天津地铁11 号线泥水平衡盾构机技术改造措施

蔡伟

（中交一航局城市交通工程有限公司，天津 300457）

盾构法隧道施工技术在地铁建设的过程中受到了广泛的应用，全面提升了工程的施工速度，提升了工程建设品质，只有通过选择适合的盾构技术和设备，才能充分适应工程建设的需要，满足施工要求。

1 工程概述

天津地铁11 号线TJ-06 标共计2 个盾构区间。盾构区间线路自环宇道站始发后沿环宇路向东行进，至雪莲南路小里程端接收。后盾构机转运至雪莲南路大里程端进行二次始发，向招远路站推进，在招远路站接收。两个区间线路全长2.5km，最小转弯半径R=600m，最大坡度24‰，最大覆土厚度19.7m。

2 改造适用性分析

2.1 改造原因

我单位在天津地铁施工运用一台自有盾构机。该设备来源采用两台盾构机组合维修、改造的总体思路，以IHI425盾构机为主体，使用IHI437 后配套台车进行组合维修、改造。IHI425 盾构机、IHI437 盾构机是公司2008 年采购的两台盾构设备，厂家为日本中和物产株式会社。采购时间接近，机器型号类似，主要系统部件可以通用。IHI437 盾构机刚刚完成北京地铁施工任务且工况良好，因直径尺寸问题无法满足天津地铁施工要求，故采用与IHI425 盾构机组合方式进行维修、改造，满足天津地铁盾构项目要求。将两台盾构机剩余部分作为今后施工中备件机，一旦在盾构机掘进过程中出现配件问题，可立即从备件机中拆解安装，以达到保证现场施工进度的目的。改造前的盾构机设备基本工况情况，见表1。

2.2 需要改造的部分

（1）刀盘驱动装置。刀盘改造的内容包括了主驱动密封更换、驱动单独拆解驱动减速器及齿轮油更换。

（2）人行闸。增加各舱室的独立视频监控系统，自动消防喷淋系统和作业环境有害气体实时检测系统。

（3）铰接系统。铰接前后部位拆解，更换铰接密封。（4）同步注浆系统。重布外置式注浆改造，保证注浆管四备四用。

（5）螺旋机。螺旋机增加前闸门；增加滑动伸缩功能；后闸门增加为双闸门，并具备紧急自动闭合功能。

（6）皮带机。皮带输送机增加螺杆微调装置。

（7）台车。增加防撞装置，原有下部丝杠连接，改成顶部钢板销轴连接的形式。

表1 改造前的盾构机设备基本工况情况

（8）盾尾油脂。盾尾油脂注入系统实现单泵单腔注入，同时，在每个盾尾注入口出口处增加压力传感器，监测出口盾尾油脂注入压力。

（9）加泥系统。将原胶管挤压泵更改为螺杆泵。同时，需对原加泥箱进行改造，降低加泥箱高度。

（10）电气系统。PLC 程序相应更新、更换模块，盾构机操作室操作盘功能恢复。

2.3 维修改造目标

盾构机经过系统性的全面改造之后，要求能够更加适应天津地铁施工中的各项客观施工条件，提高盾构机施工过程中的安全性，能够有效地提高施工效率，同时，又能够确保施工质量满足技术和规范要求，全面提升施工技术水平。

3 天津地铁11 号线泥水平衡盾构机改造技术

3.1 泥水平衡盾构机改造

（1）刀盘驱动装置。刀盘驱动装置的重新组装注意要点为：装上密封隔舱；将大轴承吊装于壳体上，并按要求的扭矩用相应的紧固件将其固定；驱动壳体吊装，并按要求的扭矩用相应的紧固件将其固定；将各电机驱动总成吊装于各相应孔内，并按要求紧固；在组装时，注意不得漏装零件及密封件；待主机总装时，将驱动装置总成装入切口环内，并在其内腔注入相应牌号的油脂；待盾构总装完成后进行驱动装置的调试。

（2）螺旋输送机。对现有螺旋机进行升级改造，增加前闸门及伸缩功能装置，并增加相关电控液控装置和程序，拆检相关叶片轴及驱动装置，核算相关结构参数。为更有效地保证相关改造性能参数符合要求，需对螺旋机系统进行全面的计算。

①螺旋机输送量核算

螺旋机输送量:

式中，Ds为螺旋机叶片外径（m）；ds为螺旋机叶片轴外径（m）；ts为螺旋机叶片螺距（m）；ns为螺旋机转速（m）；Rs为综合系数（通常取0.8）。

由图可知，该螺旋机叶片外径0.71m，考虑最大通过粒径该螺旋机叶片轴外径为0.19m，因此，综上可计算螺旋机输送量：

∴ 满足出土要求。

②增加螺旋机前置闸门，加装双缸驱动式伸缩装置并配有导向柱防扭功能。

③螺旋机伸缩对螺旋机腔体进行改造，加装套筒及伸缩油缸增加一道后闸门装置。

④外形检查，包括其是否发生变形、弯曲，需要调整的部分要确保修复到位。对于耐磨层的厚度进行检查，厚度较薄的要进行堆焊，补充厚度。检查筒体的磨损情况，堆焊必要的磨损层，更换相应的密封圈。排土口位置要充分检查，防止堵塞。对驱动装置进行拆解检查，损坏构件及时更换，更换齿轮油，检修后对驱动装置执行空载性能测试，保障其功能性良好。

