成④3层－粉细砂(Q4份为石英、长石等，含贝壳碎片及少量腐植质，局部夹粉质粘土薄层，单层厚1～30mm不等，底部含少量直径2-10mm砾石。

该层除南岸缺失外，其它段连续分布，其层顶埋深8.10～58.50m(31.33m)，层顶标高-49.34～-22.79m(-31.31m)，层厚1.95～21.50m(8.68m)。

该层具中等偏低压缩性，力学性质较一般，推荐地基土承载力特征值fak=120～180kPa。

表1 主要地层物理参数表(2)水文地质过江通道所在区域气候湿润，雨量充沛，降水时间长，对区域地下水的形成的补给起了重要的作用。

据区域资料以及本次勘察成果，根据含水层的岩性、埋藏条件和地下水赋存条件、水力特征，可分为松散岩类孔隙水和碎屑岩类孔隙水。

松散岩类孔隙水可分为松散岩类孔隙潜水和松散岩类孔隙承压水。

1) 松散岩类孔隙潜水第四系松散岩类孔隙潜水主要赋存于长江漫滩区上部地层，含水介质为粘性土、淤泥质土及粉土，其渗透性差，含水量贫乏。

水位受季节及气候影响明显，还受到附近鱼塘、江河的水位影响，主要接受大气降水和农田灌溉水的入渗补给，迳流缓慢，以蒸发、侧向迳流和人工开采为主要排泄方式。

2) 松散岩类孔隙承压水承压水主要分布于基岩上部松散层中，在漫滩区上覆淤泥质土及粘性土，在长江河道区直接与江水相通。

含水介质主要为粉细砂、底部为卵砾石层，厚度40～60m。

卵砾石以石英岩为主，次圆状，分选性差，粒径一般1～10cm，少量大于100mm。

该层厚度大，渗透性好，富水性好。

3) 碎屑岩类孔隙—裂隙水该含水岩组为白垩系裂隙孔隙—裂隙含水岩组。

分布于过江通道第四系松散层下面，构造处于淮阳山字型构造东翼第一沉降带中心部位，构成了贮水盆地。

含水层的主要岩性为砖红色泥岩、砂岩中，白垩系泥岩裂隙闭合，岩性较软，塑性强，其透水性及富水性差。

4换刀施工总体安排根据全线地质勘测报告及盾构隧道纵向布置，在江中地段上存在着长距离卵石层、圆砾、泥岩层、粉砂岩层、粉质粘土等，而且同一开挖断面地质均一性差。

此地质对刀具的磨损很大，需要多次检查和更换刀具，而且针对不同的地层需要提前更换不同类型的刀具以适应相应地层特征，因此本工程换刀作业次数较多。

4.1 刀盘刀具简介图4-1 盾构机刀盘结构图根据XX纬三路过江通道地质情况，刀盘结构采用面板式，开挖直径为15020mm，开口率为25.7%，刀盘上主要配置切削刀和滚刀两种类型刀具共812把，其中先行切削刀和可推出式切削刀（可调）高度为200mm、滚刀为160mm、主切削刀为100mm。

针对本工程地质特点刀盘设计采取如下措施：1、为了刀具检修更换方便，刀盘可以整体向后滑动100 mm。

2、刀盘面板上焊接了316把先行切削刀，主要用于砂层和软土层切削，刀具高度为200mm，在盾构机进入硬岩层之前对刀盘刀具保护。

3、刀盘NO2、4、6、8辐条安装了80把可更换式切削刀，主要用于砂层和软土层切削，在刀盘辐条内常压状态可以对刀具伸、缩及更换。

4、在刀盘面板和外周安装可推出式滚刀，当固定刀盘上的滚刀磨损后，可以在同轨道上推出两次新的滚刀。

表4-1．推出式滚刀的组合外周推出式滚刀内周推出式滚刀1回目No.1FACENo.3FACENo.5FACENo.2FACENo.4FACENo.6FACENo.8FACE2回目No.4FACENo.6FACENo.8FACENo.1FACENo.3FACENo.5FACENo.7FACE5、在刀盘中心部安装4组3连推出式切削刀，根据盾构机选择的挖掘方式，可以配合刀盘动作分组（2组）自动进行伸缩，也可以单独伸缩。

3连推出式刀具，首先使用No.2/6辐条上的。

No.2/6辐条上的磨损掉后，再使用No.4/8辐条。

使用第2组时，以应对长距离切削。

6、在刀盘中心部安装5把（单个）推出式切削刀，根据盾构机选择的挖掘方式，配合刀盘动作自动进行伸缩，也可以单独伸缩。

7、在刀盘面板、刀具不同轨迹上安装磨损检测装置，可以间接掌握刀盘、刀具磨损情况。

图4-2 磨损检测装置4.2换刀方法根据盾构机刀盘结构设计，本工程刀具更换可以分为常压换刀和带压换刀（北海公司完成）两种方式。

（1）常压换刀常压换刀是根据本工程地质特点，在刀盘NO2、4、6、8辐条上安装80把可在辐条内常压状态下进行更换的切削刀。

该切削刀主要用于砂层和软土层的切削，当盾构机进入硬岩层前需将可更换式切削刀缩回；当盾构机进入砂层或软土层后需将可更换式切削刀推出。

在硬岩层与软土层、砂层交替地段或刀头磨损后需进行常压换刀作业。

（2）带压换刀对于地面环境或地质条件较差、地下水压力高的地段，如果采用常压开仓换刀，开仓后岩体自稳性差，容易产生地面塌陷。

根据以往经验，在该种不稳定地段决定采用带压换刀的施工方案。

在盾构掘进过程中，根据刀具磨损情况进行开仓换刀，在过重要建构筑物前都要进行刀具检查，如果刀具磨损超过15mm则必须进行换刀作业。

4.3换刀工艺流程（1）常压换刀流程图如下图图4-1常压换刀流程图图4-2带压换刀流程图4.4预计换刀地点在刀盘NO2、6辐条上安装了12处磨损检测装置，可检测刀头和刀盘面板磨损情况。

其中刀具6把液压式和4把电气式，2处为刀盘面板磨损检测。

在盾构掘进过程中，需要根据刀具磨损检测装置、地质情况、掘进距离及掘进参数变化等因素综合考虑换刀次数和位置，根据我部盾构设备情况、施工经验和地质条件，我部确定正常情况下换刀间距200~300m，在过长江、重要建构筑物及地质突变前都要进行刀具检查，因此预计换刀地点位置大致如下。

图4-3 S线剖面图里程检查目的检查内容换刀及修理SK4+149 盾构从粘土、粉细砂地层进入砾砂、砾石层前的检查，确保在盾构进入砾砂、砾石层前刀具完好。

进入刀盘辐条内，常压检查可更换式切削刀磨损情况。