盾构施工设备及附属设备的改进思考

王旭波　王林　杨国华

摘 要：在地铁盾构施工中，在考虑施工实际情况的基础上，所采购的盾构机械设备及附属设备会存在一定不相符之处，这就需要进行相关的改进处理，本文通过某地铁标段的盾构施工为例进行说明，结合实际施工，有效更改盾构机及其附属设备，能够满足实际施工需要。

关键词：盾构施工 盾构设备 设备改造

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0090-02

在标段盾构施工中，盾构台车与盾构机头一次下井进行初始掘进。台车摆放空间则是利用施明挖此站站台层，在这种的初始掘进方式而进行始发，在此站东端始发盾构机设备。

1 设备选用思考

1.1 盾构机的选用

在综合考虑本区间隧道施工情况以及相关的工程地质情况的基础上，这里选用土压平衡盾构是施工。对于在含水的砂质粉土层来说，特别是相应的粉质粘土、粘土、，土压平衡盾构比较适用。利用泡沫及膨润土装置，对于碴土进行改良从而能够使得在允许范围内，控制地表沉降量[1～2]。所以，在本工程中，这里采用土压平衡盾构施工，盾构机设备为中铁隧道装备制造有限公司土压平衡盾构。

1.2 辅助设备选择

除了正确选择合适类型的盾构机，在地铁隧道盾构法施工中，要想使得施工设备整体发挥效能，还应该进行合理配置辅助设备。考虑到尽管盾构机设备的购置费用很高，但是相应的配套设备具有比较低的费用，就应该合理选择相关的提升设备、轨道运输设备、通风设备、砂浆搅拌设备、供水、电设备等等，只有匹配盾构机的工作能力，才能保证经济合理且稳定可靠地运行，满足设备配套最佳的运行状况。

1.2.1 轨道运输设备计算分析

管片、碴土、砂浆料及其它辅助材料是盾构掘进时所需要的运输材料，为了更好提高轨道运输安全性，以及简化运输系统管理，这里选择列车编组方式进行运输，能够提高运输效率和减少列车运输次数。在每循环掘进出碴运输过程中，分为2列车完成，其中的每列车的组成包括2节管片车、1节砂浆车和3节碴车。

分析可知，机车实际重量应该大于粘着重量，这里，机车最大粘着系数为0.2，考虑交直流变频机车牵牵引力的粘着系数为0.18，另外，易于操作、粘着力大、使用成本低和无污染等为交直流变频机车的特点，考虑有机车类型，这里选择JXK—45交直流变频机车，其中，机车粘着重量为45 t。机车和碴车都有制动机构，这在列车制动距离方面，可以可靠地保证制动性能。

1.2.2 提升设备能力计算

在隧道盾構掘进过程中，在地面与隧道之间，提升设备的作用就是进行垂直运输及装卸掘进的碴土、管片及材料等。碴斗提升功能和碴斗的翻转功能都应该同时考虑，这样可以提高出碴效率，专用门吊在垂直提升设备中采用。在材料提升运输过程中，最大提升重量为碴车总重量（40 t），此时，门吊安装盾构后配套拖车方式被采用，考虑45 t为拖车最大重量，这里选择门吊的最大提升能力也为45 t。

盾构循环掘进的工作时间为75分钟，每循环掘进过程中需要2趟列车，分析门吊每循环掘进时间过程中需要的提升次数为，管片4次，出碴6次，共计10次。结合门吊每循环时间内提升能力为15次，完全满足盾构正常掘进循环对提升设备的要求。

1.3 砂浆搅拌设备

在此系统的搅拌站中，PLD800配料机和JW500双卧轴搅拌机为所采用的砂浆搅拌设备。自动称量砂、粉煤灰功能在配料机的两个料斗中能够实现，采用自动计量控制的控制方式，能够通过梭槽进入搅拌机搅拌仓内，搅拌仓内直接加入膨润土和袋装水泥，生产能力为20 m3/h。砂浆量在盾构掘进循环中需要5 m3，生产每循环所需砂浆的时间经过计算为12分钟，这样，碴车卸碴过程而进行的砂浆的搅拌作业中，应该生产2台盾构掘进所需的砂浆。

1.4 通风设备

在考虑地铁隧道盾构施工实际情况下，通风方式为机械压人式通风方式，一套通风设备在每台盾构中配置。其中，Φ1000 mm的拉链式软风管在洞内风管中采用，延伸盾构风管储存箱，这样，可以把新鲜空气压入盾构机后配套设备末端，再利用后配套上的二次通风设备的作用，把新鲜空气压入盾构机前端和各作业空间。其中，可以用最小断面风速法进行计算通风量。这里，采用的通风设备为SDF—N10对旋轴流式通风机，其中，风压3140 Pa，风量1100 m3/min，功率37 kw×2。

1.5 供电系统

高压供电及低压供电系统组成供电系统，建立预装式户外箱式变电站。要求变电站具有相关的出线综合开关柜和过流、速断、计量、高压进线等保护功能。盾构机使用10 kV高压出线进洞，其中，高压电通过电缆送入洞内，为洞外各设备供电则是2台630 kVA箱式变压器。

