TBM在施工過程中存在的問題及改進(jìn)建議

龐 杰

（中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司，河北 高碑店 074000）

1 設(shè)備概述

本項(xiàng)目采用了2臺(tái)由意大利SELI公司設(shè)計(jì)中船重工（青島）軌道交通裝備有限公司建造的DSUC6300型TBM用于青島地鐵一號(hào)線團(tuán)島至青島站段掘進(jìn)施工。設(shè)備開挖直徑6300mm，主要分為主機(jī)、連接橋及后配套臺(tái)車3大部分，設(shè)備總長(zhǎng)約135m。主機(jī)長(zhǎng)約13m，主要由刀盤、前盾、伸縮盾、支撐盾及尾盾組成。連接橋及后配套臺(tái)車為門架式，置于軌道拖曳前行。連接橋分前后兩節(jié)，用于連接主機(jī)及后配套臺(tái)車。后配套臺(tái)車數(shù)量為十節(jié)，用于放置豆礫石吹填設(shè)備、變壓器、配電柜、液壓泵站、水循環(huán)系統(tǒng)及皮帶輸送系統(tǒng)等［1］。

2 設(shè)備應(yīng)用中的典型問題及解決方案

2.1 TBM振動(dòng)大帶來的問題

與應(yīng)用在軟土地層的土壓平衡盾構(gòu)（EPB）和泥水平衡盾構(gòu)機(jī)（SPB）不同，雙護(hù)盾TBM主要應(yīng)用在巖石地層，其通過滾刀擠壓形式破碎巖石，正常運(yùn)行時(shí)刀盤轉(zhuǎn)速達(dá)7-8r/min，因此雙護(hù)盾TBM運(yùn)行中振動(dòng)極大，不僅在設(shè)備內(nèi)振動(dòng)明顯，雙護(hù)盾TBM上方地表及建筑物內(nèi)均可感受到細(xì)微振動(dòng)及噪音。

（1）高振動(dòng)導(dǎo)致設(shè)備自身部件損壞。首先長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)過大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件金屬疲勞加劇，發(fā)生斷裂情況較多，以本項(xiàng)目2臺(tái)設(shè)備為例，出現(xiàn)了諸如爬梯斷裂、風(fēng)筒支架螺栓斷裂、接線端子盒固定螺栓斷裂、控制箱門脫落等問題。其次電氣設(shè)備受震動(dòng)影響易出現(xiàn)航空插頭等連接器松動(dòng)虛接、接線端子脫落、部件導(dǎo)軌脫槽等情況。對(duì)于此類問題只能在加固設(shè)備的同時(shí)提高巡檢頻率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理。

（2）固定部件的螺栓松動(dòng)脫落，尤其是大螺栓脫落極易發(fā)生安全事故。本標(biāo)右線設(shè)備在掘進(jìn)過程中就出現(xiàn)過輔推油缸固定塊螺栓松動(dòng)脫落，固定塊脫落的情況，所幸發(fā)現(xiàn)及時(shí)未造成設(shè)備損壞及人員傷亡。對(duì)于此類問題在設(shè)備組裝時(shí)一定要按螺栓規(guī)格用扭矩扳手或液壓扳手緊固到規(guī)定扭矩，并用顏色易于辨識(shí)的記號(hào)筆或油漆筆做好標(biāo)記，便于日常檢查，同時(shí)提高檢查頻率。

（3）振動(dòng)加劇了管線的磨損。本標(biāo)在設(shè)備掘進(jìn)中出現(xiàn)了循環(huán)水軟管磨破、電氣控制線磨破等問題。同時(shí)在設(shè)備拆機(jī)中也發(fā)現(xiàn)了許多磨損較為嚴(yán)重但未出現(xiàn)破損的電纜及油水管。雙護(hù)盾TBM設(shè)備管線眾多，排布結(jié)構(gòu)緊湊，許多破損導(dǎo)致的故障尤其是電氣故障查找困難，需要認(rèn)真細(xì)心一段一段查找，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此提前預(yù)防是非常重要的措施，在設(shè)備裝機(jī)過程中對(duì)于油水管槽、電纜槽等要增加軟性材料如橡膠皮等用于減輕振動(dòng)造成的磨損，同時(shí)在排布線管時(shí)盡量避免與金屬部件接觸，無法避免時(shí)也應(yīng)包裹膠皮等材料進(jìn)行保護(hù)。

最后需要考慮施工中面臨的居民投訴問題，城市軌道交通建設(shè)建設(shè)往往位于城市中心，雙護(hù)盾TBM在掘進(jìn)中產(chǎn)生的振動(dòng)及噪聲在地表建筑物中仍可以感受到，尤其在夜晚，對(duì)周邊居民有影響。本標(biāo)段在夜晚施工中接到大量投訴，很多時(shí)候夜班施工不得不暫停。因此在項(xiàng)目初期工期籌劃中也應(yīng)根據(jù)自身實(shí)際情況將此項(xiàng)因素考慮進(jìn)去。

