复合式TBM施工中配套设备优化研究

马勤义，陈勇

（重庆交通建设（集团）有限责任公司，重庆 401120）

复合式TBM施工中配套设备优化研究

马勤义，陈勇

（重庆交通建设（集团）有限责任公司，重庆 401120）

复合式TBM施工中，整个施工循环由多个工序组成，每一步工序中使用的配套设备的机况直接影响着该工序所消耗的时间，同时影响整个循环作业时间，进而影响整体工期和工程造价，所以配套设备的性能起着非常重要的作用。本文以某区间隧道工程中使用的门吊、编组、电瓶、除尘系统优化研究，为同类型TBM施工配套设备选型提供有益建议。

隧道施工；隧道掘进；复合式TBM；施工循环；TBM施工

0 引言

TBM隧道施工是一种集开挖、出渣、运输、支护进行循环的施工方式，后配套及配套设备是施工过程中必不可少且起着重要作用的一系列设备，设备的配置是否合理，操作是否方便，都直接影响着生产安全及施工工期。本文对该项目所使用的部分配套设备在实际使用过程中出现的一些问题进行分析研究并提出优化方案，为以后类似配套设备选择提供有益建议。

1 项目概况

重庆轨道环线南体区间隧道长度为569m，体冉区间隧道长度为572m,隧道穿越断面以砂岩为主，夹杂砂质泥岩地层，或交替出现，区间埋深31～40m,最大坡度为22‰，最小转弯半径R=370m。水文情况：地层中水量较少。

1.1 TBM性能参数（表1）

表1 TBM整机性能参数

1.2 出渣方式

出渣方式包含皮带机输送、水平运输、以及垂直运输，具体是开挖下的渣土通过TBM设备上配备的皮带机输送到出渣口落入渣车中，编组列车水平运输到竖井，龙门吊将渣斗垂直吊起，然后将渣土倾倒到渣坑中。

2 后配套设备的组成

TBM配套设备主要包括隧道内水平运输设备、施工竖井垂直运输设备、隧道内通风设备、砂浆搅拌设备、隧道内供水供电设施等，主要配套设备配置见下表。

3 配套设备选型原则

表2 配套设备组成

配套设备选型主要考虑以下几个原则：外形尺寸原则、满足施工进度要求原则、保证施工安全原则、采用厂家通用标准原则和设备能力等级取大原则。下面针对该项目使用的编组列车、龙门吊及除尘系统施工中的实际性能及效率进行分析研究。

4 龙门吊

该项目TBM施工均采用两台型号为45/15t门吊。在使用过程中出现以下一些问题，通过分析研究，并针对性地制定了优化方案。

（1）操作室设计在立柱底部对于操作人员的视野具有局限性，容易引起安全事故，同时增加工作难度。

设计优化：为了操作方便和观察方便，操作室应设置在侧方位横梁中间一边观察四周以及底部。

（2）在操作过程中因为竖井过深，操作者经常需要隔着玻璃俯视竖井底部，这种姿势容易造成误动作。

设计优化：须在门吊顶部大小钩中间装设监控系统，方便操作人员观察。

（3）整个施工过程中因为门吊翻渣钩的故障造成施工停滞时间较多，主要原因在于翻渣钩设计为电动机带动联轴器直接动作，全部为硬性构件，而翻渣钩在实际运用过程中经常需要微调，所以故障率较高。

设计优化：为了避免此部件带来的影响，翻渣钩驱动系统应改为液压式传动，操作过程中无形中起缓冲作用，而且稳定性较好，不易损坏（图1）。

图1 门吊翻渣钩

（4）滑动变阻器的安装位置，正常运行停止后电动机还会有微小的惯性转动，转动会产生电能重启损坏变频器，为消耗这部分电能在变频器和电机之间装设滑动变阻器，而在消耗瞬间，变阻器发热较严重容易烧断连接片。

设计优化：所以滑动变阻器组件应设置在有空调的室内。

（5）门吊夜班使用过程中照明专用变压器发热严重已烧坏原装变压器，减少了照明数量。

设计优化：门吊属于特种设备，夜间施工时照明范围要广，强度需高，为此应将原容量为0.12kVA的变压器更换为0.4kVA。

（6）龙门吊小钩设计最大载重量为15t，按照管片每次下方最重为17.4t超出15t，存在安全风险。

设计优化：将龙门吊小勾改造装设在大钩下端中心，既解决了承重不足的问题，还能节约小钩配套的所有构件成本。

（7）更换或维修电瓶车时需吊机车，机车自重55t，门吊大钩承重不足。

设计优化：应配置门吊大钩为55t的龙门吊。

5 编组列车

使用编组组成为一台电瓶车、五节渣斗、一台砂浆车、两台观管片运输平板车。通过使用发现以下几点需要优化。

（1）电瓶车电气柜及裸露接头需完全密封。因在TBM施工中考虑到岩层涌水较多而且不可预测。

设计优化：为了防止因为涌水导致电瓶车故障，电气柜及裸露的接头必须密封。

（2）正常渣土运输过程中需要有专人观察周围环境防止出现故障及事故，因为在会车以及坡度较大地方会突然出现减速和加速，所以需重视观察员的安全问题。最后一节平板小车通常装有TBM施工辅助材料。

