復合式TBM施工中配套設備優化研究

馬勤義，陳勇

（重慶交通建設（集團）有限責任公司，重慶 401120）

復合式TBM施工中配套設備優化研究

馬勤義，陳勇

（重慶交通建設（集團）有限責任公司，重慶 401120）

復合式TBM施工中，整個施工循環由多個工序組成，每一步工序中使用的配套設備的機況直接影響著該工序所消耗的時間，同時影響整個循環作業時間，進而影響整體工期和工程造價，所以配套設備的性能起著非常重要的作用。本文以某區間隧道工程中使用的門吊、編組、電瓶、除塵系統優化研究，為同類型TBM施工配套設備選型提供有益建議。

隧道施工；隧道掘進；復合式TBM；施工循環；TBM施工

0 引言

TBM隧道施工是一種集開挖、出渣、運輸、支護進行循環的施工方式，后配套及配套設備是施工過程中必不可少且起著重要作用的一系列設備，設備的配置是否合理，操作是否方便，都直接影響著生產安全及施工工期。本文對該項目所使用的部分配套設備在實際使用過程中出現的一些問題進行分析研究并提出優化方案，為以后類似配套設備選擇提供有益建議。

1 項目概況

重慶軌道環線南體區間隧道長度為569m，體冉區間隧道長度為572m,隧道穿越斷面以砂巖為主，夾雜砂質泥巖地層，或交替出現，區間埋深31～40m,最大坡度為22‰，最小轉彎半徑R=370m。水文情況：地層中水量較少。

1.1 TBM性能參數（表1）

表1 TBM整機性能參數

1.2 出渣方式

出渣方式包含皮帶機輸送、水平運輸、以及垂直運輸，具體是開挖下的渣土通過TBM設備上配備的皮帶機輸送到出渣口落入渣車中，編組列車水平運輸到豎井，龍門吊將渣斗垂直吊起，然后將渣土傾倒到渣坑中。

2 后配套設備的組成

TBM配套設備主要包括隧道內水平運輸設備、施工豎井垂直運輸設備、隧道內通風設備、砂漿攪拌設備、隧道內供水供電設施等，主要配套設備配置見下表。

3 配套設備選型原則

表2 配套設備組成

配套設備選型主要考慮以下幾個原則：外形尺寸原則、滿足施工進度要求原則、保證施工安全原則、采用廠家通用標準原則和設備能力等級取大原則。下面針對該項目使用的編組列車、龍門吊及除塵系統施工中的實際性能及效率進行分析研究。

4 龍門吊

該項目TBM施工均采用兩臺型號為45/15t門吊。在使用過程中出現以下一些問題，通過分析研究，并針對性地制定了優化方案。

（1）操作室設計在立柱底部對于操作人員的視野具有局限性，容易引起安全事故，同時增加工作難度。

設計優化：為了操作方便和觀察方便，操作室應設置在側方位橫梁中間一邊觀察四周以及底部。

（2）在操作過程中因為豎井過深，操作者經常需要隔著玻璃俯視豎井底部，這種姿勢容易造成誤動作。

設計優化：須在門吊頂部大小鉤中間裝設監控系統，方便操作人員觀察。

（3）整個施工過程中因為門吊翻渣鉤的故障造成施工停滯時間較多，主要原因在于翻渣鉤設計為電動機帶動聯軸器直接動作，全部為硬性構件，而翻渣鉤在實際運用過程中經常需要微調，所以故障率較高。

設計優化：為了避免此部件帶來的影響，翻渣鉤驅動系統應改為液壓式傳動，操作過程中無形中起緩沖作用，而且穩定性較好，不易損壞（圖1）。

圖1 門吊翻渣鉤

（4）滑動變阻器的安裝位置，正常運行停止后電動機還會有微小的慣性轉動，轉動會產生電能重啟損壞變頻器，為消耗這部分電能在變頻器和電機之間裝設滑動變阻器，而在消耗瞬間，變阻器發熱較嚴重容易燒斷連接片。

設計優化：所以滑動變阻器組件應設置在有空調的室內。

（5）門吊夜班使用過程中照明專用變壓器發熱嚴重已燒壞原裝變壓器，減少了照明數量。

設計優化：門吊屬于特種設備，夜間施工時照明范圍要廣，強度需高，為此應將原容量為0.12kVA的變壓器更換為0.4kVA。

（6）龍門吊小鉤設計最大載重量為15t，按照管片每次下方最重為17.4t超出15t，存在安全風險。

設計優化：將龍門吊小勾改造裝設在大鉤下端中心，既解決了承重不足的問題，還能節約小鉤配套的所有構件成本。

（7）更換或維修電瓶車時需吊機車，機車自重55t，門吊大鉤承重不足。

設計優化：應配置門吊大鉤為55t的龍門吊。

5 編組列車

使用編組組成為一臺電瓶車、五節渣斗、一臺砂漿車、兩臺觀管片運輸平板車。通過使用發現以下幾點需要優化。

（1）電瓶車電氣柜及裸露接頭需完全密封。因在TBM施工中考慮到巖層涌水較多而且不可預測。

設計優化：為了防止因為涌水導致電瓶車故障，電氣柜及裸露的接頭必須密封。

（2）正常渣土運輸過程中需要有專人觀察周圍環境防止出現故障及事故，因為在會車以及坡度較大地方會突然出現減速和加速，所以需重視觀察員的安全問題。最后一節平板小車通常裝有TBM施工輔助材料。

