开仓换刀方案

福州市轨道交通1号线工程09合同段 【城门站～三角埕站】土建施工

盾构开仓换刀方案

编制人：＿＿＿＿＿＿ 审核人：＿＿＿＿＿＿ 审批人：＿＿＿＿＿＿

中铁十九局集团有限公司

2013年4月

目 录

一、编制目的和原则 .......................................... 1 二、编制依据 ...................................................... 1 三、工程概况 ...................................................... 1 四、开仓刀具检查前准备工作和作业时通风 .. 3

4.1开仓前的准备工作 ................................................................................. 4 4.2开仓作业时仓内通风 ............................................................................. 8

五、施工监测 ...................................................... 9 六、施工应急注意事项 .................................... 10 七、作业人员 .................................................... 12

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一、编制目的和原则

根据近期盾构施工情况及盾构掘进参数分析，为了保证施工期间的安全、质量，合理的安排施工工期，编制盾构开仓换刀方案。

1、为盾构施工中的开仓换刀作业提供技术指导； 2、确实保障作业人员、作业环境的安全； 3、保障开仓换刀工作的安全、有序、快速进行。

二、编制依据

1、《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999。 2、《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》。 3、福州地铁轨1号线城三盾构区间详勘报告。 4、福州地铁轨1号线城三盾构区间施工图。

5、近期盾构掘进推力较大、刀盘扭矩较小、掘进速度慢（1mm/min）、渣土温度高等原因，我项目部研究分析认为有可能是刀盘刀具损坏，会议议定开仓检查刀具并更换。

三、工程概况

本次盾构机停机位置盾构机切口处于里程XK21+7.94，地面为福峡路进入市区方向车道，周边近距离内无建（构）物与地下管线。盾构掘进掌子面土层上部为17C中风化凝灰熔岩，下部为18C微风化凝灰熔岩。其中中风化凝灰熔岩RQD=30~50%，承载力特征值fak为2000~2500KPa，岩石单轴饱和抗压强度50~119MPa ；微风化凝灰熔岩RQD=60~80%，承载力特征值fak为5000~10000KPa，岩石单轴

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饱和抗压强度107~125MPa，详见下列图表。

图3.1盾构切口位置地层剖面图

抗剪强度 重度 地层名称 γ(kN/m3) E0（MPa） （kPa） ⒃c碎裂状 0.30~ 强风化凝灰熔岩 ⒄c中风化凝25.5 灰熔岩 ⒅c微风化凝26.0 灰熔岩 0 600~12045~55 0.22 200~500 40~45 0.26 0.21~ 107~125 28~32 10000 5000~ 0.25~ 50~119 25~28 2000~2500 22.0 130~150 50~70 35~40 0.35 3~26 600~700 φ （度） 变形模量粘聚力C内摩擦角ν （MPa） 泊松比和抗压强度（×103MPa） ƒak(kPa) 岩石单轴饱弹性模量 征值承载力特表3.2岩层物理学指标

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地层地质年代 编号 碎裂状 上侏罗统南园群侏罗系 J3n 凝灰熔岩 岩~较软岩； 岩体破碎， 岩体基本质量等级为V 级。 青灰、灰黄色，凝灰熔岩结构，块状构造，主要矿物成分为长石和上侏罗统南园群侏罗系 J3n ⒄c 凝灰熔岩 RQD≈ 30~50%；较难击碎~难击碎，属较硬岩～ 坚硬岩； 岩体较破碎~较完整， 岩体基本质量等级以Ⅳ～Ⅲ级为主，局部达Ⅱ级。 青灰色，凝灰熔岩结构，块状构造，主要矿物成分为长石和石英晶上侏罗统南侏罗系 园群J3n ⒅c 凝灰熔岩 声脆，难击碎，属坚硬岩；岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ级。 微风化 屑，节理裂隙稍发育，岩芯多呈长柱状， RQD≈ 60~80%； 锤击中风化 石英晶屑，节理裂隙发育～较发育，岩芯多呈块状、短～长柱状，⒃c 强风化 物已风化变质，岩芯多呈碎块状，局部呈碎屑状，锤击易碎，属软灰褐、灰黄、灰白色为主，部分灰绿色，碎裂状构造，部分原岩矿地层名称 地层描述 表3.3地层特征及分布

以上图表中可以看出，盾构切口位置的岩石节理裂隙发育一般（RQD值最小30%），承载力特征值较大（最小的2000KPa），岩石单轴饱和抗压强度较大（最小值50MPa），岩土自立性能稳固，强度满足盾构开仓条件。

四、开仓刀具检查前准备工作和作业时通风

本盾构机刀盘在硬岩区刀具的布置如下：

刀盘滚刀开挖直径6.43m，刀盘配置双刃中心滚刀4把，正面单刃滚刀19把，边缘单刃滚刀8把，正面齿刀46把，四孔边缘内刮刀18把，四孔边缘直刮刀4把，四孔边缘外刮刀8把（左右各四把），刀盘开口率33%，滚刀刀圈距刀盘面175mm，刮刀距刀盘面140mm，滚刀与刮刀相对高度差35mm。