（3）盾尾密封油脂系统。因为天津地铁施工中存在部分中、重度液化砂土地质环境的土层，因此，盾构改造通过在盾尾处增设油脂注入系统，全面实现了单泵单腔注入。通过压力传感器检查注浆压力，进而提供注浆量控制的必要参数，保障油脂始终能够被有效地注入指定位置。油脂泵以及压力传感器同步安装，对于连接管道的密封性进行检查，各个仪表原件的性能充分进行检查，调试合格后投入使用。

（4）人行闸。通过增设舱室的安全、消防系统设备，全面提升施工中的设备以及人员安全保护能力。主要的设备系统包括：监控系统、自动消防喷淋系统、有害气体识别监控系统等，对于各个系统的电器元件、管道线路进行全面检查，对于灵敏度不足、损害破损的部分进行全面的更换和修复。

（5）皮带机系统。皮带机张紧系统的功能实现主要是通过底梁导轨上的丝杠张紧结构，以螺母控制丝杠滑动，实现皮带前后的移动能力，实现皮带机张紧。对托辊、挡轮、辊筒、皮带进行全面的检查，更换损坏构件。

（6）台车连接装置改造。将原有台车间的连接模式进行必要的更改，之前的连接方式是丝杠螺纹连接模式，这种方式的台车连接不方便，并且可能会受到较多的锈蚀影响，通过将台车连接方式改为销轴销孔拉杆，有效地提高了其连接效率，有利于防锈维护的开展。

（7）加泥系统升级改造。原加泥系统采用立式搅拌箱，并配备2 台排量350L/min 胶管挤压泵。按需将原胶管挤压泵更改为螺杆泵。本次拟采用4 台排量180L/min 螺杆泵，该泵最大压力1.2MPa，配备定子测温保护功能。同时，需对原加泥箱进行改造，降低加泥箱高度，布置加泥泵于箱体底部。另外，加泥系统需新增2 路管路及流量测量系统。同时，对控制系统进行改造，实现加泥系统操作室触摸屏精准控制。

（8）电气系统。对电气系统的各个组成构件进行充分的检查，包括电动机、动力柜、操作柜、张出台、接线箱、主开关、接触器等，确保气性能良好，满足使用。传感器、仪表组件要通电检验。

3.2 改造后盾构机保障优势分析

改造后的泥水平衡盾构机，在多个指标参数方面都表现出了突出的优势特点，有力地提高了盾构在施工过程中的安全性、高效性，确保工程施工能够更好地满足质量要求。

（1）原有的注浆管道注浆效果不理想，主要是单液注浆的方式不能有效地满足施工需要，当经过加固区段，因为加固区段的土层经过了硬化或者强度处理，导致这种注浆方式难以有效地适应全路线的连续施工作业需求，并且在这些特殊施工区域不能得到良好的施工效果，改造后，将原有的外置注浆枪设备去掉，改造成为多管路的注浆设备，提高了在施工过程中的注浆流量以及流量的控制能力，同时，将注浆管的整体高度降低，有利于提高注浆的实际效果以及特殊土层的处理能力，注浆管能够快速准确地达到目标注浆效果。

（2）提高原有盾构机的施工耐磨性，通过在盾构机的外壳以及其他与土层直接接触的位置，进行耐磨堆焊施工，将磨损部位转移到堆焊位置，显著提高了盾构机相应位置的长期使用能力，提高了盾构机的施工性能质量。

（3）通过改进增加皮带张紧装置，能够有效使皮带始终处于良好的紧力状态下，始终保障盾构的皮带传送效果，减少了皮带的无功功率发生，充分提高了盾构机的工作效率。

（4）两台盾构机品牌一致，机型接近，大部分配件通用。因此，IHI437 盾构机将作为备件机，为改造后的IHI425 提供配件支持，充分保证设备正常运转。

（5）增加螺旋机闸门，将目前的闸门增加为双闸门，这样的改装有效地提高了闸门的闭合能力，当闸门接到系统的关闭命令后，双闸门的加装能够有效地提高闸门的成功关闭率，有效地确保了施工工作中的安全，双缸驱动式伸缩装置的改造能够有效地实现滑动伸缩的能力，同时，配备的导向柱还能提高其抗扭能力，有力地提高了盾构机的适用能力。

4 结语

通过对泥水平衡盾构技术设备的改造，旨在满足地铁施工要求，同时，提高闲置设备使用效率，有效地避免国有资产闲置浪费。同时，降低了施工成本，有效提高施工效率和质量水平。在技术改造的过程中也要充分保障各种改造手段科学合理，引入第三方专业单位进行改造验收，并出具鉴定报告，使改造效果始终能够达到既定目标的要求。