2.2 TBM粉塵大帶來的問題

雙護(hù)盾TBM區(qū)別于盾構(gòu)的另1個(gè)主要特點(diǎn)是常壓掘進(jìn)，刀盤渣倉與盾體內(nèi)部相通，因此在掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的粉塵會(huì)進(jìn)入設(shè)備及隧道內(nèi)。并且用于管片外部填縫的豆礫石噴射系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生大量粉塵。隧道內(nèi)的粉塵不僅對(duì)施工人員身體健康有較大的影響，也容易集聚在設(shè)備內(nèi)，縮短一些部件使用壽命。設(shè)備自身采用了一套負(fù)壓除塵系統(tǒng)，送風(fēng)系統(tǒng)將新風(fēng)從隧道內(nèi)鋪設(shè)的風(fēng)帶經(jīng)臺(tái)車風(fēng)筒輸送至一號(hào)臺(tái)車前端，增加一號(hào)臺(tái)車至盾體內(nèi)局部空氣壓力，將掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的灰塵穩(wěn)定在盾體內(nèi)；除塵系統(tǒng)進(jìn)氣口位于盾體內(nèi)，將設(shè)備掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的灰塵經(jīng)風(fēng)筒輸送至CFT除塵柜過濾。整體使用效果良好，可以除去絕大部分灰塵，但仍會(huì)有少量灰塵聚集在隧道及設(shè)備內(nèi)。

以本標(biāo)為例，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，電氣柜進(jìn)氣口濾網(wǎng)、空壓機(jī)進(jìn)氣口濾網(wǎng)及其內(nèi)部均出現(xiàn)大量灰塵，不僅影響設(shè)備散熱，粉塵進(jìn)入諸如斷路器、接觸器、接線端子排內(nèi)也大大縮短其使用壽命，導(dǎo)致電氣故障。此外隧道內(nèi)的灰塵過大時(shí)會(huì)影響諸如激光測(cè)距傳感器、VMT導(dǎo)向設(shè)備等光電設(shè)備，降低其測(cè)量準(zhǔn)確性。隧道內(nèi)濕度較大時(shí)，CFT除塵柜濾網(wǎng)也會(huì)出現(xiàn)塵土結(jié)塊等問題，降低設(shè)備過濾除塵效果。

針對(duì)此類問題，一方面要維護(hù)好CFT除塵柜，定期清洗濾網(wǎng)及排除內(nèi)部累積的塵土，保持除塵設(shè)備良好運(yùn)轉(zhuǎn)。另一方面要定期用壓縮空氣定期吹掃電氣設(shè)備進(jìn)氣濾網(wǎng)及設(shè)備內(nèi)部積存的塵土，做好設(shè)備密封，不能圖方便長(zhǎng)時(shí)間打開柜門或箱門。同時(shí)也要注意定期擦拭維護(hù)光電設(shè)備的光學(xué)分界面，保證其測(cè)量精度。

2.3 TBM盾體內(nèi)的滲水問題

雙護(hù)盾TBM因其盾體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在面對(duì)巖層含水量較大時(shí)往往是無能無力的，巖層內(nèi)的水會(huì)沿盾體縫隙流入其內(nèi)部，在過一些含水量大的地層時(shí)盾體內(nèi)往往如下雨一般，對(duì)電氣設(shè)備影響較大。雖然設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)部的電氣設(shè)備防護(hù)級(jí)別通常都達(dá)到IP65，但由于設(shè)備振動(dòng)及自身老化的影響防水能力都有所下降，設(shè)備進(jìn)水短路及銹蝕情況較多。針對(duì)此類問題，現(xiàn)場(chǎng)通過采取保鮮膜包裹箱體、傳感器件或大面積鋪設(shè)覆蓋防水布等措施，取得了一定效果。

2.4 豆礫石噴射機(jī)遇到的問題

豆礫石噴射系統(tǒng)主要用于將豆礫石吹填管片與隧道間的縫隙，采用壓縮空氣作為主要?jiǎng)恿Α６沟[石噴射機(jī)采用西卡集團(tuán)的ALIVA 267型豆礫石噴射機(jī)并匹配一臺(tái)110kw的優(yōu)耐特斯空氣壓縮機(jī)。實(shí)際使用中的問題主要出自ALIVA 267型豆礫石噴射機(jī)，該機(jī)在新機(jī)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)良好，噴填效率高，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，可見其技術(shù)是相對(duì)成熟可靠的。

（1）主要出現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)后期維護(hù)中，由于其為進(jìn)口設(shè)備，配件價(jià)格較高，因出于節(jié)約成本的目的，在出現(xiàn)密封泄漏之后并未按說明書要求更換整套耐磨板及轉(zhuǎn)輪圓盤，每次均只更換一部分部件。轉(zhuǎn)輪圓盤也并未購買全新原廠件，進(jìn)行了再加工并重復(fù)使用，再加工部件的平整度及精度均較差。因此泄露狀況一直出發(fā)無法消除，導(dǎo)致噴射效率直線下降，填滿一環(huán)管片耗時(shí)極大，未防止管片下沉，施工中不得不停機(jī)等待豆礫石吹填，因此該設(shè)備在使用過程中應(yīng)盡量選用原廠配件并按說明書要求更換，保證施工效率。

