敞開式-土壓式雙模式TBM模式轉換分析

陳勇，馬勤義

（重慶交通建設（集團）有限責任公司，重慶 401120）

敞開式-土壓式雙模式TBM模式轉換分析

陳勇，馬勤義

（重慶交通建設（集團）有限責任公司，重慶 401120）

敞開式-土壓式雙模式TBM擁有敞開和土壓兩種掘進模式，具有較強的地質適應性，既能在硬巖地質下高速掘進，又能適應軟巖地層保壓掘進，而復合式TBM模式轉換技術是雙模式TBM能否實現其雙模功能的關鍵，在遇到地質條件變化時通過對掘進模式的轉換，改變掘進模式以保證施工安全、提高施工效率。該文以重慶軌道交通環線使用的雙模式TBM為例，簡要闡述了雙模式TBM從敞開模式轉換為土壓模式的施工步驟，為雙模式TBM模式轉換提出有益建議。

雙模式TBM；敞開式TBM；土壓式TBM；隧道掘進；復合式TBM模式轉換

0 引言

我國地質條件復雜多變，導致許多地下工程存在多種地質條件，甚至同一區間存在多種地質情況，給施工帶來了極大的不便。大多數情況下一個區間地質都較單一，在單一硬巖地質情況下采用敞開式TBM掘進，土倉是敞開式的，采用平皮帶機出渣，掘進速度較快。但在突遇局部富水、軟土地層時容易發生噴涌、噴砂等情況，給施工帶來重大影響。在軟土、軟巖地質條件下采用土壓盾構模式掘進，土倉是封閉的，采用螺旋輸送機出渣。雙模式TBM在地質變化時可以轉換掘進模式，對配套施工干擾較小，能很大程度上降低工程風險，加快掘進施工速度。

1 雙模式TBM特點及主要技術參數

1.1 雙模式TBM特點

雙模式TBM最大特點為設備本身具有雙重掘進模式功能，在遭遇不良地質時可以及時進行轉換模式施工。雙模式TBM主機設計不但適用于軟土地層，通過螺旋輸送機出渣，實現土壓平衡模式掘進。同時，該主機還適用于硬巖地層，通過主機皮帶機出渣，保證施工效率。兩種掘進模式可以在洞內實現轉換，所有需要轉換部件設計均滿足在洞內模式轉換過程中拆除、運輸、更換功能需求。

1.2 雙模式TBM主要技術參數

整機性能參數見表1。

表1 整機性能參數

1.3 雙模式TBM出渣方式

敞開模式下使用主機皮帶機出渣，土壓模式下使用螺旋輸送機出渣。

具體出渣流程是：開挖下的渣土通過TBM設備上配備的主機皮帶機或螺旋輸送機輸送到后配套皮帶機，后配套皮帶機將渣土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，然后將渣土倒入渣坑。

2 模式轉換準備工作

在遇到地層變化需要對設備進行模式轉換時，首先要選取相對較穩定的地層，還需要對工作面進行必要的加固措施，保證施工安全，同時還要準備必要的工具和輔助工裝等。本文以重慶軌道交通環線現場為例，簡單闡述敞開模式轉換為土壓模式的具體步驟。

2.1 確定模式轉換的掘進里程

根據地質勘查報告初步確定地質變化段的里程，然后對地質變化段地質做詳細勘查，并選取工作面較穩定段作為停機實施模式轉換的里程。

2.2 工作面處理措施

2.2.1 工作面較穩定

在確定工作面較穩定時，不需要特殊處理，可以直接實施模式轉換。在模式轉換過程中注意觀察工作面情況。

2.2.2 工作面不穩定

在工作面不穩定、地下水豐富、地表有沉降等特殊情況時，必須對工作面做加固、堵水處理，保證模式轉換時的施工安全。

2.3 停機準備

在即將到達預定里程前調整好姿態，盡量保證上下左右的鉸接位移相近，并在掘進過程中釋放鉸接油缸到最大行程；達到預先確定的模式轉換的里程后停止掘進，將盾尾固定，利用鉸接油缸將刀盤與中前盾一起收回，留出空間以便刮渣板的拆除；將刀盤旋轉到合適位置，以便拆除溜渣槽、刮渣板；主機皮帶機全部收回，以便拆除。

2.4 設備、機具及材料準備

首先準備土壓模式下的螺旋輸送機、配套管線、攪拌棒、回轉中心等土壓模式需要使用的配件；電瓶機車、管片小車、電焊機、碳弧氣刨等輔助設備；門架、鉗工工具、電工工具、手拉葫蘆等

2.5 螺旋機吊裝門架

2.5.1 相關參數

成型隧道內徑為 5900mm。螺旋機重量：24890kg，長：13116mm，直徑：約1570mm。

2.5.2 門架安裝示意圖

門架是安裝螺旋輸送機的關鍵，整個安裝過程中，通過門架上設置的吊點，利用手拉葫蘆不斷調整螺旋輸送機的位置，將螺旋輸送機安裝到位。門架示意圖如圖1。

圖1 吊裝螺旋輸送機門架示意圖

3 模式轉換

敞開模式轉換為土壓平衡模式具體步驟如下：

（1） 風管拆除

拆除主機段除塵風管，只保留設備橋上的一段，前倉隔板上的除塵口用密封蓋板堵好。

（2）斷開設備橋并將設備橋后移

延伸編組列車軌道及軌枕至管片拼裝機下方，并固定好。將設備橋與軌道梁之間管線斷開，整理管線，設備橋前端支撐在管片運輸車上，使用電瓶車帶動后配套整體后退13m左右（留出螺旋機更換空間），然后更換設備橋支撐方式（利用型鋼支撐在拖車行走軌道上），同時將管片小車前移或運出洞外，保證運輸通道順暢（拖車輪子前后需限位，防止溜車）。

