敞開式-土壓式雙模式TBM模式轉(zhuǎn)換分析

陳勇，馬勤義

（重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401120）

敞開式-土壓式雙模式TBM模式轉(zhuǎn)換分析

陳勇，馬勤義

（重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401120）

敞開式-土壓式雙模式TBM擁有敞開和土壓兩種掘進(jìn)模式，具有較強(qiáng)的地質(zhì)適應(yīng)性，既能在硬巖地質(zhì)下高速掘進(jìn)，又能適應(yīng)軟巖地層保壓掘進(jìn)，而復(fù)合式TBM模式轉(zhuǎn)換技術(shù)是雙模式TBM能否實(shí)現(xiàn)其雙模功能的關(guān)鍵，在遇到地質(zhì)條件變化時(shí)通過對(duì)掘進(jìn)模式的轉(zhuǎn)換，改變掘進(jìn)模式以保證施工安全、提高施工效率。該文以重慶軌道交通環(huán)線使用的雙模式TBM為例，簡(jiǎn)要闡述了雙模式TBM從敞開模式轉(zhuǎn)換為土壓模式的施工步驟，為雙模式TBM模式轉(zhuǎn)換提出有益建議。

雙模式TBM；敞開式TBM；土壓式TBM；隧道掘進(jìn)；復(fù)合式TBM模式轉(zhuǎn)換

0 引言

我國(guó)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，導(dǎo)致許多地下工程存在多種地質(zhì)條件，甚至同一區(qū)間存在多種地質(zhì)情況，給施工帶來了極大的不便。大多數(shù)情況下一個(gè)區(qū)間地質(zhì)都較單一，在單一硬巖地質(zhì)情況下采用敞開式TBM掘進(jìn)，土倉(cāng)是敞開式的，采用平皮帶機(jī)出渣，掘進(jìn)速度較快。但在突遇局部富水、軟土地層時(shí)容易發(fā)生噴涌、噴砂等情況，給施工帶來重大影響。在軟土、軟巖地質(zhì)條件下采用土壓盾構(gòu)模式掘進(jìn)，土倉(cāng)是封閉的，采用螺旋輸送機(jī)出渣。雙模式TBM在地質(zhì)變化時(shí)可以轉(zhuǎn)換掘進(jìn)模式，對(duì)配套施工干擾較小，能很大程度上降低工程風(fēng)險(xiǎn)，加快掘進(jìn)施工速度。

1 雙模式TBM特點(diǎn)及主要技術(shù)參數(shù)

1.1 雙模式TBM特點(diǎn)

雙模式TBM最大特點(diǎn)為設(shè)備本身具有雙重掘進(jìn)模式功能，在遭遇不良地質(zhì)時(shí)可以及時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換模式施工。雙模式TBM主機(jī)設(shè)計(jì)不但適用于軟土地層，通過螺旋輸送機(jī)出渣，實(shí)現(xiàn)土壓平衡模式掘進(jìn)。同時(shí)，該主機(jī)還適用于硬巖地層，通過主機(jī)皮帶機(jī)出渣，保證施工效率。兩種掘進(jìn)模式可以在洞內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，所有需要轉(zhuǎn)換部件設(shè)計(jì)均滿足在洞內(nèi)模式轉(zhuǎn)換過程中拆除、運(yùn)輸、更換功能需求。

1.2 雙模式TBM主要技術(shù)參數(shù)

整機(jī)性能參數(shù)見表1。

表1 整機(jī)性能參數(shù)

1.3 雙模式TBM出渣方式

敞開模式下使用主機(jī)皮帶機(jī)出渣，土壓模式下使用螺旋輸送機(jī)出渣。

具體出渣流程是：開挖下的渣土通過TBM設(shè)備上配備的主機(jī)皮帶機(jī)或螺旋輸送機(jī)輸送到后配套皮帶機(jī)，后配套皮帶機(jī)將渣土輸送到出渣口落入渣車中，編組列車水平運(yùn)輸?shù)截Q井，龍門吊將渣斗垂直吊起，然后將渣土倒入渣坑。

2 模式轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備工作

在遇到地層變化需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換時(shí)，首先要選取相對(duì)較穩(wěn)定的地層，還需要對(duì)工作面進(jìn)行必要的加固措施，保證施工安全，同時(shí)還要準(zhǔn)備必要的工具和輔助工裝等。本文以重慶軌道交通環(huán)線現(xiàn)場(chǎng)為例，簡(jiǎn)單闡述敞開模式轉(zhuǎn)換為土壓模式的具體步驟。

2.1 確定模式轉(zhuǎn)換的掘進(jìn)里程

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告初步確定地質(zhì)變化段的里程，然后對(duì)地質(zhì)變化段地質(zhì)做詳細(xì)勘查，并選取工作面較穩(wěn)定段作為停機(jī)實(shí)施模式轉(zhuǎn)換的里程。