（2）出現(xiàn)在噴射原料上，由于所屬地區(qū)原因，進(jìn)場(chǎng)的原料只能采購到普通碎石，且其中雜物及塵土較多，使用中不僅隧道內(nèi)灰塵極大，同時(shí)由于雜物掉入轉(zhuǎn)輪內(nèi)造成保險(xiǎn)銷損壞，造價(jià)極高的轉(zhuǎn)輪報(bào)廢。因此現(xiàn)場(chǎng)在進(jìn)料過程中應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，有條件的清洗篩選原料，去除其中的雜物和塵土，也可以在現(xiàn)場(chǎng)加工1個(gè)小孔篩網(wǎng)裝到機(jī)器上。

2.5 皮帶輸送系統(tǒng)遇到的問題

雙護(hù)盾TBM采用了3套皮帶機(jī)系統(tǒng)用于出渣，分別為主機(jī)皮帶輸送系統(tǒng)，長(zhǎng)約25m；后配套皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)，長(zhǎng)約60m；移動(dòng)式布料皮帶機(jī)，長(zhǎng)約21.6m。前兩套系統(tǒng)采取了液壓驅(qū)動(dòng)的形式，最后1套系統(tǒng)為變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。3套系統(tǒng)采取前后搭接的形式將渣倉內(nèi)的渣土運(yùn)送至礦用列車渣斗內(nèi)。

前2套系統(tǒng)遇到的主要問題是皮帶卡死，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查后主要是以下原因造成的。首先是渣土在運(yùn)輸中進(jìn)入皮帶機(jī)架內(nèi)，卡死三聯(lián)托輥和長(zhǎng)直輥，導(dǎo)致阻力增大，主動(dòng)輪打滑，此問題主要出現(xiàn)在主機(jī)皮帶輸送系統(tǒng)。其次是當(dāng)渣土含水較大時(shí)，尤其是形成大量泥漿時(shí)，皮帶回程時(shí)泥漿經(jīng)重力作用落至臺(tái)車架頂部，長(zhǎng)時(shí)間堆積形成較厚的泥餅，與回程皮帶摩擦造成極大阻力，主動(dòng)輪打滑，此問題在兩套系統(tǒng)內(nèi)均有出現(xiàn)。針對(duì)此類問題只能進(jìn)行定時(shí)人工清理，特別是一些空間狹小的地方，同時(shí)定期鎖緊刮渣板。

移動(dòng)式布料皮帶機(jī)的問題首先出現(xiàn)在一旦皮帶機(jī)行走軌道在臺(tái)車連接處出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)，皮帶機(jī)行走輪便會(huì)卡在錯(cuò)臺(tái)處而無法移動(dòng)，由于隧道在設(shè)計(jì)時(shí)存在上下坡及轉(zhuǎn)彎等，因此在實(shí)際施工中臺(tái)車連接處錯(cuò)臺(tái)無法避免，此時(shí)只能將其當(dāng)做固定式皮帶機(jī)使用。其次該皮帶機(jī)牽引鋼絲繩通過滑輪換向連接到皮帶架兩端，鋼絲繩整體較長(zhǎng)，當(dāng)皮帶機(jī)前后移動(dòng)時(shí)鋼絲繩脫離滑輪情況時(shí)有發(fā)生。再者其采用的2臺(tái)滾筒電機(jī)單臺(tái)功率不足以驅(qū)動(dòng)皮帶帶載運(yùn)行，在實(shí)際施工過程中就出現(xiàn)了1臺(tái)電機(jī)損壞以致此設(shè)備只能從整個(gè)系統(tǒng)中旁路掉。鑒于以上實(shí)際情況，布料皮帶機(jī)在實(shí)際掘進(jìn)過程中往往當(dāng)做固定皮帶機(jī)使用或直接旁路掉改用后配套皮帶機(jī)直接出渣，并未真正發(fā)揮出其靈活高效的特點(diǎn)［2］。

針對(duì)以上問題，移動(dòng)式布料皮帶機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合隧道上下坡及轉(zhuǎn)彎等實(shí)際施工情況改進(jìn)行進(jìn)軌道，盡量避免臺(tái)車連接處錯(cuò)臺(tái)造成的卡機(jī)情況，同時(shí)適當(dāng)增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率冗余以及自動(dòng)化、智能化程度，從而發(fā)揮其靈活高效的特性。

3 結(jié)束語

隨著我國城市軌道交通行業(yè)的發(fā)展，雙護(hù)盾TBM的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。本文基于雙護(hù)盾TBM在青島地鐵一號(hào)線施工過程中汲取的經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)，總結(jié)一些典型問題，供設(shè)備制造單位和施工單位借鑒，進(jìn)而提高雙護(hù)盾TBM的施工效率。