馬勤義，陳勇

（重慶交通建設(shè)（集團）有限責任公司，重慶 401120）

復(fù)合式TBM施工中配套設(shè)備優(yōu)化研究

馬勤義，陳勇

（重慶交通建設(shè)（集團）有限責任公司，重慶 401120）

復(fù)合式TBM施工中，整個施工循環(huán)由多個工序組成，每一步工序中使用的配套設(shè)備的機況直接影響著該工序所消耗的時間，同時影響整個循環(huán)作業(yè)時間，進而影響整體工期和工程造價，所以配套設(shè)備的性能起著非常重要的作用。本文以某區(qū)間隧道工程中使用的門吊、編組、電瓶、除塵系統(tǒng)優(yōu)化研究，為同類型TBM施工配套設(shè)備選型提供有益建議。

隧道施工；隧道掘進；復(fù)合式TBM；施工循環(huán)；TBM施工

0 引言

TBM隧道施工是一種集開挖、出渣、運輸、支護進行循環(huán)的施工方式，后配套及配套設(shè)備是施工過程中必不可少且起著重要作用的一系列設(shè)備，設(shè)備的配置是否合理，操作是否方便，都直接影響著生產(chǎn)安全及施工工期。本文對該項目所使用的部分配套設(shè)備在實際使用過程中出現(xiàn)的一些問題進行分析研究并提出優(yōu)化方案，為以后類似配套設(shè)備選擇提供有益建議。

1 項目概況

重慶軌道環(huán)線南體區(qū)間隧道長度為569m，體冉區(qū)間隧道長度為572m,隧道穿越斷面以砂巖為主，夾雜砂質(zhì)泥巖地層，或交替出現(xiàn)，區(qū)間埋深31～40m,最大坡度為22‰，最小轉(zhuǎn)彎半徑R=370m。水文情況：地層中水量較少。

1.1 TBM性能參數(shù)（表1）

表1 TBM整機性能參數(shù)

1.2 出渣方式

出渣方式包含皮帶機輸送、水平運輸、以及垂直運輸，具體是開挖下的渣土通過TBM設(shè)備上配備的皮帶機輸送到出渣口落入渣車中，編組列車水平運輸?shù)截Q井，龍門吊將渣斗垂直吊起，然后將渣土傾倒到渣坑中。

2 后配套設(shè)備的組成

TBM配套設(shè)備主要包括隧道內(nèi)水平運輸設(shè)備、施工豎井垂直運輸設(shè)備、隧道內(nèi)通風設(shè)備、砂漿攪拌設(shè)備、隧道內(nèi)供水供電設(shè)施等，主要配套設(shè)備配置見下表。

3 配套設(shè)備選型原則

表2 配套設(shè)備組成

配套設(shè)備選型主要考慮以下幾個原則：外形尺寸原則、滿足施工進度要求原則、保證施工安全原則、采用廠家通用標準原則和設(shè)備能力等級取大原則。下面針對該項目使用的編組列車、龍門吊及除塵系統(tǒng)施工中的實際性能及效率進行分析研究。

4 龍門吊

該項目TBM施工均采用兩臺型號為45/15t門吊。在使用過程中出現(xiàn)以下一些問題，通過分析研究，并針對性地制定了優(yōu)化方案。

（1）操作室設(shè)計在立柱底部對于操作人員的視野具有局限性，容易引起安全事故，同時增加工作難度。

設(shè)計優(yōu)化：為了操作方便和觀察方便，操作室應(yīng)設(shè)置在側(cè)方位橫梁中間一邊觀察四周以及底部。

（2）在操作過程中因為豎井過深，操作者經(jīng)常需要隔著玻璃俯視豎井底部，這種姿勢容易造成誤動作。

設(shè)計優(yōu)化：須在門吊頂部大小鉤中間裝設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)，方便操作人員觀察。

（3）整個施工過程中因為門吊翻渣鉤的故障造成施工停滯時間較多，主要原因在于翻渣鉤設(shè)計為電動機帶動聯(lián)軸器直接動作，全部為硬性構(gòu)件，而翻渣鉤在實際運用過程中經(jīng)常需要微調(diào)，所以故障率較高。