（3）主機皮帶機拆卸

延伸主機后部軌枕至管片拼裝機下方，尋找臨時吊點依次拆除主機皮帶機后段和前段，皮帶機前段重約3t，后段重約4t，兩段分別用管片運輸車依次運出。

（4）拆卸防塵裝置、溜渣槽、攪拌棒封堵塊、溜渣板

拆除主驅動中部防塵裝置（擋塵鏈條、噴水裝置、橡膠擋板），在土倉內分塊拆除溜渣槽，攪拌棒封堵塊、并逐塊運出，逐步割除溜渣板，通過主驅動中心或螺旋機筒體運出。

（5）過渡結構、泡沫管路及回轉接頭安裝

將攪拌棒、主驅動中心過渡結構、泡沫管路運進洞內，拆除螺旋機筒體蓋子，并按攪拌棒（盾體隔板、刀盤）-泡沫管路保護結構-主驅動中心過度結構-泡沫管路-回轉接頭順序安裝于即定位置。

（6）管片機軌道梁前部橫梁安裝，拆除V型架梁

（7）門架定位安裝

將螺旋機吊裝門架（分塊）運到洞內并拼裝，安裝及定位如圖2所示。

（8）螺旋輸送機安裝(圖3)

圖2 門型吊梁安裝示意圖

圖3 螺旋輸送機吊裝示意圖

管片運輸車及螺旋機運輸工裝將螺旋機運到洞內，并如圖掛上倒鏈（注：螺機軸呈縮回狀態，并機械固定），螺旋機吊起后小車可退回，過程中注意觀察螺旋輸送機姿態及掉裝點受力狀況，避免螺旋輸送機姿態突然擺動或錯動導致不可預料情況發生，必要時需增加輔助吊點。

（9）吊裝螺機到位后，安裝螺機法蘭螺栓及拉桿

（10）連接后配套、管線連接

將后配套整體前拉，與軌道梁連接，斷開的管路及電纜重新連接，螺機軸伸出（圖4）。

（11） 調試

將泡沫系統管路安裝完成，進行系統調試，模式轉換工作全部完成。

（12）土壓模式轉換為敞開模式簡介

由土壓模式轉換為敞開模式時，依上述步驟依次反向順序進行，中間過程稍有不同，大體步驟如下：1、從設備橋處斷開；2、后配套后移；3、安裝吊裝門架；4、拆除泡沫系統管線；5、拆除螺旋輸送機；6、拆除中心回轉接頭及過渡結構；7、拆除被動攪拌棒并用封堵塊封堵；8、安裝溜渣槽；安裝刮渣板；9、安裝主機皮帶機；10、拆除吊裝門架；11、后配套前移與主機連接；12、安裝除塵系統風管；13、調試。

注意事項：停機更換模式時，需對工作面加固，保證安全；刮渣板拆除，需在土倉切割，注意通風；各部件安裝和各管線連接時需嚴格按照遵照設計圖紙的要求；調試前注意檢查各安裝部件是否固定牢固，各部件之間是否會相互干涉。

4 結語

雙模式TBM的最大特點是具有兩種不同的掘進模式，在地層變化時可以進行模式轉換，選擇合適的掘進模式。因而雙模式TBM的設計必須充分滿足洞內模式轉換的需要，是模式轉換工作能否安全、及時、順利的關鍵。在地質突變時，及時對復合式TBM掘進模式進行轉換，以保證施工安全，提高施工效率，故而安全、快速、高效地進行模式轉換至關重要。目前國內雙模式TBM的施工較少，能參考的施工案例不多，本文對雙模式TBM模式轉換施工步驟進行了簡單的闡述，為雙模式TBM設計制造及模式轉換施工提出有益建議。

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[4]陳鐵.奧村盾構機TBM/EPB模式轉換技術總結[J].2013中國·深圳城市軌道交通技術和管理創新論壇，2013.

Analysis on Mode Conversion of TBM with the Open and Earth Pressure Modes

The TBM with the two modes of open and earth-pressure has the two tunneling modes,so it shows great geological adaptability,supporting high-speed tunneling in hard rock geology and pressure maintaining tunneling in soft rock strata.The compound TBM mode conversion technology is the key to whether the dual-mode TBM can realize its dual-mode function.By conversing the tunneling mode to an appropriate mode can ensure the construction safety and improve the construction efficiency when the geological conditions change.Taking the dual-mode TBM used in Chongqing Rail Transit Loop Lines as an example,this paper briefly describes the construction steps of the conversion from open mode to earth pressure mode,and provides some useful suggestions for the dual-mode conversion.

dual-mode TBM;open TBM;earth pressure TBM;tunnel tunneling;mode conversion of compound TBM

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0034-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.34

2017-07-04

陳勇（1987-），男，重慶人，本科，工程師，主要從事城市軌道交通建設項目施工設備的管理工作。

責任編輯：孫蘇，李紅