三模式掘進(jìn)機(jī)全斷面巖層段TBM模式施工技術(shù)研究

謝文達(dá), 梁紅兵, *, 陳喬松, 郭永順, 馬經(jīng)哲

(1. 廣州地鐵工程咨詢有限公司, 廣東 廣州 510010; 2. 廣州地鐵建設(shè)管理有限公司, 廣東 廣州 510330; 3.中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司, 廣東 廣州 510530)

0 引言

隨著城市的快速發(fā)展,地鐵建設(shè)逐漸增加,地鐵隧道向大埋深、長(zhǎng)距離、大直徑方向發(fā)展,隧道開挖遇到的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的土壓或者泥水單一模式盾構(gòu)難以適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件,因此盾構(gòu)設(shè)備向多模式方向發(fā)展[1-2]。

“多模式盾構(gòu)”指可以進(jìn)行平衡模式和(或)出渣模式轉(zhuǎn)換的盾構(gòu)[3]。目前的多模式盾構(gòu)主要是各類具有2種掘進(jìn)模式的雙模式盾構(gòu)[4]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)雙模式盾構(gòu)的適應(yīng)性選型進(jìn)行了研究。如: 石明賓等[5]針對(duì)青島地鐵6號(hào)線的地質(zhì)情況,依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)得到的掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整刀盤結(jié)構(gòu),為該工程的雙模盾構(gòu)施工提供了借鑒;深圳地鐵14號(hào)線工程驗(yàn)證了在微、中風(fēng)化角巖地層中采用土壓/TBM雙模式盾構(gòu)掘進(jìn)能提高掘進(jìn)效率[6];陳凡等[7]對(duì)不同類型的雙模式掘進(jìn)機(jī)的適應(yīng)地層條件進(jìn)行歸納整理,提出基于滲透系數(shù)差異程度數(shù)量級(jí)等關(guān)鍵地層參數(shù)分析的雙模式掘進(jìn)機(jī)選型方法。

然而,在隧道沿線同時(shí)存在長(zhǎng)距離穿越硬巖、易發(fā)生“噴涌”和“滯排”的復(fù)合地層,在地面環(huán)境復(fù)雜、沉降控制要求高的條件下,雙模式盾構(gòu)也難以適應(yīng)工程需求,需要研發(fā)“三模式盾構(gòu)”[8]。目前使用三模式掘進(jìn)機(jī)的案例較少,鮮少有關(guān)于多模式掘進(jìn)機(jī)施工效果的論述[9],關(guān)于提高復(fù)雜地層三模式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)效率的研究[10]更是寥寥無幾。

本文依托廣州市軌道交通7號(hào)線二期工程蘿崗站—水西站三模式掘進(jìn)機(jī)施工,介紹了三模式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和模式轉(zhuǎn)換流程;從出渣方式、掘進(jìn)參數(shù)控制、刀具管理和穩(wěn)定器應(yīng)用4個(gè)方面對(duì)三模式掘進(jìn)機(jī)采用TBM模式穿越全斷面硬巖地層時(shí)采取的措施進(jìn)行分析及總結(jié)。

1 依托工程概況

廣州市軌道交通7號(hào)線二期工程蘿崗站—水西站盾構(gòu)區(qū)間位于廣州市黃埔區(qū),區(qū)間出蘿崗站后沿香雪三路向北敷設(shè),下穿有軌電車1號(hào)線、黃埔區(qū)政務(wù)服務(wù)中心員工食堂、粵港澳大灣區(qū)院士交流中心后到達(dá)水西站,如圖1所示。隧道管片外徑6.0 m,寬1.5 m,厚0.3 m。

圖1 蘿崗站—水西站盾構(gòu)區(qū)間平面圖

本區(qū)間隧道埋深19～73 m,地質(zhì)從上往下依次為素填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、砂質(zhì)黏性土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖,如圖2所示。地下水類型主要為第四系土層孔隙水、基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水。隧道主要穿越地層為砂質(zhì)黏土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖。其中微風(fēng)化花崗巖平均飽和單軸抗壓強(qiáng)度為90 MPa。

