盾构机换刀作业指导书

一、编制目的

明确盾构施工中换刀作业工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范换刀作业施工，保障换刀操作人员安全和换刀作业的有序进行，满足盾构施工设计和规范要求。

二、编制依据

（1）盾构机图纸，盾构机使用维护技术文件；

（2）区间地质勘查报告和详堪报告；

（3）其它相关技术文件及图纸等。

三、适用范围

适用于区间盾构施工中自稳地层的开仓换刀和非自稳地层的带压换刀。

四、换刀程序

4.1总体规划

在日常的工作中负责刀盘的工程师与土木工程师密切沟通，加强对施工区段地质情况的了解，对地质资料中反映的施工重点和难点要特别留心。

在制定刀具、刀具配件计划时，充分估计特殊区段对刀具的破坏程度，同时在制定换刀计划时，及时、有效地与土木工程师、掘进司机沟通，确定最佳的开仓地点。

初步提出刀具的更换方案的同时，提前做好材料的准备，人员的培训等。

4.2设备物资供应

设备与材料的准备，是实现快速完成换刀任务的根本保证。

在确保常用设备（机具）、材料到位的情况下，使用更为先进的工具，例如：风动吊机，手拉葫芦，风动扳手等，是很必要的。

开仓换刀前对盾构各个系统进行检查，作好风水电等各个方面的协调工作，保证换刀过程中良好的工作环境。

4.3人员培训

培训的内容包括：换刀工具的操作及维修；各种类型刀具更换的作业文件；换刀人员熟悉刀盘刀具的布置，并具有对刀具使用状态做出合理判断的能力。能判断一把待安装刀具是否满足安装条件。具备对紧急情况的应付能力。未经培训或培训不合格的人员不得进行换刀作业。

4.4成立紧急求援小组

换刀是一种非常危险的作业程序，成立必要的紧急救援小组，防止意外发生。

4.5开仓审批

开仓技术方案要经过讨论，由机电总工和土木总工确认，报经理签发，业主和监理同意后方可开仓，责任落实到人，按严格的开仓程序进行。

4.6刀具更换程序

（1）刀盘清理

打开仓门后，先向渣仓内输送高压风5-10分钟，用以给刀盘降温和输送氧气，然后用水将刀盘冲洗干净，特别是需要更换的刀位。同时，螺旋输送机将渣仓内的渣出至主轴承下边沿位置，以便于检查中心部位的刀具。刀具检查和磨损量的测量：刀盘清理后按照盾构刀具使用的有关技术要求进行刀具的检查和磨损量测量，并做好详细的磨损量记录。

（2）制定换刀计划

根据刀盘检查情况制定刀盘处理方案和换刀计划。

（3）刀具拆除

刀盘冲洗干净后，首先将需更换刀具的定位螺栓拆下，然后拆除连接销轴，最后将刀具运送出渣仓，同时将需安装的新刀具吊到位。对于在换刀中常常碰到的变形严重问题，本刀具安装方法可以有效避免。由于刀具采用螺栓定位，销轴连接，刀具上受到的力很大程度上是由刀座承受的，销轴和螺栓仅仅起到连接的作用，因此变形小，拆卸方便。

（4）刀具安装

①刀具的安装方法

首先将刀具放入刀座，插入连接销轴，然后旋入定位螺栓，定位螺栓和销轴的定位槽要准确安装，定位螺栓的预紧力要严格按照设计数据操作。刀具的固定采用螺栓定位，销轴连接，因此在安装的时候尤其要注意安装的精度和预紧力的设置。

②安装精度

在清洁时，特别要注意螺栓孔、螺栓、销轴孔、销轴的清洁。一般情况下，刀座螺栓孔、刀具螺栓、销轴孔、销轴先用高压水冲洗，再用钢丝刷将螺纹刷干净，而后用高压风吹干或用毛巾擦拭干净。