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4.1开仓前的准备工作

人员及换刀工期安排及组织结构图

经理：江志周工程部：王颖副经理：萧雨物资部：李宁技术交底换刀一组换刀二组应急物资

图4.1组织结构图

换刀工期：本次开仓换刀时间按排3天；

人员安排：换刀人员12人，辅助工6人；盾构机司机1人、土木工程师1人。

开仓和换刀的工具、机料准备如图

气动扳手 重型套筒 大平口螺丝刀 手链葫芦 铁锤 电筒 水管 换刀专用的平台 刀具滑动用木板 焊机 2个 50、46mm 4把 1t（6个3m，1个1m） 1个 2个 1根 1套 1块 1台 图4.1.1换刀材料 重型套筒方头 敲打重型扳手 4根撬棍 提升带 方木 防水照明灯具 气管 风铲 氧气、乙炔 焊条 19mm 55、51、46、41mm 4根1m 3根1t、3根2t 3块100 mm*100 mm 2盏 1根 5把 各两瓶 2包 开仓流程如图4.1.2所示。

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开仓位置确定开仓准备工作确认土仓内通风 出渣降压 气体检测 气体检测进仓作业 压风排气不合格 气体检测合格打开仓门作业过程中通风不撤出合作业格人员气体持续检测合格继续施工作业结束关闭仓门

图4.1.2开仓流程图

1、开仓位置的确定

根据近期盾构施工参数的变化，盾构总推力较大、刀盘扭矩小、掘进速度慢等因素（掘进速度约1mm/ min），确定在刀盘切口里程为XK-217.94时开仓换刀。

2、开仓准备工作

（1）拼装完成223环管片之后，开动刀盘、螺旋输送机皮带输送机等系统，进行土仓的清仓；

（2）检查前体承压墙、人闸上的球阀及闸阀，对堵塞的球阀及闸阀进行疏通，保证能够正常使用；

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（3）对呼吸空气系统进行检查，保证其功能正常； （4）对盾构机各系统进行检查，保证其功能完好；

（5）对进行开仓换刀的操作人员进行开仓换刀前的安全技术教育培训，对换刀的操作程序、安全事项等进行详细的交底； （6）准备好需更换的刀具及其附件如螺栓、锁块等；

（7）准备好照明灯具、小型通风机、风镐、潜水泵、风动扳手、葫芦、木板、安全带等材料、工具及机料具；

（8）对可能发生的突发事件作好充分的估计及应对措施； （9）在开仓之前记录土压力传感器压力、所有推进油缸压力、推进油缸伸长量、VMT的测量距离等参数，在开仓、换刀期间，盾构机司机随时注意以上参数的变化，若参数发生异常变化，及时通知现场土建工程师做现场分析调整。

3、出渣降压

由盾构机司机通过螺旋输送器，将土仓内的渣土、水输出，同时通过盾构机自带呼吸空气系统排气，降低土仓内压力，排土及降压的过程中随时观察土仓内压力传感器的数值。土仓内渣土降至人仓门底部以下之后，停止出渣，出渣的过程中在螺旋出土口处进行气体检测，并记录数据。

4、通过人仓板上的球阀对土仓内气体进行检测，检测合格后做活体试验（选择对空气质量敏感、能发声音、体积不太大的动物，如鸡），按照要求做好记录。

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气体检测标准表

气体种类 氧气 CH4 CO2 CO 氮氧化物 SO2 H2S NH3 容许最高浓度 19.5%～23% 不超过1% 9000 mg/m3 不超过0.0024% 5mg/m3 5 mg/m3 10 mg/m3 30mg/m3 标准限量 ≥20 ＜0.75 ≤0.5 ≤30 ≤5 ≤0.0005 ≤0.00066 ≤0.0 5、开仓前压风排气

利用盾构机原有人仓保压系统为排气管路，盾构机主机内和后续台车全部使用原有的管路。利用泡沫系统管路，通过刀盘上的泡沫孔，向土仓内送风，同时打开原保压系统管路阀门，将压出气体排至预定区域，气体通过洞内压入新鲜空气的稀释，随洞内空气排出洞外，如图4.1.3所示：

