李源輝

(廣州市城市建設(shè)工程監(jiān)理公司 510060)

淺談“雙模式盾構(gòu)機(jī)技術(shù)”的原理及應(yīng)用

李源輝

(廣州市城市建設(shè)工程監(jiān)理公司 510060)

本文針對(duì)泥水平衡盾構(gòu)、土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)模式優(yōu)、缺方面的闡述

雙模盾構(gòu)機(jī)；技術(shù)原理及應(yīng)用

目前國(guó)內(nèi)盾構(gòu)施工中通常使用的盾構(gòu)機(jī)為單一模式的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)或泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，且各受有較大的局限性。土壓盾構(gòu)在掘進(jìn)效率、排渣能力方面優(yōu)于泥水盾構(gòu)，但地表沉降控制難度高、且沉降控制相對(duì)薄弱，容易出現(xiàn)沉降過(guò)大等問(wèn)題。泥水盾構(gòu)對(duì)地層的擾動(dòng)小，能把地表沉降控制在較小的范圍內(nèi)，在地面沉降控制方面有較大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)土倉(cāng)內(nèi)壓力的平衡控制更為穩(wěn)定。但在灰?guī)r地層中，由于裂隙發(fā)育，巖石強(qiáng)度不均，盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)切削下來(lái)的石塊大小不一，不但容易造成排漿管堵塞；而且排渣不暢，在土倉(cāng)內(nèi)堆積亦會(huì)對(duì)刀具造成破壞等。兩種盾構(gòu)機(jī)適用性的分析中，在地表要求不是很?chē)?yán)格的情況下，用土壓盾構(gòu)機(jī)比較適應(yīng)；在地表要求高、且施工場(chǎng)地大時(shí)，用泥水盾構(gòu)機(jī)更能有效地保證施工質(zhì)量與施工安全。

一、雙模式盾構(gòu)機(jī)技術(shù)原理

所謂“雙模式盾構(gòu)機(jī)”同時(shí)具備泥水平衡掘進(jìn)模式和土壓平衡掘進(jìn)模式，渣土排出配備了螺旋輸送機(jī)和泥漿管。雙模式盾構(gòu)機(jī)適用大多數(shù)地層中的掘進(jìn)，可根據(jù)地質(zhì)及地面沉降控制要求不同，采用泥水平衡掘進(jìn)模式和土壓平衡掘進(jìn)模式中切換。技術(shù)設(shè)計(jì)上，是集成了土壓平衡盾構(gòu)機(jī)、泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)理念與功能，將土壓和泥水兩套系統(tǒng)和設(shè)備安裝在一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)上，可根據(jù)不同地質(zhì)、地層的變化，利用可拆卸的刮料裝置和互換型承壓隔板,實(shí)現(xiàn)了土壓平衡模式開(kāi)挖和硬巖敞開(kāi)模式開(kāi)挖兩種不同掘進(jìn)模式之間實(shí)現(xiàn)快捷地相互切換。既保證工程優(yōu)質(zhì)高效，又確保隧道施工的質(zhì)量安全。在轉(zhuǎn)換模式時(shí)，不需要拆裝任何東西，只要通過(guò)控制系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)和泥水平衡盾構(gòu)機(jī)之間的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)在兩種模式情況下的正常掘進(jìn)。在設(shè)備布局上，因盾構(gòu)機(jī)在隧道內(nèi)作業(yè)，其工作空間受到很大的制約，本身單一模式盾構(gòu)機(jī)的設(shè)備布局都顯得非常擁擠。而雙模式盾構(gòu)機(jī)因具有兩套系統(tǒng)，對(duì)合理布局原本擁擠的盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭和后配套臺(tái)車(chē)，做到既能最大限度的節(jié)省空間又能妥善安置兩套系統(tǒng)對(duì)設(shè)備安裝布局形成一定的難度。在部件兼容性上，因盾構(gòu)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開(kāi)挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測(cè)量導(dǎo)向糾偏等功能，加之工作環(huán)境惡劣，對(duì)配件的性能和可靠性要求非常高，所需配件安裝在一起時(shí)需要考慮其兼容性。

二、雙模式盾構(gòu)機(jī)技術(shù)應(yīng)用

目前盾構(gòu)施工中通常使用的一般為單一模式的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)或泥水平衡盾構(gòu)機(jī)。兩種模式的盾構(gòu)機(jī)各有其施工優(yōu)勢(shì)。其中，泥水平衡盾構(gòu)機(jī)主要針對(duì)無(wú)粘聚力的含水砂層以及軟流塑、流動(dòng)性等特別松軟的地層，也可廣泛用于各種軟弱地層的施工，利用泥水平衡盾構(gòu)機(jī)較好的泥水壓力控制能力，可更好地保持工作面穩(wěn)定，減少地表沉降；土壓平衡盾構(gòu)適用于各種土層及復(fù)合地層，使用范圍廣，此種盾構(gòu)裝備有渣土改良機(jī)構(gòu)，以促進(jìn)開(kāi)挖渣土的流動(dòng)性，使碴土具有可塑性和不透水性，螺旋機(jī)排土順暢，土倉(cāng)內(nèi)的壓力容易控制和穩(wěn)定。但也有適用性的限制：土壓平衡盾構(gòu)機(jī)如果孔隙水壓較高、富水性較大，則有可能產(chǎn)生噴涌，工作面壓力難以保證，遇沙礫地層、地粘土層，刀盤(pán)的扭矩會(huì)增大，刀盤(pán)磨損較快。泥水平衡盾構(gòu)機(jī)如果工作面滲透系數(shù)較高，則易造成泥漿滲漏，難以保證泥水壓力，遇到粘土地段，排泥口有可能堵塞，導(dǎo)致土倉(cāng)切口水壓變動(dòng)，使工作面不穩(wěn)定，施工成本較高。