(a) 縱斷面圖

按盾構(gòu)選型的原則,在下穿重要建(構(gòu))筑物、穿越砂層、高水壓地段,適合使用泥水盾構(gòu);而在一般的復(fù)合地層和全斷面巖層,適合使用土壓盾構(gòu)或TBM掘進(jìn)?？紤]本工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境,盾構(gòu)始發(fā)后第1段為砂質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土和花崗巖復(fù)合地層,地表為有軌電車、黃埔區(qū)政府建筑,應(yīng)使用土壓或泥水盾構(gòu);第2、4段穿越地層為微風(fēng)化花崗巖,應(yīng)使用TBM掘進(jìn);第3段穿越花崗巖風(fēng)化槽,地下水壓力大,應(yīng)使用泥水盾構(gòu)施工。

為解決掘進(jìn)機(jī)對(duì)本區(qū)間復(fù)雜地質(zhì)和周邊環(huán)境的適應(yīng)性問題,使1臺(tái)設(shè)備同時(shí)滿足硬巖地層、復(fù)合地層掘進(jìn)要求及較好地控制地層沉降,并盡量節(jié)省模式轉(zhuǎn)換時(shí)間,建設(shè)單位聯(lián)合設(shè)備廠家、監(jiān)理、施工單位研發(fā)了三模式掘進(jìn)機(jī)[11]并應(yīng)用于此區(qū)間的隧道建設(shè)。本工程施工中,在隧道穿越砂質(zhì)黏土、全風(fēng)化花崗巖等細(xì)顆粒地層時(shí)采用土壓模式,以避免泥水模式易出現(xiàn)的結(jié)泥餅、泥水處理困難等問題;在穿越山體下的微風(fēng)化花崗巖地層采用TBM模式,提高掘進(jìn)效率,即本文后續(xù)主要分析的施工段;在穿越砂層和下穿重要建(構(gòu))筑物時(shí)采用泥水模式,減少地層沉降。

2 三模式掘進(jìn)機(jī)簡(jiǎn)介

本區(qū)間采用1臺(tái)新設(shè)計(jì)、新制造的三模式掘進(jìn)機(jī)施工。掘進(jìn)機(jī)開挖直徑為6.28 m,具有土壓、泥水、TBM 3種工作模式和3種出渣方式,如圖3所示。其中,土壓模式采用螺旋輸送機(jī)出渣;泥水模式采用泥漿管路出渣;TBM模式通過泥漿管或泥漿管與螺旋輸送機(jī)協(xié)同出渣。3種掘進(jìn)模式可在施工過程中一鍵切換。

(a) 盾體結(jié)構(gòu)

2.1 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

三模式掘進(jìn)機(jī)采用復(fù)合式刀盤,刀盤的剛度和強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全余量較大,總重約760 kN(一般6 m直徑單模式掘進(jìn)機(jī)復(fù)合式刀盤總重約650 kN),可滿足TBM模式掘進(jìn)要求;滾刀采用背裝式,便于拆裝;主驅(qū)動(dòng)總功率為1 500 kW,刀盤轉(zhuǎn)速為0～5.57 r/min,可滿足TBM模式高轉(zhuǎn)速破巖要求;在前盾設(shè)置有穩(wěn)定器,以增大TBM模式下與圍巖的摩擦力,同時(shí)降低震動(dòng);在中盾設(shè)置有撐靴,可在換刀時(shí)頂緊圍巖,通過鉸接油缸拉回前盾,便于換刀;后配套同時(shí)集成有泥漿循環(huán)系統(tǒng)和皮帶機(jī),可滿足3種掘進(jìn)模式出渣需求。三模式掘進(jìn)機(jī)主要參數(shù)如表1所示。