2.2 工作面處理措施

2.2.1 工作面較穩(wěn)定

在確定工作面較穩(wěn)定時(shí)，不需要特殊處理，可以直接實(shí)施模式轉(zhuǎn)換。在模式轉(zhuǎn)換過程中注意觀察工作面情況。

2.2.2 工作面不穩(wěn)定

在工作面不穩(wěn)定、地下水豐富、地表有沉降等特殊情況時(shí)，必須對(duì)工作面做加固、堵水處理，保證模式轉(zhuǎn)換時(shí)的施工安全。

2.3 停機(jī)準(zhǔn)備

在即將到達(dá)預(yù)定里程前調(diào)整好姿態(tài)，盡量保證上下左右的鉸接位移相近，并在掘進(jìn)過程中釋放鉸接油缸到最大行程；達(dá)到預(yù)先確定的模式轉(zhuǎn)換的里程后停止掘進(jìn)，將盾尾固定，利用鉸接油缸將刀盤與中前盾一起收回，留出空間以便刮渣板的拆除；將刀盤旋轉(zhuǎn)到合適位置，以便拆除溜渣槽、刮渣板；主機(jī)皮帶機(jī)全部收回，以便拆除。

2.4 設(shè)備、機(jī)具及材料準(zhǔn)備

首先準(zhǔn)備土壓模式下的螺旋輸送機(jī)、配套管線、攪拌棒、回轉(zhuǎn)中心等土壓模式需要使用的配件；電瓶機(jī)車、管片小車、電焊機(jī)、碳弧氣刨等輔助設(shè)備；門架、鉗工工具、電工工具、手拉葫蘆等

2.5 螺旋機(jī)吊裝門架

2.5.1 相關(guān)參數(shù)

成型隧道內(nèi)徑為 5900mm。螺旋機(jī)重量：24890kg，長(zhǎng)：13116mm，直徑：約1570mm。

2.5.2 門架安裝示意圖

門架是安裝螺旋輸送機(jī)的關(guān)鍵，整個(gè)安裝過程中，通過門架上設(shè)置的吊點(diǎn)，利用手拉葫蘆不斷調(diào)整螺旋輸送機(jī)的位置，將螺旋輸送機(jī)安裝到位。門架示意圖如圖1。

圖1 吊裝螺旋輸送機(jī)門架示意圖

3 模式轉(zhuǎn)換

敞開模式轉(zhuǎn)換為土壓平衡模式具體步驟如下：

（1） 風(fēng)管拆除

拆除主機(jī)段除塵風(fēng)管，只保留設(shè)備橋上的一段，前倉(cāng)隔板上的除塵口用密封蓋板堵好。

（2）斷開設(shè)備橋并將設(shè)備橋后移

延伸編組列車軌道及軌枕至管片拼裝機(jī)下方，并固定好。將設(shè)備橋與軌道梁之間管線斷開，整理管線，設(shè)備橋前端支撐在管片運(yùn)輸車上，使用電瓶車帶動(dòng)后配套整體后退13m左右（留出螺旋機(jī)更換空間），然后更換設(shè)備橋支撐方式（利用型鋼支撐在拖車行走軌道上），同時(shí)將管片小車前移或運(yùn)出洞外，保證運(yùn)輸通道順暢（拖車輪子前后需限位，防止溜車）。

（3）主機(jī)皮帶機(jī)拆卸

延伸主機(jī)后部軌枕至管片拼裝機(jī)下方，尋找臨時(shí)吊點(diǎn)依次拆除主機(jī)皮帶機(jī)后段和前段，皮帶機(jī)前段重約3t，后段重約4t，兩段分別用管片運(yùn)輸車依次運(yùn)出。

（4）拆卸防塵裝置、溜渣槽、攪拌棒封堵塊、溜渣板

拆除主驅(qū)動(dòng)中部防塵裝置（擋塵鏈條、噴水裝置、橡膠擋板），在土倉(cāng)內(nèi)分塊拆除溜渣槽，攪拌棒封堵塊、并逐塊運(yùn)出，逐步割除溜渣板，通過主驅(qū)動(dòng)中心或螺旋機(jī)筒體運(yùn)出。

（5）過渡結(jié)構(gòu)、泡沫管路及回轉(zhuǎn)接頭安裝

將攪拌棒、主驅(qū)動(dòng)中心過渡結(jié)構(gòu)、泡沫管路運(yùn)進(jìn)洞內(nèi)，拆除螺旋機(jī)筒體蓋子，并按攪拌棒（盾體隔板、刀盤）-泡沫管路保護(hù)結(jié)構(gòu)-主驅(qū)動(dòng)中心過度結(jié)構(gòu)-泡沫管路-回轉(zhuǎn)接頭順序安裝于即定位置。