設(shè)計優(yōu)化：為了避免此部件帶來的影響，翻渣鉤驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)改為液壓式傳動，操作過程中無形中起緩沖作用，而且穩(wěn)定性較好，不易損壞（圖1）。

圖1 門吊翻渣鉤

（4）滑動變阻器的安裝位置，正常運行停止后電動機還會有微小的慣性轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生電能重啟損壞變頻器，為消耗這部分電能在變頻器和電機之間裝設(shè)滑動變阻器，而在消耗瞬間，變阻器發(fā)熱較嚴重容易燒斷連接片。

設(shè)計優(yōu)化：所以滑動變阻器組件應(yīng)設(shè)置在有空調(diào)的室內(nèi)。

（5）門吊夜班使用過程中照明專用變壓器發(fā)熱嚴重已燒壞原裝變壓器，減少了照明數(shù)量。

設(shè)計優(yōu)化：門吊屬于特種設(shè)備，夜間施工時照明范圍要廣，強度需高，為此應(yīng)將原容量為0.12kVA的變壓器更換為0.4kVA。

（6）龍門吊小鉤設(shè)計最大載重量為15t，按照管片每次下方最重為17.4t超出15t，存在安全風險。

設(shè)計優(yōu)化：將龍門吊小勾改造裝設(shè)在大鉤下端中心，既解決了承重不足的問題，還能節(jié)約小鉤配套的所有構(gòu)件成本。

（7）更換或維修電瓶車時需吊機車，機車自重55t，門吊大鉤承重不足。

設(shè)計優(yōu)化：應(yīng)配置門吊大鉤為55t的龍門吊。

5 編組列車

使用編組組成為一臺電瓶車、五節(jié)渣斗、一臺砂漿車、兩臺觀管片運輸平板車。通過使用發(fā)現(xiàn)以下幾點需要優(yōu)化。

（1）電瓶車電氣柜及裸露接頭需完全密封。因在TBM施工中考慮到巖層涌水較多而且不可預(yù)測。

設(shè)計優(yōu)化：為了防止因為涌水導(dǎo)致電瓶車故障，電氣柜及裸露的接頭必須密封。

（2）正常渣土運輸過程中需要有專人觀察周圍環(huán)境防止出現(xiàn)故障及事故，因為在會車以及坡度較大地方會突然出現(xiàn)減速和加速，所以需重視觀察員的安全問題。最后一節(jié)平板小車通常裝有TBM施工輔助材料。

設(shè)計優(yōu)化：在最后一節(jié)平板小車角落設(shè)直角護欄保證觀察員安全，而不影響輔助材料運輸。

（3）對于轉(zhuǎn)彎半徑過大的隧道，考慮到電瓶車轉(zhuǎn)彎時容易跳道，所以對軌道鋪設(shè)的要求較高。

設(shè)計優(yōu)化：可以通過先彎曲軌道接好雙軌后，整體運輸鋪設(shè)解決此問題。

（4）運輸過程中部分區(qū)間因坡度過大導(dǎo)致牽引機車抖動嚴重行駛緩慢，從而影響施工速度。

設(shè)計優(yōu)化：從機車本身出發(fā)增加機車自身重量降低抖動頻率，按現(xiàn)場實際情況增加兩噸自重，抖動明顯減少且行駛速度提升，另一方面，因牽引力基于兩臺160kW電機，由一臺額定容量為355kW的變頻器控制。