表1 三模式掘進(jìn)機(jī)主要參數(shù)

與單一模式TBM不同,由于三模式掘進(jìn)機(jī)通過螺旋輸送機(jī)和泥漿循環(huán)出渣,其刀盤結(jié)構(gòu)更接近傳統(tǒng)土壓/泥水盾構(gòu),無溜渣槽、集渣環(huán),并在刀盤中心安裝中心回轉(zhuǎn)體以布置膨潤(rùn)土、泡沫管路;刀盤可雙向旋轉(zhuǎn),因此在正反旋轉(zhuǎn)方向均布置有刮刀。

三模式掘進(jìn)機(jī)刀具配置為: 45.72 cm(18英寸)中心雙聯(lián)滾刀4把,45.72 cm(18英寸)單刃滾刀38把,邊刮刀12把,刮刀47把,如圖4所示。

(a) 設(shè)計(jì)圖

刀盤采用六主梁六副梁重型刀盤結(jié)構(gòu)形式,開口率30%,通過增加梁以及大圓環(huán)的高度提升刀盤的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性,中心區(qū)域采用中心板整體鍛件焊接,改善中心區(qū)域結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,減小刀盤中心區(qū)域變形概率,刀盤抗偏載能力強(qiáng)。刀盤背面有主動(dòng)攪拌棒、渣土改良噴口(泡沫、膨潤(rùn)土)、中心L型噴口,改善渣土的流動(dòng)性、和易性,有效降低泥餅固結(jié)的概率。其中刀盤背面的主動(dòng)攪拌棒安裝在刀盤邊緣,可攪動(dòng)開挖艙底部渣土,有助于減少積渣,確保出渣順暢,如圖5所示。

2.2 模式轉(zhuǎn)換

三模式掘進(jìn)機(jī)的泥水/土壓模式轉(zhuǎn)換與常規(guī)的泥水/土壓雙模盾構(gòu)基本相同,主要區(qū)別在于TBM模式的轉(zhuǎn)換。

2.2.1 泥水模式轉(zhuǎn)換TBM模式

轉(zhuǎn)換步驟: 1)到達(dá)模式切換點(diǎn)時(shí)停止掘進(jìn),泥漿循環(huán)切換至機(jī)內(nèi)旁通; 2)開啟開挖艙排漿閥,降低開挖艙液位至1/3滿艙位置,同時(shí)氣墊艙內(nèi)的泥漿在氣壓作用下經(jīng)連通管進(jìn)入開挖艙,排空后氣墊艙、開挖艙內(nèi)控制為常壓; 3)開啟開挖艙下部進(jìn)漿閥,控制開挖艙泥漿液位在滿艙的1/3; 4)啟動(dòng)刀盤,開始TBM模式掘進(jìn)。

2.2.2 土壓模式轉(zhuǎn)換TBM模式

轉(zhuǎn)換步驟: 1)到達(dá)模式切換點(diǎn)時(shí)停止掘進(jìn),通過螺旋輸送機(jī)出渣降低開挖艙渣土位置; 2)艙內(nèi)渣土約為滿艙的1/4時(shí)停止螺旋輸送機(jī)出渣,啟動(dòng)泥漿循環(huán)向開挖艙注入泥漿,同時(shí)緩慢旋轉(zhuǎn)刀盤攪拌; 3)開啟開挖艙排漿管,控制開挖艙泥漿液位在滿艙1/3位置,開始TBM模式掘進(jìn)。