2 设备改造方案简介

对于现有的盾构设备来说，在编写相关的盾构施工方案的过程中，我们就发现设备在设计上与施工工艺存在一定的不一致性。施工工艺的变更将会引起成本的大幅度增加，以及工期的不确定性延长；另外，在具体的施工过程中，在盾构附属设备方面，我们还发现依然存在一定不足之处，这些将会影响到实际的盾构施工的顺利进行[3]。在上述原因的分析下，对盾构及其附属设备来说，应该进行相关的一定改造。

2.1 台车的改造

2.1.1 分析台车改造的原因

我们发现，制定初始掘进方案的过程中，在初始掘进要求中，盾构台车尺寸并不符合其要求，因为，在为改造台车时，其设备宽度为4.8 m。正如上文提到的，对于初始掘进方案来说，在后方的明挖车站内则是搁置台车的地方，在进行第一次的始发过程中，我们遇到了下列几个问题：

（1）对于站西端始发井的东侧来说，其站台层的隧道中心线和车站北侧墙的距离只有2150 m，这样的距离太近，同时，一号台车操作室也和北墙存在一定的冲突。

（2）北墙和台车左牵引杠也存在一定的冲突问题。

（3）另外，后背反力架净空小于台车最大侧面宽度，这样，电缆支架，还有相关的左台车侧面步道，和后背反力架之间存在一定的冲突。

2.1.2 分析改造措施

第一，在台车上方或下方进行原左侧台车注浆管路的改移改造。

第二，把台车左牵引扛往着隧道中心线内进行移动。

第三，改变左侧台车步道的连接方式，把原先的焊接连接改成螺栓连接，在市政工程施工与管理工作中台车具有重要作用。步道暂时不在明挖车站内时安装，等台车行驶进入随到以后，再进行相关的安装；把左侧电缆进行移动，并且移动到台车上端。

另外，台车轮子向内、向下移动也应该特别注意。因为，这样可以使得轨枕的刚度有所增加，台车轨道轨枕的长度能够有效缩短，还有，还能够降低土斗车位置，能够加高土斗箱，这样能够使得单个土斗车的装载能力大大增加，使得土斗的个数有所减少，使得水平、垂直运输的频率在一定程度上有所降低。

2.1.3 改造效果分析

从台车的宽度从4.8 m减少到4 m的改造中，可以发现，明挖车站内可以具有有效搁置台车位置。这就能够实现一次始发，这与通常的初始掘进方式相比，使得车架转换时间有所减少，大约能够节省到15天左右。

从轨枕长度的宽度由3.5 m变为2.6 m的台车轮子的下移改造中，能够有效缩短轨枕跨距，同时，保证有效降低轨枕的高度，同样，原有的22号工字钢尽心改造成现在所使用的18号工字钢，能够保证大量的钢材节省，节约成本。其中，单线节省60 t钢材，约合24万人民币。

2.2 出土設备的改造探讨

2.2.1 改造原因分析

通过对在施工开始阶段的各个工序进行相关分析，可以发现，制约着盾构施工的整体速度则是垂直出土问题。在进行深入分析，可得，土斗的摘挂钩及倾倒土上具有一定的问题，

应该进行一定的合理改造。

第一，在摘挂钩应用方面，2个吊耳在每个土斗上，这样进行吊耳旋转的过程中，就比较容易出现和土斗边缘碰撞的情况，使得吊耳旋转过程中比较吃力，这样的摘挂钩时间就大大增加。

第二，在倒土的应用方面，对于土斗吊到地面上方位置以后，在倒土施工前，应该保证对齐与土坑边上的立柱，这就是这种的对齐时间，使得倒土的速度大大受到影响。

2.2.2 改造措施探讨

第一，把土斗吊耳进行拆除，更换为吊装扁担装置，同时，对于吊装扁担附加的挂板来说，在其上面，与土斗两侧圆钢相配合的一个孔进行设置。

第二，把土坑内的立柱挪到天车横梁上。这样，使得大车引走的机会有所减少，这是因为其与天车有相对的固定位置，使得较容易实现相关的土斗与立柱的对正。

2.2.3 改造效果分析

在进行的相关设备改造以后，明显缩短了摘挂钩与倒土时间，提高了出土效率，从而使得整个盾构施工效率进一步的提升。

3 结语

在施工过程中，在考虑设计工况时，任何设备都会存在一定的不足，尽管有时候是细微之疵，但却直接影响到其施工速度，所以，在应用设备过程中，应该对于设备存在的问题进行一定的改造处理，本文对于盾构及相关设备的一些改造，希望对于相似的地铁盾构施工具有一定借鉴作用。

参考文献

[1] 吕善.广深港客运专线福田站综合工程盾构机选型[J].工程机械与维修维，2009（8）.

[2] 朱红光，谢自韬，杨岳，等.盾构施工设备网络化管理信息系统的设计与实现[J].企业技术开发：学术版，2012，31（2）.

[3] 邵华.泥水盾构下穿运营地铁隧道的监护技术分析[J].地下空间与工程学报，2011，7（6）.