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行泥水平衡盾構法施工的具體施工技術以及施工環(huán)境需要，提出了對于既有條件下的盾構設備進行改造措施，以全面保障盾構設備能夠充分發(fā)揮既定的施工性能要求，全面提高盾構施工中的安全性、高效性、質量保障性。
盾構法隧道施工技術在地鐵建設的過程中受到了廣泛的應用，全面提升了工程的施工速度，提升了工程建設品質，只有通過選擇適合的盾構技術和設備，才能充分適應工程建設的需要，滿足施工要求。

1  工程概述
天津地鐵 11 號線 TJ-06 標共計 2 個盾構區(qū)間。盾構區(qū)間線路自環(huán)宇道站始發(fā)后沿環(huán)宇路向東行進，至雪蓮南路小里程端接收。后盾構機轉運至雪蓮南路大里程端進行二次始發(fā)，向招遠路站推進，在招遠路站接收。兩個區(qū)間線路全長 2.5km，最小轉彎半徑 R=600m，坡度 24‰，覆土厚度 19.7m。
2  改造適用性分析
2.1  改造原因
我單位在天津地鐵施工運用一臺自有盾構機。該設備來源采用兩臺盾構機組合維修、改造的總體思路，以 IHI425盾構機為主體，使用 IHI437 后配套臺車進行組合維修、改造。IHI425 盾構機、IHI437 盾構機是公司 2008 年采購的兩臺盾構設備，廠家為日本中和物產株式會社。采購時間接近，機器型號類似，主要系統(tǒng)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，因直徑尺寸問題無法滿足天津地鐵施工要求，故采用與 IHI425 盾構機組合方式進行維修、改造，滿足天津地鐵盾構項目要求。將兩臺盾構機剩余部分作為今后施工中備件機，一旦在盾構機掘進過程中出現(xiàn)配件問題，可立即從備件機中拆解安裝，以達到保證現(xiàn)場施工進度的目的。改造前的盾構機設備基本工況情況，見表 1。

2.2  需要改造的部分
（1）刀盤驅動裝置。刀盤改造的內容包括了主驅動密封更換、驅動單獨拆解驅動減速器及齒輪油更換。
（2）人行閘。增加各艙室的獨立視頻監(jiān)控系統(tǒng)，自動消防噴淋系統(tǒng)和作業(yè)環(huán)境有害氣體實時檢測系統(tǒng)。
（3）鉸接系統(tǒng)。鉸接前后部位拆解，更換鉸接密封。
（4）同步注漿系統(tǒng)。重布外置式注漿改造，保證注漿管四備四用。
（5）螺旋機。螺旋機增加前閘門；增加滑動伸縮功能；后閘門增加為雙閘門，并具備緊急自動閉合功能。
（6）皮帶機。皮帶輸送機增加螺桿微調裝置。
（7）臺車。增加防撞裝置，原有下部絲杠連接，改成頂部鋼板銷軸連接的形式。
（8）盾尾油脂。盾尾油脂注入系統(tǒng)實現(xiàn)單泵單腔注入，同時，在每個盾尾注入口出口處增加壓力傳感器，監(jiān)測出口盾尾油脂注入壓力。
（9）加泥系統(tǒng)。將原膠管擠壓泵更改為螺桿泵。同時，需對原加泥箱進行改造，降低加泥箱高度。
（10）電氣系統(tǒng)。PLC 程序相應更新、更換模塊，盾構機操作室操作盤功能恢復。
2.3  維修改造目標
盾構機經過系統(tǒng)性的全面改造之后，要求能夠更加適應天津地鐵施工中的各項客觀施工條件，提高盾構機施工過程中的安全性，能夠有效地提高施工效率，同時，又能夠確保施工質量滿足技術和規(guī)范要求，全面提升施工技術水平。

3  天津地鐵 11 號線泥水平衡盾構機改造技術
3.1  泥水平衡盾構機改造
（1）刀盤驅動裝置。
刀盤驅動裝置的重新組裝注意要點為：裝上密封隔艙；將大軸承吊裝于殼體上，并按要求的扭矩用相應的緊固件將其固定；驅動殼體吊裝，并按要求的扭矩用相應的緊固件將其固定；將各電機驅動總成吊裝于各相應孔內，并按要求緊固；在組裝時，注意不得漏裝零件及密封件；待主機總裝時，將驅動裝置總成裝入切口環(huán)內，并在其內腔注入相應牌號的油脂；待盾構總裝完成后進行驅動裝置的調試。
（2）螺旋輸送機。
對現(xiàn)有螺旋機進行升級改造，增加前閘門及伸縮功能裝置，并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(shù)。為更有效地保證相關改造性能參數(shù)符合要求，需對螺旋機系統(tǒng)進行全面的計算。
①螺旋機輸送量核算
螺旋機輸送量：

式中，Ds 為螺旋機葉片外徑（m）；ds 為螺旋機葉片軸外徑（m）；ts 為螺旋機葉片螺距（m）；ns 為螺旋機轉速（m）；Rs 為綜合系數(shù)（通常取 0.8）。
由圖可知，該螺旋機葉片外徑 0.71m，考慮通過粒徑該螺旋機葉片軸外徑為 0.19m，因此，綜上可計算螺旋機輸送量：