因泥水平衡盾構(gòu)機(jī)和土壓平衡盾構(gòu)機(jī)各有其限制性。而盾構(gòu)設(shè)備的種類(lèi)與地質(zhì)一一對(duì)應(yīng),都是單模式盾構(gòu)。為了解決不同地質(zhì)交替出現(xiàn)的情況,雙模式盾構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。雙模式盾構(gòu)機(jī)融合了單一模式的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)和泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，實(shí)現(xiàn)泥水與土壓兩種模式的兼容和便利切換，可以實(shí)現(xiàn)在兩種模式情況下的正常掘進(jìn)，能減少施工過(guò)程中的地表沉降，保持工作面穩(wěn)定。當(dāng)土體自穩(wěn)性較強(qiáng)時(shí)，可采用土壓模式，以降低施工成本，提高工效；當(dāng)土體自穩(wěn)性較差時(shí)，可采用泥水模式，以有效控制地表沉降，確保隧道施工的質(zhì)量、安全。雙模式盾構(gòu)機(jī)，既具備土壓盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)高效的特點(diǎn)，又能達(dá)到泥水盾構(gòu)機(jī)沉降控制好的優(yōu)點(diǎn)。雙模式盾構(gòu)機(jī)在廣州地鐵巖溶地區(qū)已成功應(yīng)用，表明了雙模式盾構(gòu)機(jī)在模式快速切換、掘進(jìn)模式功能互補(bǔ)及對(duì)復(fù)雜地層的適應(yīng)性等方面而言，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，而且可以有效降低施工中的風(fēng)險(xiǎn)，保證在復(fù)雜地層中盾構(gòu)施工的安全、施工質(zhì)量及施工進(jìn)度。

雙模式盾構(gòu)機(jī)還具備以下特點(diǎn)：1、技術(shù)先進(jìn)。融合泥水、土壓兩種模式，最廣泛地適應(yīng)復(fù)雜多變的復(fù)合地層和市區(qū)環(huán)境，能在最大程度地控制工程風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效掘進(jìn)。2、功能齊全。配備復(fù)合式刀盤(pán)，大功率的主驅(qū)動(dòng)和推進(jìn)系統(tǒng)，大扭矩的螺旋機(jī)，單管單泵的泡沫系統(tǒng)，單雙液兩套注漿系統(tǒng)，P0泵小循環(huán)系統(tǒng)，且具備逆循環(huán)掘進(jìn)功能、頂置人閘等，兩個(gè)模式可獨(dú)立運(yùn)行又可互相支持。3、切換便捷。兩種模式切換不需拆裝任何部件，只需按規(guī)定程序進(jìn)行操作，便能根據(jù)地層、地質(zhì)、環(huán)境變化的需要，隨時(shí)實(shí)現(xiàn)安全、快速的切換。4、適應(yīng)性強(qiáng)。特別適應(yīng)上軟下硬和軟硬交替的復(fù)合地層、卵石地層及對(duì)沉降控制嚴(yán)格的地面環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜條件下沉降小、掘進(jìn)快、綜合成本低的盾構(gòu)施工效果。

三、結(jié)語(yǔ)

總之，雙模式盾構(gòu)機(jī)既具有土壓平衡盾構(gòu)機(jī)所有的功能。同時(shí)，還兼顧了傳統(tǒng)開(kāi)敞式TBM的功能。雙模式盾構(gòu)機(jī)在施工中充分發(fā)揮了適應(yīng)性強(qiáng)、抗風(fēng)險(xiǎn)性能高、掘進(jìn)效率快的優(yōu)勢(shì)。其最大的意義在于可為施工單位解決復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工難題。具體來(lái)說(shuō)，主要針對(duì)復(fù)合地質(zhì)、軟土段和硬巖段，施工過(guò)程中又沒(méi)有更換盾構(gòu)的條件，此時(shí)若采用雙模式盾構(gòu)掘進(jìn)模式，能夠使設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)BM掘進(jìn)模式，則可順利通過(guò)困難區(qū)間段，保證了工期目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

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1007-6344（2016）10-0094-01

李源輝 1962年男 ，大學(xué)專(zhuān)科學(xué)歷 ，黑龍江鶴崗人，高級(jí)工程師 ，從事房屋建筑工程及市政工程施工管理工程監(jiān)理管理工作