6、打开仓门

气体检测合格后，首先检查土仓压力在通风过程中是否发生变化，土仓内水位情况是否异常，清查人仓内非防爆设备，在开仓前对人仓空气质量再次进行检测，合格后方可打开仓门。

盾体洞外送风刀盘原保压系统阀门泡沫系统送风土仓刀盘上泡沫注入孔洞内风流循环原保压系统管路5号台车后3米洞内风流循环图4.1.3 开仓前通风示意图

掌子面

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4.2开仓作业时仓内通风

1、土仓内通风和气体检测

仓门打开后，先进行活物试验，等活物实验完成合格后，气体检测人员携带气体检测仪器和防爆手电，首先对土仓顶部以及人仓附近左下和右下方空气进行检测，同时现场值班土建工程师判断地层情况，确认安全后，方可进入土仓进行下一步检测，全面检测完毕且判断地层稳定，空气质量合格，经现场负责人复核确认。判断安全后，维保人员进仓，安设安全灯具和打开通风口处仓内盖板，引入风管进行通风，开始空气循环，同时停止泡沫系统的压风，如图4.2.1所示：

2、刀具检查和刀具更换

2.1滚刀检查内容包括：滚刀的磨损量和偏磨量，滚刀刀圈的脱落、裂纹、松动、移位等，刀具螺栓的松动和螺栓保护帽的缺损情况；刮刀的合金齿和耐磨层的缺损和磨损以及刀座的变形情况；刀盘牛腿磨损及焊缝开裂情况，利用专用量刀工具对刀盘刀具进行测量，依照以前制定的刀具档案对其对号入座，并分别记录。

2.2刀圈产生偏磨、刀圈脱落、裂纹、松动、移位情况下必须进行更换，边缘滚刀磨损量在8~10mm，正面区滚刀磨损量在15~18mm，中心区滚刀磨损量在15~18mm进行更换（以上数据为参考值，可按实际情况进行修正）；刮刀和齿刀更换标准：金齿缺损达到一半以上和耐磨层磨损量达2/3以上进行更换。

3、作业过程中的通风和气体检测

在刀具处理过程中，必须保证通风的连续性，并由气体检测人员

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对土仓内气体进行不间断检测，如有异常，应及时撤出土仓内人员，加强通风力度，待土仓内气体浓度合格后，方可继续进行进仓作业。

4、关闭仓门

刀具处理完毕后对土仓及刀盘前方进行全面的检查，避免工具、杂物遗漏在土仓内。确认后关闭所有预留送风口、排气口、阀及仓门，关闭情况由当班机械技术人员检查，机电副总工复核，符合要求后，盾构机恢复掘进。

盾体洞外送风刀盘仓门送风孔土仓洞内风流循环洞内风流循环

图4.2.1开仓后通风示意图

五、施工监测

开仓检查更换刀具时，为了及时准确的了解地表沉降情况，需要在开仓里程地面加密布置地面监测点，详见图6.1开位置地面监测点布置图。

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刀盘位置盾构机位置地面监测点

图6.1开位置地面监测点布置图

六、施工应急注意事项

1、加强对开仓人员进行安全技术交底，特殊情况下的施工需进行安全培训。

2、开仓程序必须经项目经理部审核，报监理部审批许可后方可启动开仓程序。

3、开仓前，通知监理对开仓全过程进行旁站、监督。 4、开仓作业的准备工作必须提前做好，一旦开仓，必须保证作业立即开始。

5、开仓后先观察掌子面的稳定情况，经判断稳定后，再进入土仓作业。

6、由气体检测人员利用气体检测仪器检测施工环境气体质量，如果空气质量不达标，应暂缓进入工作面，继续通入空气，直至环境气体质量达到安全要求。

7、在作业过程中必须有一名值班人员对掌子面稳定情况进行观察。如有异常应及时通知并要求人员撤至安全地点，采取处理措施。

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现场存放应急物资，如聚氨酯、快硬水泥、水玻璃等堵漏防水应急物资，并存放装满沙石的编织袋不低于50袋，作为塌陷回填应急物资，地面上联系搅拌站随时准备商品混凝土及泵车为地面回填做准备。

8、严禁在隧道内抽烟。

9、盾构机内如需进行动火作业，必须先办理动火审批手续，后由气体检测人员对动火区域内的气体进行检测，安全合格且得到安全员许可后，方可动火。

10、在刀具更换过程中需要持续通入空气且不断对空气质量进行检测，一旦发现有害气体浓度超标，工作人员马上撤出工作面，加强通风。

11、土仓内照明必须使用防爆灯具，必须使用安全电压。 12、在盾构机内部和人仓外侧布置干粉灭火器。

13、由于盾构机土仓作业空间较小，进仓人员不易过多，一般以三个进仓作业为最好，采取轮班制。

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七、作业人员

开仓换刀人员花名册

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

姓名 萧 雨 王 雨 李茂鹏 鲁翔宇 崔哲源 王松郁 马 帅 江志平 苟汉洋 工种 管 理 管 理 电工作业 安全员 电工作业 管 理 电气设备 机 修 机 修 序号 10 11 12 13 14 15 16 17 18 姓名 王武东 黄炳银 江信义 江信富 杨德超 王志成 白庆雷 江山 许太云 工种 专 家 拼装班长 拼装班长 拼装班长 电气焊 电气焊 普 工 机 修 普 工

12 中铁十九局集团有限公司 12

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