设计优化：在最后一节平板小车角落设直角护栏保证观察员安全，而不影响辅助材料运输。

（3）对于转弯半径过大的隧道，考虑到电瓶车转弯时容易跳道，所以对轨道铺设的要求较高。

设计优化：可以通过先弯曲轨道接好双轨后，整体运输铺设解决此问题。

（4）运输过程中部分区间因坡度过大导致牵引机车抖动严重行驶缓慢，从而影响施工速度。

设计优化：从机车本身出发增加机车自身重量降低抖动频率，按现场实际情况增加两吨自重，抖动明显减少且行驶速度提升，另一方面，因牵引力基于两台160kW电机，由一台额定容量为355kW的变频器控制。

（5）机车出现的大部分故障都基于保养的情况，鉴于常见的故障重复性出现，所以对机车实行针对性保养。

设计优化：交接班时检查气路是否漏气，刹车是否正常可用；检查电瓶电量是否满足要求；检查机车是否有异响。

（6）由于整个编组在运行过程中轴承部位需要同步保持润滑状态，必须保证此类部件有足够油脂。

设计优化：需要每天检查油脂量及油脂管路畅通，清理注油器。

6 电瓶

电瓶车使用与编组相配套型号为88-8DB800的牵引用铅酸蓄电池，每台电瓶规格为176V 800Ah。

（1）电瓶充放电过程中需经常通断充电插头，经常损坏连接器。

设计优化：固定插头，连接插头减少为一只（正负极均使用单线充电）减少损坏数量,插拔过程不得强行拖拽。

（2）电瓶和铁皮之间绝缘距离过小，且经常有杂质没清理干净，导致拉弧现象损坏电瓶，严重时会发生爆炸。

设计优化：为减少损坏率降低维修成本，使用之前增加电瓶和铁板之间的绝缘板，每次充放电必须冲洗干净表面的杂质。

图2 充电中的电瓶

7 除尘系统

除尘系统为隧道内TBM施工提供良好的施工环境保障，该项目TBM配置高效能的干式除尘器，利用除尘风机产生的负压将开挖仓内的粉尘抽出过滤、收集；同时配合隧道内的压入式通风系统，通过设备自带的二次风机，可以将清洁空气压入到主机工作区域，达到防止土仓内的粉尘通过皮带机向外扩散，保持工作环境清洁的目的（图3）。

图3 除尘系统示意图

（1）正常施工中空气质量达不到预期，灰尘较大.

优化研究：针对除尘不能快速除尽问题，可以在前盾隔板上设计两到三个除尘口，加快空气流速，并且加大除尘风管以增加空气的流通量，从而加快除尘速度。

（2）除尘一、二级螺旋需要经常清理，难度较大而且会影响施工进度。

优化设计：将除尘一级螺旋改为皮带输送便于清理，去除除尘二级螺旋直接将除尘集料斗安置在皮带机出口下方节省清理时间，节约成本。

（3）掘进过程中需要经常手动启停除尘风机，且除尘系统在操作室对面，需要穿过轨行区才能去启动除尘系统，在通过轨道区域时存在安全风险。

优化研究：在除尘风机进风口加装空气质量传感器，信号连接至除尘系统控制箱，实现按照空气质量自动控制启停。

8 结论

TBM施工配套设备配置是否合理，关系到项目的整体施工进度、施工安全、工程造价等。本文通过对龙门吊、编组、电瓶及除尘系统的运行状况进行分析研究，并针对性地进行优化，在保证安全的同时，缩减了施工工期，降低了工程造价。为以后类似项目配套设备选型提供有益建议，具有较高的推广价值。

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[2]茅承觉.全断面岩石掘进机（TBM）选型探讨[J].建设机械技术与管理，2006，19（8）：57-62.

[3]郭陕云.对盾构（TBM）技术运用及开发的几点认识[J].隧道建设，2008，28(6)：631-637.

Research on Corollary Equipment Optimization in Compound TBM Construction

In the compound TBM construction,the whole construction cycle consists of a number of processes.The work situation of the corollary equipment used in each process directly affects the time spent in this process,affects the work time of the entire cycle,and further affects the overall duration and project cost,so the performance of corollary equipment plays a very important role.This paper studies the optimization of the door hanging,marshalling,battery and dust removal system of a tunnel project,and provides useful suggestions for the corollary equipment selection of TBM construction.

tunnel construction;tunnel drilling;compound TBM;construction cycling;TBM construction

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0028-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.28

2017-07-04

马勤义（1987-），男，甘肃定西人，专科，助理工程师，主要从事城市轨道交通建设项目机电管理工作。

责任编辑：孙苏，李红