在TBM模式下,開挖艙可處于常壓狀態(tài),此時(shí)可通過螺旋輸送機(jī)和泥漿循環(huán)同時(shí)出渣。

3 三模式掘進(jìn)機(jī)TBM模式掘進(jìn)技術(shù)研究

三模式掘進(jìn)機(jī)與一般單模式盾構(gòu)的主要區(qū)別在于TBM模式施工。本工程中,三模式掘進(jìn)機(jī)在穿越2段微風(fēng)化花崗巖時(shí)使用了TBM模式掘進(jìn);單一模式土壓平衡或泥水盾構(gòu)在全斷面巖層中掘進(jìn),常遇到巖石強(qiáng)度高、掘進(jìn)效率低、盾體震動(dòng)大、刀具磨損快等問題[12],本節(jié)從出渣方式、掘進(jìn)參數(shù)控制、刀具管理、穩(wěn)定器應(yīng)用的角度,介紹三模式掘進(jìn)機(jī)在全斷面巖層中使用TBM模式的施工技術(shù)。

3.1 出渣方式

本區(qū)間使用的三模式掘進(jìn)機(jī)同時(shí)配備了螺旋輸送機(jī)、皮帶出渣系統(tǒng)及泥漿循環(huán)系統(tǒng)。在硬巖地層條件下,使用TBM模式掘進(jìn),掘進(jìn)機(jī)開挖下的巖渣可以使用泥漿循環(huán)系統(tǒng)輸送,也可使用螺旋輸送機(jī)進(jìn)行排渣。泥漿循環(huán)系統(tǒng)排渣和螺旋輸送機(jī)排渣的特點(diǎn)對(duì)比分析如表2所示。

表2 2種排渣方式特點(diǎn)對(duì)比

為研究出渣方式對(duì)施工的影響,本區(qū)間在硬巖段施工中,使用TBM模式進(jìn)行了泥漿循環(huán)排渣和螺旋輸送機(jī)雙通道出渣試驗(yàn),驗(yàn)證是否可達(dá)到小粒徑巖渣通過泥漿循環(huán)排出、大粒徑巖渣通過螺旋輸送機(jī)排出的設(shè)計(jì)。試驗(yàn)對(duì)比了在不同刀盤轉(zhuǎn)速下,半艙泥漿液位與1/3艙泥漿液位時(shí)雙通道出渣的推進(jìn)速度、總推力、刀盤轉(zhuǎn)矩等參數(shù),結(jié)果如表3所示。

表3 掘進(jìn)參數(shù)對(duì)比

試驗(yàn)時(shí)先進(jìn)行單一泥漿循環(huán)出渣試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)由于泥漿循環(huán)不足、開挖艙排漿管與排漿泵存在高差等原因,出渣效果差,易堵管;采用雙通道出渣后,基本不出現(xiàn)堵管問題,說明雙通道出渣可有效排出大粒徑巖塊,解決堵管問題。通過TBM模式雙通道出渣掘進(jìn)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)情況可以得到以下結(jié)論:

1)雙通道出渣可有效提高出渣效率,解決泥漿循環(huán)出渣堵管問題,出渣效率能夠完全滿足掘進(jìn)出渣需求,開挖艙底部不出現(xiàn)積渣。

2)由于掘進(jìn)段為硬巖地層,穩(wěn)定性好,不易超挖,可認(rèn)為每掘進(jìn)1環(huán)的出渣總量相同。通過定性分析表3中的出渣量比例(螺旋輸送機(jī)∶管道),可得雙通道出渣方式在本工程工況半艙泥漿液位下泥漿管道攜渣能力優(yōu)于1/3艙泥漿液位。

3)其他主要參數(shù)不變的情況下,刀盤轉(zhuǎn)速越快,刀盤切削下來的巖塊尺寸越大,采用雙通道出渣時(shí)泥水管道攜渣能力逐漸減弱,增加循環(huán)泥漿相對(duì)體積質(zhì)量以及黏度后有較小改善,但不明顯。

4)采用泥漿循環(huán)出渣能有效減小工作區(qū)域灰塵;在地層裂隙發(fā)育、地下水豐富的工況下可以避免皮帶漏渣,節(jié)約隧道內(nèi)清理時(shí)間,提高盾構(gòu)整體掘進(jìn)工作環(huán)境及效率。