③预紧力

螺栓的紧固力矩不允许超过或低于其额定值。螺栓紧固时，可以考虑使用螺纹锁固胶。

（5）安装注意事项

①更换刀具前检查所使用工具等是否处于完好状态。

②严格按照刀具的拆装工序工艺要求进行，保证装配面的清洁、刀具位置对中。

③严格按照刀具螺栓的紧固扭矩紧固螺栓。

④刀具更换完毕后认真检查更换时所用的工具，防止遗忘在土仓内，盾构掘进时对设备产生破坏。

⑤做好详细的刀具更换记录。

（6）整体检查

刀具更换完成后，转动并再次检查刀盘，观察每把刀具的转动情况，并再次确认相邻刀位的刀具磨损量相差不超过10mm。

（7）试掘进

经过检查，确认刀盘内没有人员、换刀工具或者其它物品，关闭仓门，准备开始掘进。在掘进之前，刀盘以低速空转10－15分钟，直到刀盘扭矩值很小且没有大的变化，逐渐加大推力，并保持1到2环的低推力推进，再根据掘进情况和渣土的状态选取正常的掘进参数。

（8）掘进跟踪

刀盘检查完毕后开始掘进，需要对换刀后的掘进过程进行跟踪。留意掘进过程中出现的几种异常现象：

①主机振动较大；

②刀盘内有异响；

③刀盘扭矩突然增大或者变化很不稳定；

④螺旋输送机突然过载；

⑤渣土温度和物理性能改变。

对以上现象，进行合理地分析，并对刀盘进行及时的复检（要经过审批，并重复前面的开仓程序）。在复检时，要注意掌子面地质条件的变化情况，针对特殊的地质条件，进行正确地分析，再次制定合理的换刀计划或者预定合理的换刀计划。

五、开仓换刀工艺及技术要点

5.1开仓

由机电工程师带领机电维修班打开土仓门。开仓前，由土木工程师确认地层是否与地质图相符。

5.2清理

检查刀具之前掘进班组必须尽量排空土仓内的碴土和水，冲洗干净所有刀具，然后由机电班组开启气阀往土仓 里送气，以降低土仓内的环境温度，再用气体检测仪对人闸、土仓内气体进行检测，避免有有害气体，再提供排水和照明。

5.3排水与照明

机电维修班打开土仓壁上的维修管线盒接好水泵及灯管供排水及照明用。

5.4检查与记录

土木工程师在刀具清洗干净后，首先进仓检查联络通道位置的地质情况是否与勘查报告相符合，并作详细记录。

再由机电工程师检查刀具磨损情况，作好记录并签名确认，然后将所需更换的刀具在刀具布置图上做好标记，交给土木工程师。

5.5换刀

由土木工程师根据当前地质情况及刀具检查结果决定是否换刀及须更换刀具的编号，然后和机电工程师一起安排换刀步骤，作出书面计划并由两者签名确认，最后交给隧道领班工程师执行。领班工程师接受任务并签名确认后，安排掘进班组人员换刀。换刀过程中的安全及换刀注意事项等由领班工程师进行交底，并负责换刀全过程的跟踪管理。机电工程师在换刀过程中提供技术指导。

换刀由掘进工班进行换刀作业。

5.6换刀后检查验收

刀具更换完成后，由领班工程师通知土木工程师和主管机电工程师进行检查验收，如刀具更换符合土木工程师和主管机电工程师制定的换刀书面计划及下述的换刀要点及注意事项即为合格，此时由土木工程师和主管机电工程师签名确认，然后由掘进班组进行清理工作，如不合格，则按土木工程师和主管机电工程师提出的意见继续换刀直至合格并获签名确认。

5.7收尾工作

领班工程师在换刀工作完成并通过检查确认后，必须安排换刀人员做好人闸清洁工作，盘好所有气管、水管，并将所有剩余螺栓、垫圈、螺母、锁紧块等放入铁皮工具箱内随同旧刀具运出地面，换刀过程中用到的所有工具及其他材料须全部收齐一并运出地面，工具交还机电室，并与机电工程师办理交还手续。领班工程师在确认所有人员、材料、工具、物件等都已安全离开后，须签名认可。

