蔡偉

（中交一航局城市交通工程有限公司，天津 300457）

盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)在地鐵建設(shè)的過程中受到了廣泛的應(yīng)用，全面提升了工程的施工速度，提升了工程建設(shè)品質(zhì)，只有通過選擇適合的盾構(gòu)技術(shù)和設(shè)備，才能充分適應(yīng)工程建設(shè)的需要，滿足施工要求。

1 工程概述

天津地鐵11 號(hào)線TJ-06 標(biāo)共計(jì)2 個(gè)盾構(gòu)區(qū)間。盾構(gòu)區(qū)間線路自環(huán)宇道站始發(fā)后沿環(huán)宇路向東行進(jìn)，至雪蓮南路小里程端接收。后盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至雪蓮南路大里程端進(jìn)行二次始發(fā)，向招遠(yuǎn)路站推進(jìn)，在招遠(yuǎn)路站接收。兩個(gè)區(qū)間線路全長(zhǎng)2.5km，最小轉(zhuǎn)彎半徑R=600m，最大坡度24‰，最大覆土厚度19.7m。

2 改造適用性分析

2.1 改造原因

我單位在天津地鐵施工運(yùn)用一臺(tái)自有盾構(gòu)機(jī)。該設(shè)備來源采用兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)組合維修、改造的總體思路，以IHI425盾構(gòu)機(jī)為主體，使用IHI437 后配套臺(tái)車進(jìn)行組合維修、改造。IHI425 盾構(gòu)機(jī)、IHI437 盾構(gòu)機(jī)是公司2008 年采購(gòu)的兩臺(tái)盾構(gòu)設(shè)備，廠家為日本中和物產(chǎn)株式會(huì)社。采購(gòu)時(shí)間接近，機(jī)器型號(hào)類似，主要系統(tǒng)部件可以通用。IHI437 盾構(gòu)機(jī)剛剛完成北京地鐵施工任務(wù)且工況良好，因直徑尺寸問題無法滿足天津地鐵施工要求，故采用與IHI425 盾構(gòu)機(jī)組合方式進(jìn)行維修、改造，滿足天津地鐵盾構(gòu)項(xiàng)目要求。將兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)剩余部分作為今后施工中備件機(jī)，一旦在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中出現(xiàn)配件問題，可立即從備件機(jī)中拆解安裝，以達(dá)到保證現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度的目的。改造前的盾構(gòu)機(jī)設(shè)備基本工況情況，見表1。

2.2 需要改造的部分

（1）刀盤驅(qū)動(dòng)裝置。刀盤改造的內(nèi)容包括了主驅(qū)動(dòng)密封更換、驅(qū)動(dòng)單獨(dú)拆解驅(qū)動(dòng)減速器及齒輪油更換。

（2）人行閘。增加各艙室的獨(dú)立視頻監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)消防噴淋系統(tǒng)和作業(yè)環(huán)境有害氣體實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)。

（3）鉸接系統(tǒng)。鉸接前后部位拆解，更換鉸接密封。（4）同步注漿系統(tǒng)。重布外置式注漿改造，保證注漿管四備四用。

（5）螺旋機(jī)。螺旋機(jī)增加前閘門；增加滑動(dòng)伸縮功能；后閘門增加為雙閘門，并具備緊急自動(dòng)閉合功能。

（6）皮帶機(jī)。皮帶輸送機(jī)增加螺桿微調(diào)裝置。

（7）臺(tái)車。增加防撞裝置，原有下部絲杠連接，改成頂部鋼板銷軸連接的形式。

表1 改造前的盾構(gòu)機(jī)設(shè)備基本工況情況

（8）盾尾油脂。盾尾油脂注入系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單泵單腔注入，同時(shí)，在每個(gè)盾尾注入口出口處增加壓力傳感器，監(jiān)測(cè)出口盾尾油脂注入壓力。

（9）加泥系統(tǒng)。將原膠管擠壓泵更改為螺桿泵。同時(shí)，需對(duì)原加泥箱進(jìn)行改造，降低加泥箱高度。

（10）電氣系統(tǒng)。PLC 程序相應(yīng)更新、更換模塊，盾構(gòu)機(jī)操作室操作盤功能恢復(fù)。

2.3 維修改造目標(biāo)

盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過系統(tǒng)性的全面改造之后，要求能夠更加適應(yīng)天津地鐵施工中的各項(xiàng)客觀施工條件，提高盾構(gòu)機(jī)施工過程中的安全性，能夠有效地提高施工效率，同時(shí)，又能夠確保施工質(zhì)量滿足技術(shù)和規(guī)范要求，全面提升施工技術(shù)水平。

3 天津地鐵11 號(hào)線泥水平衡盾構(gòu)機(jī)改造技術(shù)