3.2 掘進(jìn)參數(shù)控制

1)刀盤轉(zhuǎn)速。刀盤轉(zhuǎn)速的高低決定盾構(gòu)掘進(jìn)效率,但轉(zhuǎn)速的選擇由盾構(gòu)性能、掌子面均質(zhì)及平整度光滑、刀具磨損規(guī)律等共同決定。三模式掘進(jìn)機(jī)刀盤轉(zhuǎn)速最高可達(dá)5.36 r/min,在施工中發(fā)現(xiàn),盡管有穩(wěn)定器及撐靴支撐圍巖,當(dāng)?shù)侗P轉(zhuǎn)速達(dá)到3.5 r/min以上時(shí),掘進(jìn)機(jī)震動(dòng)仍明顯增大,因此將刀盤轉(zhuǎn)速限制在3.5 r/min以下。

2)刀盤轉(zhuǎn)矩。由刀具啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、艙內(nèi)渣位、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)(地層、艙內(nèi)異物)共同決定。本區(qū)間全斷面硬巖段開挖面較平整,刀盤轉(zhuǎn)速3.0 r/min、刀盤轉(zhuǎn)矩1 300 kN·m(空艙狀態(tài))、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)≤300 kN·m。

3)推力和掘進(jìn)速度。硬巖段推力和掘進(jìn)速度主要根據(jù)刀盤轉(zhuǎn)矩來進(jìn)行調(diào)整,掘進(jìn)過程中主要控制推力和掘進(jìn)速度的變化量,如在1環(huán)掘進(jìn)過程中地層和轉(zhuǎn)矩控制不變的情況下,推力和速度發(fā)生了較快的變化,就要引起重視,根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)開艙檢查[13]。

①地層及其他參數(shù)不變的情況下,速度降低量超過原速度的50%時(shí)停機(jī)檢查刀具。

②地層及其他參數(shù)不變的情況下,推力持續(xù)增加超過2 000 kN時(shí)停機(jī)檢查刀具。

③地層變化時(shí)降低掘進(jìn)速度,特別是即將進(jìn)入地層交界處時(shí),及時(shí)降速,謹(jǐn)慎推進(jìn)。

4)艙內(nèi)渣位及開挖艙壓力。根據(jù)硬巖段裂隙水含量決定是否帶壓掘進(jìn)。地層基本無水或者水量極小時(shí)可采用常壓空艙掘進(jìn),二次注漿需及時(shí)跟進(jìn);當(dāng)?shù)貙恿严端^大時(shí)需帶壓掘進(jìn),艙內(nèi)渣位需覆蓋螺旋輸送機(jī),保持1/3艙,保證螺旋輸送機(jī)不漏氣,開挖艙壓力不小于地層水壓,可開啟保壓系統(tǒng),進(jìn)行氣壓輔助掘進(jìn)。

5)其他參數(shù)控制

①盾構(gòu)姿態(tài)控制。盾構(gòu)垂直姿態(tài)盡量控制在0～-50 mm,抵消管片上浮量。

②糾偏量控制。每環(huán)糾偏量控制在5 mm以內(nèi),嚴(yán)禁蛇形糾偏,蛇形糾偏在硬巖地層容易造成卡殼。糾偏原則為: 勤監(jiān)測(cè)、勤糾偏、緩糾偏。

③鉸接伸出量控制。硬巖段地層換刀較為頻繁,刀具因磨損會(huì)導(dǎo)致開挖面在該刀的軌跡上形成1圈凸臺(tái),刀盤偏磨時(shí)凸臺(tái)則更高,凸臺(tái)導(dǎo)致新刀裝不上,人工鑿除凸臺(tái)極其困難。在掘進(jìn)過程中將鉸接伸長(zhǎng)量控制在80 mm以上,刀具磨損形成凸臺(tái)時(shí)可通過回收鉸接退刀盤,減少人工鑿除凸臺(tái)工作量。