5.8试运转及复检

上述工作完成后，进行刀盘试运转，如为土压平衡方式，则关闭仓门，反之则开土仓门进行试运转。盾构机推进半环左右，由主管机电工程师进行复检，观察刀具的运转情况，如正常则签名确认，然后开始正式掘进；如刀具松动，由主管机电工程师安排机电维修班进行复紧，复紧后确认一切正常并签名，然后开始正式掘进。

六、带压换刀工艺及技术要点

带压进仓进行刀具更换只适合封闭式盾构，如土压平衡式盾构，泥水盾构等。在掘进地质比较差的地段，必须进行刀盘的检查和刀具的更换，可实行带压进仓。用压力仓的工作压力来与刀盘前方的掌子面相平衡，防止掌子面围岩的坍塌，或突然涌水。

带压仓的组成，盾构带压仓一般由人员仓、准备仓、土仓共同组成如盾构换刀压力仓的组成。

6.1开仓条件

软岩、含水丰富地段掘进时，地层无自稳能力，必须由盾构来提供使地层稳定的支撑压力（EPB），这种情况下便需采用带压进仓模式来进行刀仓内的各项工作。

（1）进仓作业的工作气压确定

一般在不发生漏气、爆炸的情况下，压气压力愈高，愈能提高掌子面的稳定效果。但从作业效率和进仓作业者的健康方面考虑，则取低值较好。确定工作气压时，可由公式计算。

经过计算给出能稳定掌子面的最低压气压力P初步设定，P初步设定×（掌子面稳定）安全系数K便是进仓作业工作气压Pw。即

（2）压力仓的工作压力的调试

压力仓的工作压力由盾构的保压系统来确定，因此带压进仓之前保压系统的调试是非常重要的。保压系统一般由空压机组，管道，球阀，PID空气站，碟形控制阀，反馈回路等组成。PID空气站用来进行仓内压力的控制，整个保压系统的控制采用了闭式、比例、积分、微分控制，能有效的保障仓内恒定的工作气压。

（3）人员仓加减压参照标准

人员仓的加减气压可按国家《空气潜水减压技术要求》GB 1251-90所规定的原则进行，不得随意调整。 

6.2带压进仓作业程序

（1）材料机具准备

把作业所需刀具、工具等放入主仓，尽量把在一个作业组所需用的物品全部运入主仓，以免动用准备仓。

（2）加压一般操作程序

①作业人员进入主仓室。

②打开主仓上的双倍条形记录器，并检查它是否能正常工作，纸张是否充足。

③关闭主仓的空气仓门并确保它正确锁好。

④压力挡板上的卸压球阀关闭（在EPB模式下一般都是关闭的）。

⑤土舱管理员要通过电话一直与坐在主仓中的人员联系。

⑥土舱管理员慢慢打开球阀，严格按照20L/min的流量增加主仓室的压力，直到到达操作压力值。作业人员也可以根据自己身体的实际状况，在土舱内操作球阀来增加主仓室压力，但流量不得超过20L/min。