3.1 泥水平衡盾構(gòu)機(jī)改造

（1）刀盤驅(qū)動(dòng)裝置。刀盤驅(qū)動(dòng)裝置的重新組裝注意要點(diǎn)為：裝上密封隔艙；將大軸承吊裝于殼體上，并按要求的扭矩用相應(yīng)的緊固件將其固定；驅(qū)動(dòng)殼體吊裝，并按要求的扭矩用相應(yīng)的緊固件將其固定；將各電機(jī)驅(qū)動(dòng)總成吊裝于各相應(yīng)孔內(nèi)，并按要求緊固；在組裝時(shí)，注意不得漏裝零件及密封件；待主機(jī)總裝時(shí)，將驅(qū)動(dòng)裝置總成裝入切口環(huán)內(nèi)，并在其內(nèi)腔注入相應(yīng)牌號(hào)的油脂；待盾構(gòu)總裝完成后進(jìn)行驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)試。

（2）螺旋輸送機(jī)。對(duì)現(xiàn)有螺旋機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，增加前閘門及伸縮功能裝置，并增加相關(guān)電控液控裝置和程序，拆檢相關(guān)葉片軸及驅(qū)動(dòng)裝置，核算相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)。為更有效地保證相關(guān)改造性能參數(shù)符合要求，需對(duì)螺旋機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行全面的計(jì)算。

①螺旋機(jī)輸送量核算

螺旋機(jī)輸送量:

式中，Ds為螺旋機(jī)葉片外徑（m）；ds為螺旋機(jī)葉片軸外徑（m）；ts為螺旋機(jī)葉片螺距（m）；ns為螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速（m）；Rs為綜合系數(shù)（通常取0.8）。

由圖可知，該螺旋機(jī)葉片外徑0.71m，考慮最大通過粒徑該螺旋機(jī)葉片軸外徑為0.19m，因此，綜上可計(jì)算螺旋機(jī)輸送量：

∴ 滿足出土要求。

②增加螺旋機(jī)前置閘門，加裝雙缸驅(qū)動(dòng)式伸縮裝置并配有導(dǎo)向柱防扭功能。

③螺旋機(jī)伸縮對(duì)螺旋機(jī)腔體進(jìn)行改造，加裝套筒及伸縮油缸增加一道后閘門裝置。

④外形檢查，包括其是否發(fā)生變形、彎曲，需要調(diào)整的部分要確保修復(fù)到位。對(duì)于耐磨層的厚度進(jìn)行檢查，厚度較薄的要進(jìn)行堆焊，補(bǔ)充厚度。檢查筒體的磨損情況，堆焊必要的磨損層，更換相應(yīng)的密封圈。排土口位置要充分檢查，防止堵塞。對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行拆解檢查，損壞構(gòu)件及時(shí)更換，更換齒輪油，檢修后對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行空載性能測(cè)試，保障其功能性良好。

（3）盾尾密封油脂系統(tǒng)。因?yàn)樘旖虻罔F施工中存在部分中、重度液化砂土地質(zhì)環(huán)境的土層，因此，盾構(gòu)改造通過在盾尾處增設(shè)油脂注入系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)了單泵單腔注入。通過壓力傳感器檢查注漿壓力，進(jìn)而提供注漿量控制的必要參數(shù)，保障油脂始終能夠被有效地注入指定位置。油脂泵以及壓力傳感器同步安裝，對(duì)于連接管道的密封性進(jìn)行檢查，各個(gè)儀表原件的性能充分進(jìn)行檢查，調(diào)試合格后投入使用。

（4）人行閘。通過增設(shè)艙室的安全、消防系統(tǒng)設(shè)備，全面提升施工中的設(shè)備以及人員安全保護(hù)能力。主要的設(shè)備系統(tǒng)包括：監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)消防噴淋系統(tǒng)、有害氣體識(shí)別監(jiān)控系統(tǒng)等，對(duì)于各個(gè)系統(tǒng)的電器元件、管道線路進(jìn)行全面檢查，對(duì)于靈敏度不足、損害破損的部分進(jìn)行全面的更換和修復(fù)。

（5）皮帶機(jī)系統(tǒng)。皮帶機(jī)張緊系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)主要是通過底梁導(dǎo)軌上的絲杠張緊結(jié)構(gòu)，以螺母控制絲杠滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)皮帶前后的移動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)張緊。對(duì)托輥、擋輪、輥筒、皮帶進(jìn)行全面的檢查，更換損壞構(gòu)件。

（6）臺(tái)車連接裝置改造。將原有臺(tái)車間的連接模式進(jìn)行必要的更改，之前的連接方式是絲杠螺紋連接模式，這種方式的臺(tái)車連接不方便，并且可能會(huì)受到較多的銹蝕影響，通過將臺(tái)車連接方式改為銷軸銷孔拉桿，有效地提高了其連接效率，有利于防銹維護(hù)的開展。