本區(qū)間掘進(jìn)機(jī)穿越全斷面硬巖段掘進(jìn)參數(shù)控制如表4所示。

表4 全斷面硬巖段掘進(jìn)參數(shù)

3.3 刀具管理

3.3.1 滾刀安裝方式優(yōu)化

全斷面硬巖段邊緣滾刀磨損量控制不精準(zhǔn)或者不合理,極易造成盾構(gòu)開挖直徑縮小[14],導(dǎo)致盾構(gòu)出現(xiàn)“卡殼”。本區(qū)間施工過程中,原邊緣滾刀磨損量控制在10 mm,施工方通過對(duì)保徑刀L型塊增高后增大了開挖直徑,可以將邊緣滾刀磨損量控制在20 mm,降低了邊緣滾刀更換頻率[13]。

3.3.2 滾刀種類優(yōu)化

本區(qū)間隧道穿越2段全斷面硬巖,均為微風(fēng)化花崗巖,分別位于第146～370環(huán)、479～710環(huán)。穿越第1段硬巖時(shí)采用光面滾刀,穿越第2段硬巖時(shí)采用光面滾刀和鑲齒刀,并對(duì)2種滾刀的使用效果進(jìn)行了對(duì)比。

統(tǒng)計(jì)掘進(jìn)機(jī)穿越第1段硬巖地層的換刀情況,如圖6所示。從換刀次數(shù)看,穿越過程中共換刀131把,其中,中心刀更換8把,正面滾刀更換58把,邊緣滾刀更換65把,滾刀安裝半徑越大更換次數(shù)越多。

圖6 光面滾刀換刀次數(shù)與安裝半徑的關(guān)系

穿越第2段硬巖時(shí),施工方在546～688環(huán)掘進(jìn)過程中將正面滾刀由光面刀更換為鑲齒刀,鑲齒刀更換情況如圖7所示?？梢?正面滾刀更換為鑲齒刀后,仍符合安裝半徑越大換刀次數(shù)越多的規(guī)律。但鑲齒刀換刀次數(shù)相對(duì)光面刀大大減少,在546～688環(huán)掘進(jìn)過程中僅更換23次。

對(duì)比第1段硬巖使用光面滾刀與第2段硬巖使用鑲齒滾刀的掘進(jìn)參數(shù),如圖8所示。2段硬巖掘進(jìn)過程中刀盤轉(zhuǎn)速均控制在3.0 r/min,平均貫入度基本相同,光面刀為4.6 mm/r,鑲齒刀為4.3 mm/r。1)從推進(jìn)速度看,使用光面刀平均為15.3 mm/min,使用鑲齒刀平均為11.9 mm/min; 2)從總推力看,使用光面刀平均為16 037.2 kN,使用鑲齒刀平均為14 696.5 kN; 3)從刀盤轉(zhuǎn)矩看,使用光面刀平均為1 484.2 kN·m,使用鑲齒刀平均為1 212.1 kN·m。由圖8可見,在基本相同的貫入度下,使用鑲齒刀的總推力及刀盤轉(zhuǎn)矩更小,而使用光面刀期間由于刀盤轉(zhuǎn)速較大,因此推進(jìn)速度較大?？傮w來看,使用鑲齒刀的刀具消耗少,可節(jié)約進(jìn)艙換刀時(shí)間,同時(shí)總推力和刀盤轉(zhuǎn)矩也較小,本區(qū)間施工采用鑲齒刀更具有優(yōu)勢(shì)。

圖8 光面刀和鑲齒刀掘進(jìn)參數(shù)對(duì)比

3.3.3 換刀措施及標(biāo)準(zhǔn)

1)換刀措施

為保證施工過程中刀具更換作業(yè)安全、高效,制定以下措施。

①正常磨損(無偏磨、無解體、無變形)的單刃刀,每把刀40 min以內(nèi)完成拆除和安裝。

②刀具安裝時(shí),要求安裝工人對(duì)螺栓法蘭、卡槽等敏感位置清理干凈后再進(jìn)行安裝,同時(shí)每次更換刀具后應(yīng)將開挖艙內(nèi)異物清理干凈。

