淺談“雙模式盾構(gòu)機技術(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)

淺談“雙模式盾構(gòu)機技術(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)

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

雙模盾構(gòu)機；技術(shù)原理及應(yīng)用

目前國內(nèi)盾構(gòu)施工中通常使用的盾構(gòu)機為單一模式的土壓平衡盾構(gòu)機或泥水平衡盾構(gòu)機，且各受有較大的局限性。土壓盾構(gòu)在掘進效率、排渣能力方面優(yōu)于泥水盾構(gòu)，但地表沉降控制難度高、且沉降控制相對薄弱，容易出現(xiàn)沉降過大等問題。泥水盾構(gòu)對地層的擾動小，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，對土倉內(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，巖石強度不均，盾構(gòu)推進時切削下來的石塊大小不一，不但容易造成排漿管堵塞；而且排渣不暢，在土倉內(nèi)堆積亦會對刀具造成破壞等。兩種盾構(gòu)機適用性的分析中，在地表要求不是很嚴格的情況下，用土壓盾構(gòu)機比較適應(yīng)；在地表要求高、且施工場地大時，用泥水盾構(gòu)機更能有效地保證施工質(zhì)量與施工安全。

一、雙模式盾構(gòu)機技術(shù)原理

所謂“雙模式盾構(gòu)機”同時具備泥水平衡掘進模式和土壓平衡掘進模式，渣土排出配備了螺旋輸送機和泥漿管。雙模式盾構(gòu)機適用大多數(shù)地層中的掘進，可根據(jù)地質(zhì)及地面沉降控制要求不同，采用泥水平衡掘進模式和土壓平衡掘進模式中切換。技術(shù)設(shè)計上，是集成了土壓平衡盾構(gòu)機、泥水平衡盾構(gòu)機的設(shè)計理念與功能，將土壓和泥水兩套系統(tǒng)和設(shè)備安裝在一臺盾構(gòu)機上，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,實現(xiàn)了土壓平衡模式開挖和硬巖敞開模式開挖兩種不同掘進模式之間實現(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，不需要拆裝任何東西，只要通過控制系統(tǒng)就可以實現(xiàn)土壓平衡盾構(gòu)機和泥水平衡盾構(gòu)機之間的轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)在兩種模式情況下的正常掘進。在設(shè)備布局上，因盾構(gòu)機在隧道內(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)機的設(shè)備布局都顯得非常擁擠。而雙模式盾構(gòu)機因具有兩套系統(tǒng)，對合理布局原本擁擠的盾構(gòu)機機頭和后配套臺車，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)機集光、機、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等功能，加之工作環(huán)境惡劣，對配件的性能和可靠性要求非常高，所需配件安裝在一起時需要考慮其兼容性。

二、雙模式盾構(gòu)機技術(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)機或泥水平衡盾構(gòu)機。兩種模式的盾構(gòu)機各有其施工優(yōu)勢。其中，泥水平衡盾構(gòu)機主要針對無粘聚力的含水砂層以及軟流塑、流動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)裝備有渣土改良機構(gòu)，以促進開挖渣土的流動性，使碴土具有可塑性和不透水性，螺旋機排土順暢，土倉內(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，刀盤的扭矩會增大，刀盤磨損較快。泥水平衡盾構(gòu)機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)致土倉切口水壓變動，使工作面不穩(wěn)定，施工成本較高。

因泥水平衡盾構(gòu)機和土壓平衡盾構(gòu)機各有其限制性。而盾構(gòu)設(shè)備的種類與地質(zhì)一一對應(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)運而生。雙模式盾構(gòu)機融合了單一模式的土壓平衡盾構(gòu)機和泥水平衡盾構(gòu)機，實現(xiàn)泥水與土壓兩種模式的兼容和便利切換，可以實現(xiàn)在兩種模式情況下的正常掘進，能減少施工過程中的地表沉降，保持工作面穩(wěn)定。當土體自穩(wěn)性較強時，可采用土壓模式，以降低施工成本，提高工效；當土體自穩(wěn)性較差時，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，既具備土壓盾構(gòu)機掘進高效的特點，又能達到泥水盾構(gòu)機沉降控制好的優(yōu)點。雙模式盾構(gòu)機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)機在模式快速切換、掘進模式功能互補及對復(fù)雜地層的適應(yīng)性等方面而言，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益，而且可以有效降低施工中的風險，保證在復(fù)雜地層中盾構(gòu)施工的安全、施工質(zhì)量及施工進度。

雙模式盾構(gòu)機還具備以下特點：1、技術(shù)先進。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險的同時，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效掘進。2、功能齊全。配備復(fù)合式刀盤，大功率的主驅(qū)動和推進系統(tǒng)，大扭矩的螺旋機，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)掘進功能、頂置人閘等，兩個模式可獨立運行又可互相支持。3、切換便捷。兩種模式切換不需拆裝任何部件，只需按規(guī)定程序進行操作，便能根據(jù)地層、地質(zhì)、環(huán)境變化的需要，隨時實現(xiàn)安全、快速的切換。4、適應(yīng)性強。特別適應(yīng)上軟下硬和軟硬交替的復(fù)合地層、卵石地層及對沉降控制嚴格的地面環(huán)境，可實現(xiàn)在復(fù)雜條件下沉降小、掘進快、綜合成本低的盾構(gòu)施工效果。

三、結(jié)語

總之，雙模式盾構(gòu)機既具有土壓平衡盾構(gòu)機所有的功能。同時，還兼顧了傳統(tǒng)開敞式TBM的功能。雙模式盾構(gòu)機在施工中充分發(fā)揮了適應(yīng)性強、抗風險性能高、掘進效率快的優(yōu)勢。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。具體來說，主要針對復(fù)合地質(zhì)、軟土段和硬巖段，施工過程中又沒有更換盾構(gòu)的條件，此時若采用雙模式盾構(gòu)掘進模式，能夠使設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)門BM掘進模式，則可順利通過困難區(qū)間段，保證了工期目標得以實現(xiàn)。

K928

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1007-6344（2016）10-0094-01

李源輝 1962年男 ，大學?？茖W歷 ，黑龍江鶴崗人，高級工程師 ，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