 ∴ 滿足出土要求。
②增加螺旋機前置閘門，加裝雙缸驅動式伸縮裝置并配有導向柱防扭功能。
③螺旋機伸縮對螺旋機腔體進行改造，加裝套筒及伸縮油缸增加一道后閘門裝置。
④外形檢查，包括其是否發(fā)生變形、彎曲，需要調整的部分要確保修復到位。對于耐磨層的厚度進行檢查，厚度較薄的要進行堆焊，補充厚度。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。排土口位置要充分檢查，防止堵塞。對驅動裝置進行拆解檢查，損壞構件及時更換，更換齒輪油，檢修后對驅動裝置執(zhí)行空載性能測試，保障其功能性良好。
（3）盾尾密封油脂系統(tǒng)。
因為天津地鐵施工中存在部分中、重度液化砂土地質環(huán)境的土層，因此，盾構改造通過在盾尾處增設油脂注入系統(tǒng)，全面實現(xiàn)了單泵單腔注入。通過壓力傳感器檢查注漿壓力，進而提供注漿量控制的必要參數(shù)，保障油脂始終能夠被有效地注入位置。油脂泵以及壓力傳感器同步安裝，對于連接管道的密封性進行檢查，各個儀表原件的性能充分進行檢查，調試合格后投入使用。
（4）人行閘。
通過增設艙室的安全、消防系統(tǒng)設備，全面提升施工中的設備以及人員安全保護能力。主要的設備系統(tǒng)包括：監(jiān)控系統(tǒng)、自動消防噴淋系統(tǒng)、有害氣體識別監(jiān)控系統(tǒng)等，對于各個系統(tǒng)的電器元件、管道線路進行全面檢查，對于靈敏度不足、損害破損的部分進行全面的更換和修復。
（5）皮帶機系統(tǒng)。
皮帶機張緊系統(tǒng)的功能實現(xiàn)主要是通過底梁導軌上的絲杠張緊結構，以螺母控制絲杠滑動，實現(xiàn)皮帶前后的移動能力，實現(xiàn)皮帶機張緊。對托輥、擋輪、輥筒、皮帶進行全面的檢查，更換損壞構件。
（6）臺車連接裝置改造。
將原有臺車間的連接模式進行必要的更改，之前的連接方式是絲杠螺紋連接模式，這種方式的臺車連接不方便，并且可能會受到較多的銹蝕影響，通過將臺車連接方式改為銷軸銷孔拉桿，有效地提高了其連接效率，有利于防銹維護的開展。
（7）加泥系統(tǒng)升級改造。
原加泥系統(tǒng)采用立式攪拌箱，并配備 2 臺排量 350L/min 膠管擠壓泵。按需將原膠管擠壓泵更改為螺桿泵。本次擬采用 4 臺排量 180L/min 螺桿泵，該泵壓力 1.2MPa，配備定子測溫保護功能。同時，需對原加泥箱進行改造，降低加泥箱高度，布置加泥泵于箱體底部。另外，加泥系統(tǒng)需新增 2 路管路及流量測量系統(tǒng)。同時，對控制系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)加泥系統(tǒng)操作室觸摸屏精準控制。
（8）電氣系統(tǒng)。
對電氣系統(tǒng)的各個組成構件進行充分的檢查，包括電動機、動力柜、操作柜、張出臺、接線箱、主開關、接觸器等，確保氣性能良好，滿足使用。傳感器、儀表組件要通電檢驗。
3.2  改造后盾構機保障優(yōu)勢分析
改造后的泥水平衡盾構機，在多個指標參數(shù)方面都表現(xiàn)出了突出的優(yōu)勢特點，有力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滿足質量要求。
（1）原有的注漿管道注漿效果不理想，主要是單液注漿的方式不能有效地滿足施工需要，當經過加固區(qū)段，因為加固區(qū)段的土層經過了硬化或者強度處理，導致這種注漿方式難以有效地適應全路線的連續(xù)施工作業(yè)需求，并且在這些特殊施工區(qū)域不能得到良好的施工效果，改造后，將原有的外置注漿槍設備去掉，改造成為多管路的注漿設備，提高了在施工過程中的注漿流量以及流量的控制能力，同時，將注漿管的整體高度降低，有利于提高注漿的實際效果以及特殊土層的處理能力，注漿管能夠快速準確地達到目標注漿效果。
（2）提高原有盾構機的施工耐磨性，通過在盾構機的外殼以及其他與土層直接接觸的位置，進行耐磨堆焊施工，將磨損部位轉移到堆焊位置，顯著提高了盾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，能夠有效使皮帶始終處于良好的緊力狀態(tài)下，始終保障盾構的皮帶傳送效果，減少了皮帶的無功功率發(fā)生，充分提高了盾構機的工作效率。
（4）兩臺盾構機品牌一致，機型接近，大部分配件通用。因此，IHI437 盾構機將作為備件機，為改造后的 IHI425 提供配件支持，充分保證設備正常運轉。
（5）增加螺旋機閘門，將目前的閘門增加為雙閘門，這樣的改裝有效地提高了閘門的閉合能力，當閘門接到系統(tǒng)的關閉命令后，雙閘門的加裝能夠有效地提高閘門的成功關閉率，有效地確保了施工工作中的安全，雙缸驅動式伸縮裝置的改造能夠有效地實現(xiàn)滑動伸縮的能力，同時，配備的導向柱還能提高其抗扭能力，有力地提高了盾構機的適用能力。

4  結語
通過對泥水平衡盾構技術設備的改造，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，降低了施工成本，有效提高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(yè)單位進行改造驗收，并出具鑒定報告，使改造效果始終能夠達到既定目標的要求。
參考文獻：中國知網(wǎng)

（來源：中天重工）