③刀具更換完成后復(fù)推200～500 mm進(jìn)艙二次復(fù)緊刀具螺栓。

2)刀具維修管理

硬巖段掘進(jìn)刀具磨損快,換刀多,舊刀要進(jìn)行更換新刀圈,刀具維修質(zhì)量至關(guān)重要[15]。

①建立刀具臺(tái)賬,對(duì)每把刀進(jìn)行編號(hào)登記,確保隨時(shí)可以查詢到每把刀的使用情況、維修情況。

②每把維修過的刀在再次使用前,對(duì)密封進(jìn)行打壓試驗(yàn),確保密封完好,不漏油。

③刀具維修使用2次后,更換密封,刀具維修使用5次后報(bào)廢。

3)刀具更換標(biāo)準(zhǔn)

①邊緣滾刀(43#、44#、45-1#、45-2#)磨損控制標(biāo)準(zhǔn)為10 mm(優(yōu)化安裝方式后控制到20 mm)。

②正面、中心滾刀磨損控制標(biāo)準(zhǔn)為20 mm。

③相鄰刀高度差盡量控制在10 mm以內(nèi)。

3.4 穩(wěn)定器的應(yīng)用

三模式掘進(jìn)機(jī)在全斷面硬巖地層中施工,由于地層穩(wěn)定性好,對(duì)盾殼的摩阻力低。為防止施工過程中盾體滾動(dòng),掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)了可伸縮穩(wěn)定器和撐靴,用于頂緊圍巖,增大盾殼與地層之間的摩擦力,降低掘進(jìn)時(shí)盾體震動(dòng),如圖9所示。在換刀期間可通過撐靴頂緊圍巖并收回主動(dòng)鉸接,實(shí)現(xiàn)后退刀盤的目的。掘進(jìn)機(jī)共設(shè)置前盾4個(gè)穩(wěn)定器和中盾2個(gè)撐靴,每個(gè)可提供最大684 kN的頂力。

圖9 三模式掘進(jìn)機(jī)穩(wěn)定器及撐靴

4 結(jié)論與討論

本區(qū)間采用的三模式掘進(jìn)機(jī)已在2022年9月完成左右線掘進(jìn),隧道順利貫通?？偨Y(jié)三模式掘進(jìn)機(jī)在全斷面硬巖段的施工措施,可得到以下結(jié)論。

1)在地層復(fù)雜多變,同時(shí)包含全斷面巖層、上軟下硬地層且地表情況復(fù)雜,地層變形控制要求高的隧道施工,使用三模式掘進(jìn)機(jī)可有效保證施工安全、順利進(jìn)行。

2)三模式掘進(jìn)機(jī)TBM模式采用泥漿循環(huán)和螺旋輸送機(jī)雙通道出渣,可顯著降低泥漿管堵塞的概率,提高出渣效率;同時(shí)解決了泥漿循環(huán)出渣易在開挖艙底部積渣問題。

3)本區(qū)間使用鑲刀時(shí)刀具消耗減少,可節(jié)約進(jìn)艙換刀時(shí)間,同時(shí)掘進(jìn)參數(shù)改善,總推力和刀盤轉(zhuǎn)矩較小,因此施工中采用鑲齒刀更具有優(yōu)勢(shì)。

4)三模式掘進(jìn)機(jī)在前盾、中盾安裝穩(wěn)定器和撐靴,可保證全斷面硬巖地層中掘進(jìn)盾體不發(fā)生滾動(dòng),同時(shí)增強(qiáng)盾體穩(wěn)定,從而保證施工的連續(xù)性和穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)侗P轉(zhuǎn)速達(dá)到3.5 r/min以上時(shí),盾體震動(dòng)明顯增大,可見穩(wěn)定器及撐靴設(shè)計(jì)仍需優(yōu)化。