設計優化：在最后一節平板小車角落設直角護欄保證觀察員安全，而不影響輔助材料運輸。

（3）對于轉彎半徑過大的隧道，考慮到電瓶車轉彎時容易跳道，所以對軌道鋪設的要求較高。

設計優化：可以通過先彎曲軌道接好雙軌后，整體運輸鋪設解決此問題。

（4）運輸過程中部分區間因坡度過大導致牽引機車抖動嚴重行駛緩慢，從而影響施工速度。

設計優化：從機車本身出發增加機車自身重量降低抖動頻率，按現場實際情況增加兩噸自重，抖動明顯減少且行駛速度提升，另一方面，因牽引力基于兩臺160kW電機，由一臺額定容量為355kW的變頻器控制。

（5）機車出現的大部分故障都基于保養的情況，鑒于常見的故障重復性出現，所以對機車實行針對性保養。

設計優化：交接班時檢查氣路是否漏氣，剎車是否正常可用；檢查電瓶電量是否滿足要求；檢查機車是否有異響。

（6）由于整個編組在運行過程中軸承部位需要同步保持潤滑狀態，必須保證此類部件有足夠油脂。

設計優化：需要每天檢查油脂量及油脂管路暢通，清理注油器。

6 電瓶

電瓶車使用與編組相配套型號為88-8DB800的牽引用鉛酸蓄電池，每臺電瓶規格為176V 800Ah。

（1）電瓶充放電過程中需經常通斷充電插頭，經常損壞連接器。

設計優化：固定插頭，連接插頭減少為一只（正負極均使用單線充電）減少損壞數量,插拔過程不得強行拖拽。

（2）電瓶和鐵皮之間絕緣距離過小，且經常有雜質沒清理干凈，導致拉弧現象損壞電瓶，嚴重時會發生爆炸。

設計優化：為減少損壞率降低維修成本，使用之前增加電瓶和鐵板之間的絕緣板，每次充放電必須沖洗干凈表面的雜質。

圖2 充電中的電瓶

7 除塵系統

除塵系統為隧道內TBM施工提供良好的施工環境保障，該項目TBM配置高效能的干式除塵器，利用除塵風機產生的負壓將開挖倉內的粉塵抽出過濾、收集；同時配合隧道內的壓入式通風系統，通過設備自帶的二次風機，可以將清潔空氣壓入到主機工作區域，達到防止土倉內的粉塵通過皮帶機向外擴散，保持工作環境清潔的目的（圖3）。

圖3 除塵系統示意圖

（1）正常施工中空氣質量達不到預期，灰塵較大.

優化研究：針對除塵不能快速除盡問題，可以在前盾隔板上設計兩到三個除塵口，加快空氣流速，并且加大除塵風管以增加空氣的流通量，從而加快除塵速度。

（2）除塵一、二級螺旋需要經常清理，難度較大而且會影響施工進度。

優化設計：將除塵一級螺旋改為皮帶輸送便于清理，去除除塵二級螺旋直接將除塵集料斗安置在皮帶機出口下方節省清理時間，節約成本。

（3）掘進過程中需要經常手動啟停除塵風機，且除塵系統在操作室對面，需要穿過軌行區才能去啟動除塵系統，在通過軌道區域時存在安全風險。

優化研究：在除塵風機進風口加裝空氣質量傳感器，信號連接至除塵系統控制箱，實現按照空氣質量自動控制啟停。

8 結論

TBM施工配套設備配置是否合理，關系到項目的整體施工進度、施工安全、工程造價等。本文通過對龍門吊、編組、電瓶及除塵系統的運行狀況進行分析研究，并針對性地進行優化，在保證安全的同時，縮減了施工工期，降低了工程造價。為以后類似項目配套設備選型提供有益建議，具有較高的推廣價值。

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[3]郭陜云.對盾構（TBM）技術運用及開發的幾點認識[J].隧道建設，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

馬勤義（1987-），男，甘肅定西人，專科，助理工程師，主要從事城市軌道交通建設項目機電管理工作。

責任編輯：孫蘇，李紅