⑦加压过程中，打开主仓外的卸压球阀以保证主仓内一定的通风量。

⑧主仓室内的人员可根据仓内温度调节加热系统。

⑨当主仓室的压力等于盾构土仓的压力时，主仓内人员缓慢打开主仓和土仓之间的卸压球阀。

⑩在主仓和土仓之间进行了压力补偿之后，作业人员打开压力挡板的门，进入土仓。按照检查刀盘及换刀作业程序进行工作，并详细填写刀盘检查情况及刀具磨损损坏情况。

加压完成后土舱管理员停止条形记录器。

（3）减压一般作业程序

减压程序一般分为主仓减压（人员仓减压）和减压仓减压（带压进仓附属设备），减压术语参照国家《空气潜水减压技术要求》GB 1251-90的规定。

1主仓减压

A、工作人员进入主仓后，人员仓管理员根据工作人员的工作时间TW和工作压力PW选择减压方案。

B、关闭压力挡板上的小窗和压力补偿用压力挡板上的球阀。

C、空气仓内的人员通过电话与土舱管理员联系。

D、人员仓管理员打开条形记录器。

E、人员仓管理员通过球阀开始逐渐降低主仓中的压力至第一停留期压力，并同时观察测压计和流速计。

F、土舱管理员通过球阀卸压阀开始空气仓的通风，但此时不应再升高压力。

G、调节球阀和卸压阀直到通过给空气仓通风的方法，使得压力能稳定而缓慢的下降。

H、当空气仓的内压力到达了第一停留期的压力, 土舱管理员通过调节球阀和卸压阀将压力保持在这一阶段值上，并同时记录时间。此外，他还要定期检查流速计以检查空气仓的通风。

I、压力保持期内这一程序（指前三步）必须重复进行直到周围的压力变为正常。在降压过程中工作人员可打开加热系统。推荐的温度范围在15-28℃之间。

J、第一停留期结束后，人员仓管理员通过球阀开始逐渐降低主仓中的压力至第二停留期压力，操作方法和第一停留期减压方法相同。以此类推直至减压结束。此时，可打开主仓通往大气压室的空气仓的门。

K、土舱管理员停止条形记录器，将空气仓程序（日期、时间、压力、人数等）输入空气仓手册。

②减压仓减压

A、工作人员在空气仓内缓慢降压后离开主仓直接进入单独的减压仓。人员仓管理员根据工作人员的工作时间TW和工作压力PW选择减压方案。

B、关闭减压仓仓门与压力挡板上的小窗和压力补偿用压力挡板上的球阀。

C、减压仓内的人员通过电话与土舱管理员联系。

D、人员仓管理员通过球阀开始逐渐降低减压仓中的压力至第一停留期压力，并同时观察测压计和流速计。

E、土舱管理员通过球阀卸压阀开始空气仓的通风，但此时不应再升高压力。

F、调节球阀和卸压阀直到通过给空气仓通风的方法使得压力能稳定而缓慢的下降。

G、当空气仓的内压力到达了第一停留期的压力, 土舱管理员通过调节球阀和卸压阀将压力保持在这一阶段值上，并同时记录时间。此外，他还要定期检查流速计以检查空气仓的通风。

H、压力保持期内这一程序（指前三步）必须重复进行直到周围的压力变为正常。在降压过程中工作人员可打开加热系统。推荐的温度范围在15-28℃之间。

I、第一停留期结束后，人员仓管理员通过球阀开始逐渐降低减压仓中的压力至第二停留期压力，操作方法以第一停留期减压方法相同。以此类推直至减压结束。此时，可打开减压仓通往减压仓的仓门，工作人员离开减压仓。

6.3带压换刀程序

（1）掘进停止时根据地质条件的不同，采用向渣土添加膨润土并利用刀盘搅拌使其混合的方法来稳定和密封掌子面，防止作业人员进入土舱时渣土的坠落和突然涌水造成人员伤亡。

（2）用水清洗中隔板上所有的压缩空气调节装置的接头，清洗后将所有压缩空气调节装置调节到土舱内压力之下（所有压力装置上的阀已关闭）。泥水运出开挖舱后，将土压降低至0.1—0.2bar，向土舱中加入压缩空气。调节压缩空气站使得顶部的气压高于原有土压0.1bar。泥水往外运输时，继续吹入空气，直到顶部的土压测量器显示的气压值达到压缩空气调节站所调节的值。同时，刀盘的旋转运动可以分离顶部区域的渣土。

（3）停止刀盘和螺旋输送机并关闭螺旋输送机的出渣口，并停止皮带输送机。

（4）进入人舱前检查通讯系统、排气阀、通风阀、气压计、温度计、通风流量表、供暖设备、时钟、显示仪、条形记录器、密封是否完好。只有以上检查完成后确认没有问题人员才可进入主舱室。