（5）機車出現(xiàn)的大部分故障都基于保養(yǎng)的情況，鑒于常見的故障重復(fù)性出現(xiàn)，所以對機車實行針對性保養(yǎng)。

設(shè)計優(yōu)化：交接班時檢查氣路是否漏氣，剎車是否正?？捎茫粰z查電瓶電量是否滿足要求；檢查機車是否有異響。

（6）由于整個編組在運行過程中軸承部位需要同步保持潤滑狀態(tài)，必須保證此類部件有足夠油脂。

設(shè)計優(yōu)化：需要每天檢查油脂量及油脂管路暢通，清理注油器。

6 電瓶

電瓶車使用與編組相配套型號為88-8DB800的牽引用鉛酸蓄電池，每臺電瓶規(guī)格為176V 800Ah。

（1）電瓶充放電過程中需經(jīng)常通斷充電插頭，經(jīng)常損壞連接器。

設(shè)計優(yōu)化：固定插頭，連接插頭減少為一只（正負極均使用單線充電）減少損壞數(shù)量,插拔過程不得強行拖拽。

（2）電瓶和鐵皮之間絕緣距離過小，且經(jīng)常有雜質(zhì)沒清理干凈，導(dǎo)致拉弧現(xiàn)象損壞電瓶，嚴重時會發(fā)生爆炸。

設(shè)計優(yōu)化：為減少損壞率降低維修成本，使用之前增加電瓶和鐵板之間的絕緣板，每次充放電必須沖洗干凈表面的雜質(zhì)。

圖2 充電中的電瓶

7 除塵系統(tǒng)

除塵系統(tǒng)為隧道內(nèi)TBM施工提供良好的施工環(huán)境保障，該項目TBM配置高效能的干式除塵器，利用除塵風機產(chǎn)生的負壓將開挖倉內(nèi)的粉塵抽出過濾、收集；同時配合隧道內(nèi)的壓入式通風系統(tǒng)，通過設(shè)備自帶的二次風機，可以將清潔空氣壓入到主機工作區(qū)域，達到防止土倉內(nèi)的粉塵通過皮帶機向外擴散，保持工作環(huán)境清潔的目的（圖3）。

圖3 除塵系統(tǒng)示意圖

（1）正常施工中空氣質(zhì)量達不到預(yù)期，灰塵較大.

優(yōu)化研究：針對除塵不能快速除盡問題，可以在前盾隔板上設(shè)計兩到三個除塵口，加快空氣流速，并且加大除塵風管以增加空氣的流通量，從而加快除塵速度。

（2）除塵一、二級螺旋需要經(jīng)常清理，難度較大而且會影響施工進度。

優(yōu)化設(shè)計：將除塵一級螺旋改為皮帶輸送便于清理，去除除塵二級螺旋直接將除塵集料斗安置在皮帶機出口下方節(jié)省清理時間，節(jié)約成本。

（3）掘進過程中需要經(jīng)常手動啟停除塵風機，且除塵系統(tǒng)在操作室對面，需要穿過軌行區(qū)才能去啟動除塵系統(tǒng)，在通過軌道區(qū)域時存在安全風險。

優(yōu)化研究：在除塵風機進風口加裝空氣質(zhì)量傳感器，信號連接至除塵系統(tǒng)控制箱，實現(xiàn)按照空氣質(zhì)量自動控制啟停。

8 結(jié)論

TBM施工配套設(shè)備配置是否合理，關(guān)系到項目的整體施工進度、施工安全、工程造價等。本文通過對龍門吊、編組、電瓶及除塵系統(tǒng)的運行狀況進行分析研究，并針對性地進行優(yōu)化，在保證安全的同時，縮減了施工工期，降低了工程造價。為以后類似項目配套設(shè)備選型提供有益建議，具有較高的推廣價值。

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Research on Corollary Equipment Optimization in Compound TBM Construction

In the compound TBM construction,the whole construction cycle consists of a number of processes.The work situation of the corollary equipment used in each process directly affects the time spent in this process,affects the work time of the entire cycle,and further affects the overall duration and project cost,so the performance of corollary equipment plays a very important role.This paper studies the optimization of the door hanging,marshalling,battery and dust removal system of a tunnel project,and provides useful suggestions for the corollary equipment selection of TBM construction.

tunnel construction;tunnel drilling;compound TBM;construction cycling;TBM construction

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0028-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.28

2017-07-04

馬勤義（1987-），男，甘肅定西人，?？?，助理工程師，主要從事城市軌道交通建設(shè)項目機電管理工作。

責任編輯：孫蘇，李紅