（7）加泥系統(tǒng)升級(jí)改造。原加泥系統(tǒng)采用立式攪拌箱，并配備2 臺(tái)排量350L/min 膠管擠壓泵。按需將原膠管擠壓泵更改為螺桿泵。本次擬采用4 臺(tái)排量180L/min 螺桿泵，該泵最大壓力1.2MPa，配備定子測(cè)溫保護(hù)功能。同時(shí)，需對(duì)原加泥箱進(jìn)行改造，降低加泥箱高度，布置加泥泵于箱體底部。另外，加泥系統(tǒng)需新增2 路管路及流量測(cè)量系統(tǒng)。同時(shí)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)加泥系統(tǒng)操作室觸摸屏精準(zhǔn)控制。

（8）電氣系統(tǒng)。對(duì)電氣系統(tǒng)的各個(gè)組成構(gòu)件進(jìn)行充分的檢查，包括電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力柜、操作柜、張出臺(tái)、接線箱、主開關(guān)、接觸器等，確保氣性能良好，滿足使用。傳感器、儀表組件要通電檢驗(yàn)。

3.2 改造后盾構(gòu)機(jī)保障優(yōu)勢(shì)分析

改造后的泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，在多個(gè)指標(biāo)參數(shù)方面都表現(xiàn)出了突出的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，有力地提高了盾構(gòu)在施工過程中的安全性、高效性，確保工程施工能夠更好地滿足質(zhì)量要求。

（1）原有的注漿管道注漿效果不理想，主要是單液注漿的方式不能有效地滿足施工需要，當(dāng)經(jīng)過加固區(qū)段，因?yàn)榧庸虆^(qū)段的土層經(jīng)過了硬化或者強(qiáng)度處理，導(dǎo)致這種注漿方式難以有效地適應(yīng)全路線的連續(xù)施工作業(yè)需求，并且在這些特殊施工區(qū)域不能得到良好的施工效果，改造后，將原有的外置注漿槍設(shè)備去掉，改造成為多管路的注漿設(shè)備，提高了在施工過程中的注漿流量以及流量的控制能力，同時(shí)，將注漿管的整體高度降低，有利于提高注漿的實(shí)際效果以及特殊土層的處理能力，注漿管能夠快速準(zhǔn)確地達(dá)到目標(biāo)注漿效果。

（2）提高原有盾構(gòu)機(jī)的施工耐磨性，通過在盾構(gòu)機(jī)的外殼以及其他與土層直接接觸的位置，進(jìn)行耐磨堆焊施工，將磨損部位轉(zhuǎn)移到堆焊位置，顯著提高了盾構(gòu)機(jī)相應(yīng)位置的長(zhǎng)期使用能力，提高了盾構(gòu)機(jī)的施工性能質(zhì)量。

（3）通過改進(jìn)增加皮帶張緊裝置，能夠有效使皮帶始終處于良好的緊力狀態(tài)下，始終保障盾構(gòu)的皮帶傳送效果，減少了皮帶的無功功率發(fā)生，充分提高了盾構(gòu)機(jī)的工作效率。

（4）兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)品牌一致，機(jī)型接近，大部分配件通用。因此，IHI437 盾構(gòu)機(jī)將作為備件機(jī)，為改造后的IHI425 提供配件支持，充分保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（5）增加螺旋機(jī)閘門，將目前的閘門增加為雙閘門，這樣的改裝有效地提高了閘門的閉合能力，當(dāng)閘門接到系統(tǒng)的關(guān)閉命令后，雙閘門的加裝能夠有效地提高閘門的成功關(guān)閉率，有效地確保了施工工作中的安全，雙缸驅(qū)動(dòng)式伸縮裝置的改造能夠有效地實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)伸縮的能力，同時(shí)，配備的導(dǎo)向柱還能提高其抗扭能力，有力地提高了盾構(gòu)機(jī)的適用能力。

4 結(jié)語

通過對(duì)泥水平衡盾構(gòu)技術(shù)設(shè)備的改造，旨在滿足地鐵施工要求，同時(shí)，提高閑置設(shè)備使用效率，有效地避免國(guó)有資產(chǎn)閑置浪費(fèi)。同時(shí)，降低了施工成本，有效提高施工效率和質(zhì)量水平。在技術(shù)改造的過程中也要充分保障各種改造手段科學(xué)合理，引入第三方專業(yè)單位進(jìn)行改造驗(yàn)收，并出具鑒定報(bào)告，使改造效果始終能夠達(dá)到既定目標(biāo)的要求。