（5）换刀作业人员进入准备舱并在人舱管理员的指导下根据规定适应土舱的压力比。

（6）使用人舱时测试条形记录器是否能正常工作，供纸是否充足。应检查主舱和中隔板上的密封门是否关闭并正确锁好。（在EPB模式下一般都是关闭的）

（7）人舱管理员通过操作门阀使主舱室的压力值缓慢上升，直到达到规定的操作压力。主舱室内的人员可按照要求调节加热系统。

（8）当主舱室的压力等于盾构机土舱的压力时，操作人员可打开主舱和土舱之间的空气舱的门。人舱管理员停止条形记录器。

（9）换刀作业人员进入土舱，检查刀具磨损情况，并密切注意掌子面和水位，并将土舱内情况和需要更换刀具的情况通过电话汇报给舱外人员。

①刀具外观检查：检查刀盘上所有刀具螺栓是否有脱落现象；刀圈是否完好，有无断裂及弦磨现象；刀体是否有漏油现象；挡圈是否断裂或脱落，若挡圈脱落，还应检查刀圈是否发生移位。

②刀具螺栓的检查：用手锤敲击螺栓垫，听其声音来辨别螺栓的紧固程度，或一边敲击一边用手感觉其振动情况来辨别螺栓的紧固程度

③刀具检查过程中，应对加压的全过程压力进行记录；刀具检查的同时，对每刀具进行编号，记录刀具的磨损量，并提供刀具检查报告。

（10）关闭主舱和准备舱的隔门，打开准备舱密封门，将所需更换的刀具及工具放入舱室内后关闭密封门，升压至主舱压力值。

（11）打开隔门，用吊装工具将刀具等材料吊至主舱内。

（12）根据地质条件的不同，有可能需要降低土舱中的土位，从而便于刀盘上更换刀具。为了完全更换刀具，刀盘必须转动几次；在此期间所有的辅助物体必须遵守所有安全规则。

（13）通过人舱内的控制板将刀盘旋转至所希望的位置。

（14）通过松螺丝的方法来卸装待更换的刀具，更换滚刀时用吊装工具将刀具吊起，取下待换刀具，更换新刀并固定在刀座上。刀具更换后应重新拧紧螺丝以达到要求的紧固扭矩。

（15）刀具更换完毕后要认真检查更换刀具时所用到的工具，以防工具遗忘在开挖舱中可能对螺旋输送机产生破坏。

（16）将更换下的刀具和换刀工具运至主舱，经降压后再从准备舱内运走。

七、劳动准备

进入人员舱并在压缩空气下工作是有害于健康的。一定要专业人员操作人员舱，且必须保证每时每刻都有合格人员控制，且从人员舱出来的时间要坚持符合适当的规则。

八、换刀工具

8.1公用工具

24V行灯（带特殊插头）  2盏

拉链葫芦                5个(2吨)

短钢丝绳                5条(Ф12mm，1.2m)

长短撬棒                各1根

扳手加长套管            长短各1根

供 风 管                1条（4分管，8m）

气动扳手用气管          1条（4分管，10m）

冲洗用水管              1条（1寸管，8m）

潜 水 泵                3个(其中两个备用)

铁皮工具箱              1个(用于盛装拆下的螺栓螺母及各种工具)

气动扳手                1把(3/4”方头)

风炮                    1把

风炮用气管              1条（Ф16mm，10m）

CO2保护焊机            1台

气刨                    1台

8.2专用工具

正面滚刀：46套筒(3/4”方头)

中心滚刀：50套筒(3/4”方头)

刮刀：    36套筒(3/4”方头)

