蔡偉
（中交一航局城市交通工程有限公司，天津 300457）

摘　要：本文針對天津地鐵進（jìn）行泥水平衡盾構法施工的具體施工技術以及施工環境需要，提出了對於既有條件下（xià）的盾構設備進行改造措施，以全麵保障盾構設備（bèi）能夠充分發揮既定的施工性（xìng）能要求，全麵提高盾構施工中的安全性、高效（xiào）性、質量保障性。
盾（dùn）構法隧道施工技術（shù）在地鐵建設的過程中（zhōng）受到了廣泛的應用，全麵提（tí）升了工程的施（shī）工（gōng）速度，提升了工程建設品（pǐn）質，隻有通過選擇適合的（de）盾構技術和設備，才能充分適應工程建（jiàn）設（shè）的需要，滿足施工要求。

1  工程（chéng）概述
天津（jīn）地鐵 11 號線 TJ-06 標共計（jì） 2 個盾構區間。盾構區間線路自環宇道站始發後沿環宇路向東行進，至雪蓮南路小裏（lǐ）程端接收（shōu）。後盾構機轉運至雪蓮南路大裏程端進（jìn）行二（èr）次始發，向招遠路站推進，在招遠路站接收。兩個區間線路全長 2.5km，Z小轉彎半徑 R=600m，Z大坡度 24‰，Z大覆土厚度 19.7m。
2  改造（zào）適用性（xìng）分析
2.1  改造（zào）原因
我單位在天津地鐵施（shī）工運用一台自有盾構機。該設備（bèi）來源采用兩台盾構機組合維（wéi）修、改造的總（zǒng）體思路，以 IHI425盾構機（jī）為主體，使用 IHI437 後配套台車進行組合維修、改造。IHI425 盾構機、IHI437 盾構機是公司 2008 年采購的兩台盾構設備，廠（chǎng）家為日本中和物產株式會社。采購時間接近，機器型（xíng）號類似，主要係（xì）統部件可以通用。IHI437 盾構機剛剛完成北京地鐵施工任務且工況良好，因直徑尺（chǐ）寸問題無法滿足天津地鐵施工要求，故采（cǎi）用與 IHI425 盾構機組合方式進行維修（xiū）、改造，滿足天（tiān）津（jīn）地鐵盾構項目要求。將兩台盾構機（jī）剩餘部分作為今後施工中備件機，一旦在盾構機掘進過程（chéng）中（zhōng）出現配件問題，可（kě）立即從備件機中拆解安裝，以達到（dào）保證現場施工進度的目（mù）的。改造前的盾構機設（shè）備基本工況情況，見表 1。

2.2  需要改造的部分
（1）刀（dāo）盤驅動裝置。刀盤（pán）改造的內容包括了主驅動密封更換（huàn）、驅動單獨拆解驅（qū）動減速器及齒輪油更換。
（2）人行閘。增加（jiā）各艙室的獨立視頻監控係統，自動消防噴淋係統和作業環境有害氣體實時檢測係統。
（3）鉸（jiǎo）接（jiē）係統。鉸接前後部位（wèi）拆解，更換鉸接密封。
（4）同步注漿係統。重布外（wài）置式注漿（jiāng）改造，保證注漿管四（sì）備四用。
（5）螺旋機。螺旋（xuán）機增加前閘門；增加滑（huá）動伸縮功能；後閘門增加為雙閘門，並具備緊急自動閉合功能。
（6）皮帶機。皮帶輸送機增加螺杆微調裝置。
（7）台車（chē）。增加防撞裝置，原有下部絲杠連接，改成頂部（bù）鋼板銷軸連接的（de）形式（shì）。
（8）盾尾油脂。盾尾油脂注入係統實現單（dān）泵單腔注入（rù），同時，在每個盾（dùn）尾注入口出口處增（zēng）加壓力傳感器，監（jiān）測出口盾尾油脂注入壓力（lì）。
（9）加泥係統。將原膠管擠壓泵更改為螺杆泵。同時，需對原加（jiā）泥（ní）箱進行（háng）改造，降低加泥箱高度。
（10）電氣係統。PLC 程序相應更新、更換模塊，盾構機（jī）操作室操作盤功能恢複。
2.3  維修改造目標
盾構機經過係統性的全（quán）麵改造之後，要求能夠（gòu）更加適應天津地鐵施工中的各項客觀施工條件，提高（gāo）盾構機施工過程中的（de）安全性，能（néng）夠有效地提（tí）高施工效率（lǜ），同時（shí），又能夠確保施工質量滿足技術和規範要求，全麵提升施工技術水平。

