1 前言
随着我国轨道交通的不断发展，盾构施工为目前最安全、最有效的区间施工工艺。盾构法施工较适用软土地层，在存在孤石、硬岩的地层施工较困难，施工难度较大。其中盾构刀具的磨损和更换，是盾构掘进过程中的重中之重。
2 换刀方案的选择
目前采用较多的换刀方法主要有两种：气压换刀和常压换刀，其中常压换刀又分为预处理常压换刀和注浆常压换刀两种。
1) 气压换刀
利用盾构机自带的两台空压机或辅助压气设备，对土仓进行加气压，，将土仓内的水、土用空气进行置换，用气压代替原来的水土压力，建立土仓内气压和仓外水土压力平衡，然后人员进入土仓内带压作业，进行刀具更换。
2) 常压换刀
在不加气压的情况下，利用土体的自身稳定性平衡仓外的水土压力，然后人员在常压下进入土仓进行刀具的更换作业。
常压分两种：预处理常压换刀和注浆常压换刀。
预处理常压换刀：提前确定换刀地点，在地面预先采用三轴搅拌桩、旋喷桩等土体加固措施提前对土体进行加固，增强土体的自稳性能，然后盾构机进入加固区后，进行常压开仓换刀的施工方法。
注浆常压换刀：通过刀盘注浆孔，向土仓内注入水泥浆，采用水泥浆替换原状土，辅助盾构机超前地质钻孔钢花管注浆，利用注浆体形成帷幕，并增加土体的自稳性能，然后进行常压清仓和刀具更换的施工方法。
3) 换刀方法比较
3 开仓前的准备工作
1） 开仓换刀地点的选择
换刀地点应尽量避免在建筑物、城市主干道及管线下方。按照成都轨道交通现在的刀具配置和换刀距离，要求施工单位最多500米必须进行一次刀具检查或更换。
2） 沉降监测
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3-1开位置地面监测点布置图。
图3-1开仓位置地面监测点布置图
3） 审批程序
在盾构开仓前，施工单位必须编制专项施工方案和应急预案，方案必须按照相关规定，组织专家论证，并经过监理单位和建设单位审批同意后方可开仓换刀。
在盾构开仓前，施工单位项目经理（或总工程师）应组织对安全条件进行自检，自检合格后，需填报《施工前条件验收申请表》，由项目经理（或总工程师）签字后，向监理单位提出盾构开仓申请。监理单位接到施工单位提交的盾构开仓申请，由总监理工程师（或总监代表）组织施工单位（必要时请设计单位参加），对盾构开仓安全条件进行核实验收，必要时应组织施工、设计及专家对盾构开仓施工方案进行论证。监理单位验收合格后，填写《施工前条件验收记录表》，经总监理工程师（或总监代表）签字后，施工单位方可进行盾构开仓作业。
4） 开仓准备
为确保开仓作业的连续、快速，必须做好充分的准备工作：
（1）开仓前一天确定开仓作业人员名单（人员具备丰富的开仓经验、身体敏捷）、岗位职责，明确开仓现场第一负责人；由项目部技术负责人给予技术交底，项目部安全管理人员给予安全教育及安全技术交底，对每一项要求进行核实并签字确认；参与开仓人员必须能领会开仓技术交底要求。
（2）开仓时，施工单位必须有项目部主要领导在工作面值班指挥，并做好工作面、地面指挥部的通讯联络工作，确保通讯畅通。
（3）在开仓前准备好各种设备和器具；
（4）开仓作业前应对盾尾后管片进行正欢注快凝双液浆进行封堵，减少管片后方来水。
（5）开仓作业前须进行安全评估。换刀地点的降水井水位应低于隧道开挖面以下。
（6）出渣降压
开启螺旋输送机出渣，并适当转动刀盘，同时观察土仓压力变化情况，等土仓内渣土降至人仓门底部以下之后，停止出渣，在出渣的过程中在螺旋出土口进行气体检测。
通过人仓板上的球阀对土仓内气体进行检测，并由第三方气体检测单位进行气体检测合格后方可进行施工，并按照要求做好记录。检测标准参照下表：
表3-1气体检测标准表
（8）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，排气管出口设置在5号台车后3米处，远离灯具和高压电缆接头。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。
图3-2 开仓前通风示意图
图3-3开仓流程图
4 开仓换刀
1) 常压换刀
(1)当土仓内上部压力较低后，打开人闸门下部附近与土仓壁相通的球阀，观察相通口情况，当相通口无渣土等异物涌出并在出渣过程中有气体吸入土仓时，停止出渣并打开人阀门；
(2)打开人阀门后首先对易燃、易爆、有毒气体进行检查，然后派技术管理人员观察土仓内及掌子面的情况，当掌子面稳定且无大的流水涌入仓内，判断可以换刀后报监理，当业主，监理，施工方三方认定后才可进入仓内进行泥饼清理及换刀作业；
（3）每次只允许两人进入仓内进行换刀作业，同时必须有一人在人阀内，一人在盾构主控室内，以防止突发事件，及时关闭人阀门，螺旋输送机阀门和对外联络；
（4）当土仓内有人作业时，螺旋输送机阀门和人阀门一直处于开启状态，当土仓内无人作业时，可关闭人阀门和螺旋输送机，但再次开启人阀门前必须先打开阀球，确定安全后再开启人阀门；当土仓内无人作业且人阀门不关闭时，必须时时有人在人阀门内观察土仓情况，并关闭螺旋输送机，当再次换刀作业前将螺旋输送机阀门打开；
（5）换刀期间刀盘转动控制必须在人阀内进行，换刀过程中尽量减少刀盘转动，尽量在刀盘转动一周中将刀具更换完毕，更换时做到拆一把换一把，并做好记录，完成后对所用更换的新刀具进行检查，确认固定牢固，螺栓紧固力矩符合要求，并将土仓内所有工具与杂物清理干净；
（6）在换刀过程中，时时观察掌子面情况，当发现掌子面有剥落和流水涌入时，及时上报业主，监理，经讨论后决定是否进行换刀作业；在更换过程中，土仓要持续通风，且不断对空气质量进行检测，一旦发现有害气体浓度超标时，应立即通知仓内作业人员撤出工作面。
2）带压换刀
如果地质条件不具备常压开仓换刀条件，必须采用压气带压换刀方法，应遵循以下原则：
（1） 带压换刀方案应通过专家评审；
（2） 应遵守国家压气作业相关规定：
（3） 带压换刀人员必须经过体检与培训后方能进仓作业；
（4） 带压进仓作业设备进行全面检查和试运行，两套压气调节设备应全部正常；
（5） 除盾构本身电力空压机进行供气之外，还应备用一套柴油空压机，以保证停电时也可以不间断供气；
（6） 压气过程中应有专业压气师进行压气指导；
（7） 压气仓内只允许使用24V或36V安全电压电源。
5 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，关闭情况由相关人员检查复核，符合要求后，盾构机方可恢复掘进。
论文作者:宋福疆
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第6期
论文发表时间:2017/7/31
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