（6）管片機(jī)軌道梁前部橫梁安裝，拆除V型架梁

（7）門架定位安裝

將螺旋機(jī)吊裝門架（分塊）運(yùn)到洞內(nèi)并拼裝，安裝及定位如圖2所示。

（8）螺旋輸送機(jī)安裝(圖3)

圖2 門型吊梁安裝示意圖

圖3 螺旋輸送機(jī)吊裝示意圖

管片運(yùn)輸車及螺旋機(jī)運(yùn)輸工裝將螺旋機(jī)運(yùn)到洞內(nèi)，并如圖掛上倒鏈（注：螺機(jī)軸呈縮回狀態(tài)，并機(jī)械固定），螺旋機(jī)吊起后小車可退回，過程中注意觀察螺旋輸送機(jī)姿態(tài)及掉裝點(diǎn)受力狀況，避免螺旋輸送機(jī)姿態(tài)突然擺動(dòng)或錯(cuò)動(dòng)導(dǎo)致不可預(yù)料情況發(fā)生，必要時(shí)需增加輔助吊點(diǎn)。

（9）吊裝螺機(jī)到位后，安裝螺機(jī)法蘭螺栓及拉桿

（10）連接后配套、管線連接

將后配套整體前拉，與軌道梁連接，斷開的管路及電纜重新連接，螺機(jī)軸伸出（圖4）。

（11） 調(diào)試

將泡沫系統(tǒng)管路安裝完成，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，模式轉(zhuǎn)換工作全部完成。

（12）土壓模式轉(zhuǎn)換為敞開模式簡(jiǎn)介

由土壓模式轉(zhuǎn)換為敞開模式時(shí)，依上述步驟依次反向順序進(jìn)行，中間過程稍有不同，大體步驟如下：1、從設(shè)備橋處斷開；2、后配套后移；3、安裝吊裝門架；4、拆除泡沫系統(tǒng)管線；5、拆除螺旋輸送機(jī)；6、拆除中心回轉(zhuǎn)接頭及過渡結(jié)構(gòu)；7、拆除被動(dòng)攪拌棒并用封堵塊封堵；8、安裝溜渣槽；安裝刮渣板；9、安裝主機(jī)皮帶機(jī)；10、拆除吊裝門架；11、后配套前移與主機(jī)連接；12、安裝除塵系統(tǒng)風(fēng)管；13、調(diào)試。

注意事項(xiàng)：停機(jī)更換模式時(shí)，需對(duì)工作面加固，保證安全；刮渣板拆除，需在土倉(cāng)切割，注意通風(fēng)；各部件安裝和各管線連接時(shí)需嚴(yán)格按照遵照設(shè)計(jì)圖紙的要求；調(diào)試前注意檢查各安裝部件是否固定牢固，各部件之間是否會(huì)相互干涉。

4 結(jié)語

雙模式TBM的最大特點(diǎn)是具有兩種不同的掘進(jìn)模式，在地層變化時(shí)可以進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，選擇合適的掘進(jìn)模式。因而雙模式TBM的設(shè)計(jì)必須充分滿足洞內(nèi)模式轉(zhuǎn)換的需要，是模式轉(zhuǎn)換工作能否安全、及時(shí)、順利的關(guān)鍵。在地質(zhì)突變時(shí)，及時(shí)對(duì)復(fù)合式TBM掘進(jìn)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以保證施工安全，提高施工效率，故而安全、快速、高效地進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)雙模式TBM的施工較少，能參考的施工案例不多，本文對(duì)雙模式TBM模式轉(zhuǎn)換施工步驟進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述，為雙模式TBM設(shè)計(jì)制造及模式轉(zhuǎn)換施工提出有益建議。

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Analysis on Mode Conversion of TBM with the Open and Earth Pressure Modes

The TBM with the two modes of open and earth-pressure has the two tunneling modes,so it shows great geological adaptability,supporting high-speed tunneling in hard rock geology and pressure maintaining tunneling in soft rock strata.The compound TBM mode conversion technology is the key to whether the dual-mode TBM can realize its dual-mode function.By conversing the tunneling mode to an appropriate mode can ensure the construction safety and improve the construction efficiency when the geological conditions change.Taking the dual-mode TBM used in Chongqing Rail Transit Loop Lines as an example,this paper briefly describes the construction steps of the conversion from open mode to earth pressure mode,and provides some useful suggestions for the dual-mode conversion.

dual-mode TBM;open TBM;earth pressure TBM;tunnel tunneling;mode conversion of compound TBM

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0034-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.34

2017-07-04

陳勇（1987-），男，重慶人，本科，工程師，主要從事城市軌道交通建設(shè)項(xiàng)目施工設(shè)備的管理工作。

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