3  天津地鐵 11 號（hào）線泥水平衡盾構機改造技術
3.1  泥水平衡盾構機改造
（1）刀盤驅動（dòng）裝（zhuāng）置。
刀盤驅（qū）動裝置（zhì）的重（chóng）新組裝注（zhù）意要點為：裝上密封隔艙（cāng）；將大軸承吊裝於（yú）殼體上，並按要求的（de）扭矩用相應的緊固件將其固定；驅動殼（ké）體（tǐ）吊裝，並按要求的扭矩用相應的緊固件將其（qí）固定；將各電機驅動總成吊裝於各相應（yīng）孔內，並按要求緊固；在組裝時，注意不得漏裝零件及密封件（jiàn）；待主（zhǔ）機總裝時，將驅動裝置總成裝入切口環內，並在其內腔注入相應牌號的油脂；待盾構總裝完成（chéng）後進行驅動（dòng）裝置（zhì）的調試。
（2）螺旋輸送機（jī）。
對現有螺旋機進行升級改造，增加前閘門及伸縮功能裝置（zhì），並增加相關電控液控裝置和程序，拆檢相關葉片軸及驅動裝置，核算相關結構參數。為更有效地保證相關（guān）改造性能參數（shù）符合要求，需對螺旋機係統（tǒng）進行全（quán）麵的計算。
①螺旋機輸送量核算
螺旋機（jī）輸送量：

式中，Ds 為螺旋機葉片外徑（m）；ds 為螺旋機葉片軸外徑（m）；ts 為螺旋機葉（yè）片螺距（jù）（m）；ns 為螺旋機轉速（m）；Rs 為綜合係數（通常取（qǔ） 0.8）。
由圖可知，該（gāi）螺旋（xuán）機葉片外徑 0.71m，考慮Z大通過粒徑該螺（luó）旋（xuán）機葉片（piàn）軸外徑為 0.19m，因此，綜上可計算（suàn）螺旋機輸（shū）送量：