九、质量要求

（1）正面、边缘滚刀磨损量在25mm左右时即须换刀。

（2）边缘刮刀及齿刀出现较严重崩齿或刀具上的合金堆焊层磨损较严重时须更换。

十、注意事项

（1）掘进班组在接受换刀工作后，必须明确所需更换刀具的编号及换刀步骤。一般情况下，换刀时须拆一把装一把，且须由外往内更换，特殊情况时听从土木工程师的安排。

（2）为了安全以及作业方便，首先将换刀用的站人平台运进土仓并安装在仓壁上，然后在3点钟位置进行滚刀的拆卸和安装；在3点和9点钟上方位置进行刮刀的拆卸和安装。

（3）为了装刀工作的顺利进行，拆下的螺栓、垫圈、螺母、压块等必须集中放置在铁皮工具箱里。

（4）滚刀的挡圈必须朝向刀盘圆心；刀具安装好后必须确保锁紧螺栓。

图10-1 滚刀安装方向示意图

（5）搬运刀具进入土仓时要注意轻拿轻放，不能摔碰刀具，并且要注意做好保护措施，不能碰坏盾构机的任何元件，如吊挂拉链葫芦尽量不要挂在推力千斤顶的活塞杆上，当必须挂在活塞杆上时，必须将活塞杆用布包好，以免刮伤其表层；底部千斤顶要铺好走道板。

（6）拆换刀具过程中，一定要绑好刀具及抽水水泵，避免刀具及水泵掉入泥水中。万一掉入泥水中，一定要及时将其捞出，避免伤害盾构机。如果该班未完成打捞工作，应由换刀班长通知领班工程师，向上反映，以便及时完成打捞工作。在未完成打捞工作前，严禁转动刀盘，严禁继续换刀。换刀时掉下的任何物件均同此规定。

（7）换刀过程中应密切注意刀盘前面及顶部的土体的稳定性，如发现有土体往下掉或涌水等异常情况出现，土仓内的人员应立即撤离现场，并立即关闭仓门，并向土仓内注高浓度的膨润土保持土仓压力，等待下步处理。

（8）如换刀过程中需要使用乙炔+氧气切割或烧焊，必须办理动火证，准备好灭措施，烧焊过程中必须向土仓内通气，以保证土仓内有新鲜空气，操作时必须注意人员的安全。

（9）在开仓停止掘进期间加强对地表建筑沉降变形监测频率，监测频率加密到4小时1次。如果发现监测值达到警戒值应立即向上级汇报，并通知隧道内进仓人员立即撤出再关闭土仓。在制定出相关处理措施后再进行下一步施工。

十一、应急预案

开仓属于风险较高的作业，为能在紧急情况下能够及时采取应对措施，特制定此应急预案。

11.1异常气体

在开仓时采用气体检测仪对土仓内气体进行检测，在检测之前禁止在土仓附近动火及使用无防爆功能的照明灯具。一旦检测出有异常气体，应立即疏散土仓、人闸附近的人员，盾构机内禁止动火或使用非防爆照明，并向土仓内强制通风，使异常气体浓度降到安全状态，方可进仓作业。进仓后应不间断的通风和气体检测。

11.2氧气、乙炔泄露

氧气、乙炔瓶必须保持相隔不小于5m的安全距离，并且安装防火阀、防撞胶圈。当发现有氧气、乙炔泄露时应立即关闭气瓶闸阀，并将附近明火熄灭。

11.3掌子面突然冒水

如果掌子面突然有较大冒水，应立即撤出所有人员、机具后关闭土仓闸门。并从操作室观察土仓压力变化及测量监测地表沉降。启动相应防坍塌应急预案。

11.4人员损伤

在开仓、换刀等作业过程中如果发生人员割伤、高空坠落、砸伤、挤伤等以外伤害，应首先用急救包进行止血，再将伤员送上地面。

对伤势重或伤情复杂难以判断的伤员，如无木板或人手不够（少于三人），最好让伤员就地平躺，不要搬动，火速打电话请急救中心派车救治。在等车时托起伤员下巴，让其保持呼吸道通畅。等待专业医护人员处理。

对明确的脊柱损伤的伤员不能随便搬动其头颈部和腰部，禁止曲伸、转动、搓揉其身体。 搬运时宜用木板或平板担架，应多人（三人或三人以上），用手平托起伤员的身体，将伤员托上木板或平板担架。如伤员诉说颈部疼痛，尽可能用沙袋或衣物塞至颈部两侧以作固定。等待专业医护人员处理。