 ∴ 滿足出土要求。
②增加螺旋（xuán）機前置閘（zhá）門，加裝雙缸驅動（dòng）式伸縮裝置並配有導向柱防扭功能。
③螺旋機伸縮對螺旋機腔（qiāng）體進行改造（zào），加裝套筒及伸縮油缸增（zēng）加一（yī）道後閘門裝置。
④外形檢查，包括其是（shì）否發（fā）生變形（xíng）、彎曲，需要調整（zhěng）的部分要確保修複到（dào）位。對於耐磨層（céng）的厚度進行（háng）檢查，厚度較薄的要進行堆焊，補充厚度（dù）。檢查筒體的磨損情況，堆焊必要的磨損層，更換相應的密封圈。排（pái）土口位置要充分檢查，防止堵（dǔ）塞。對驅動裝置進行拆（chāi）解檢查，損（sǔn）壞構件及時更換，更換齒輪油，檢修（xiū）後對驅（qū）動裝置執（zhí）行空載性能測試，保障（zhàng）其（qí）功能性良好。
（3）盾尾密封油脂係統。
因為天津地鐵施工（gōng）中存在部（bù）分中、重度液化砂土地質環境的土層，因此，盾構（gòu）改造通過在盾尾處增設油（yóu）脂注入係統，全（quán）麵實現了單泵單腔（qiāng）注（zhù）入。通（tōng）過壓力傳感器檢查注漿（jiāng）壓力，進而提供注漿量控製的必要參數，保障油脂始終能夠被有效（xiào）地注入指定位置。油脂泵以及壓力傳感器同步安裝，對於連接（jiē）管道的（de）密封性進行檢查，各（gè）個儀表原件的性能充分進行檢查，調試合格後投入使用。
（4）人行閘。
通（tōng）過增設（shè）艙室的安全、消防係統設備，全麵提升（shēng）施工中的設備以及人員安全保護能力。主要的設備係統包括（kuò）：監控係統、自（zì）動消防噴（pēn）淋係統、有害（hài）氣體識（shí）別監控係統等，對於各個係統的電器元件、管（guǎn）道線路進行全麵檢查，對於靈敏度不（bú）足、損害破損的部分進行全麵的（de）更（gèng）換和修複（fù）。
（5）皮帶機（jī）係統。
皮帶機張緊係統的（de）功能實現主要是通過底梁導軌上的絲杠張緊結構，以（yǐ）螺母控製（zhì）絲杠滑動，實現皮帶前後（hòu）的移動能力，實（shí）現皮帶機張緊。對托輥、擋輪、輥筒、皮帶進行全麵的檢查，更換損（sǔn）壞構件。
（6）台車連接裝置改造。
將原有台車間的連接模（mó）式進行必要的更改，之前的連接方式（shì）是絲（sī）杠螺紋連接模式，這（zhè）種方式的（de）台車連接不方便，並且可能會受到較多（duō）的鏽蝕影響，通過（guò）將台車連接方式（shì）改為銷軸銷孔拉杆，有效地提高了其連接效率，有利於防鏽維護（hù）的開展（zhǎn）。
（7）加泥係統升級（jí）改造。
原加泥係統（tǒng）采用立式攪拌箱，並配（pèi）備 2 台排量 350L/min 膠（jiāo）管擠壓泵。按需將原膠管擠壓泵更改為螺杆泵。本次擬采用 4 台（tái）排量 180L/min 螺杆泵，該泵Z大壓（yā）力 1.2MPa，配備定（dìng）子測（cè）溫（wēn）保護功能。同時，需對（duì）原加泥（ní）箱進行改造，降低加泥箱高度，布置加泥泵於箱體底部。另外，加泥係統需新增 2 路管路及流量測量係統。同時，對控製（zhì）係統進行改造，實現加（jiā）泥係統操作（zuò）室（shì）觸摸（mō）屏精準控製。
（8）電氣係統。
對電氣係（xì）統的各個組成構件進行充分（fèn）的檢（jiǎn）查，包（bāo）括電動機、動力櫃、操作櫃、張出台、接線箱、主（zhǔ）開關、接（jiē）觸器等，確保氣性（xìng）能良好，滿足使用。傳感器、儀表組件要通電（diàn）檢驗。
3.2  改造後盾構機保障優勢分（fèn）析
改造後的泥水（shuǐ）平衡盾構機，在（zài）多個（gè）指標參數方麵都表現出了突（tū）出的優勢特點，有力（lì）地提高了盾構在施工過程中的安全性、高效性，確保工程施工能夠更好地（dì）滿足質量要求。
（1）原有的注漿管道注漿效（xiào）果不理想，主要是單液注漿（jiāng）的方式不能有效地（dì）滿足施工（gōng）需要（yào），當經過加（jiā）固區段，因為加固區段的土層經過了硬化（huà）或者強度處理（lǐ），導致這種注漿（jiāng）方式難以有效地適（shì）應全路線的連續施工作（zuò）業需求，並且在這（zhè）些特殊施工區域（yù）不能得到良好的施工效（xiào）果，改造後，將原有的外置注漿槍設備去掉，改（gǎi）造成為多管（guǎn）路的注漿設備，提高了在施工（gōng）過程中的注漿流量（liàng）以及流量的控製能力，同時，將注漿管的整體高度降低，有利於提高注漿的實際效果以及（jí）特殊土層的處理能力，注漿管能夠快速準確（què）地達到目標注漿效果（guǒ）。
（2）提高原有盾構機的（de）施工耐磨性，通過在盾構機的外（wài）殼以及其他與土層直接接（jiē）觸的位置，進行耐磨堆焊施工，將磨損部位轉移到堆焊位（wèi）置，顯著提高了盾（dùn）構機相應位置的長期使用能力，提高了盾構機的施工性能質量。
（3）通過改進增加皮帶張緊裝置，能夠（gòu）有效使皮帶始（shǐ）終處於（yú）良好的緊（jǐn）力狀態下，始終保障盾構的皮（pí）帶傳送效果（guǒ），減少了皮帶的無功功率發生，充分提高了盾構機的工作效率（lǜ）。
（4）兩台盾構機（jī）品牌一致，機型接近，大部分配件通用（yòng）。因此，IHI437 盾構機將作為備件機，為改（gǎi）造後的 IHI425 提供配件（jiàn）支持，充分保證設備正常運轉。
（5）增（zēng）加螺旋機（jī）閘門，將目前的閘門增加為雙閘門，這樣的（de）改裝有效地提高了閘門的閉合能力，當閘門接到係統的關閉命令（lìng）後，雙閘門的加裝能夠有效地提高閘門的（de）成功關閉率，有效地確保（bǎo）了施工工作中的安全，雙缸驅（qū）動式伸縮裝（zhuāng）置（zhì）的改造能夠有效地實現滑動伸縮的能力，同時，配（pèi）備的導向柱還能提（tí）高其抗扭能力，有力地提高了盾構（gòu）機的適用能力。

4  結語
通過對泥水平衡盾構（gòu）技術設備的改（gǎi）造，旨在滿足地鐵施工要求，同時，提高閑置設備使用效率，有效地避免國有資產閑置浪費。同時，降（jiàng）低了施工成本，有效提高（gāo）施工效率和質量水平。在技術改造的過程中也要充分保障各種改造手段科學合理，引入第三方專業單位進行改造驗收（shōu），並（bìng）出（chū）具鑒定（dìng）報告，使改（gǎi）造效果始終能夠達到既定目標（biāo）的要求。
參考文獻：中國知網

（來源：中天重工）