中心螺機式雙模盾構洞內模式轉換技術

【摘 要】雙模式可轉換盾構解決了軟硬地層交替出現的地段正常掘進問題。本文對某隧道工程中中心螺機式雙模盾構洞內轉換技術進行研究，分析了雙模盾構洞內模式轉換方案，為了應對洞內快速作業需求，對拆螺旋機工裝進行了優化，最后給出模式轉換要注意的問題，嚴格按照施工進度進度執行、加強安全保證措施以及注意創新優化工裝，提高施工效率。

【關鍵詞】雙模盾構;模式轉換;技術

1、引言

隨著我國交通建設工程增多，隧道施工越來越離不開盾構機的使用。盾構設備根據地質條件不同而有不同構造和特點。盾構在軟硬地層交替出現的地段中掘進，當掘進過程中出現軟巖或者上軟下硬的復合地層，或者遇到重要的建筑物時，可以采用EPB模式掘進或者先將硬巖段使用礦山法施工，再使用盾構空推拼裝管片通過。但兩種方法各有局限，前者雖然可以很好的應對軟巖和建筑物，但在硬巖中掘進效率低下;后者工序較為繁雜，成本高，并且爆破振動不利于建筑物保護。而雙模式可轉換盾構解決了軟硬地層交替出現的地段正常掘進問題。

2、工程概況

布吉站～石芽嶺站區間自布吉站出發，沿龍崗大道敷設，下穿既有地鐵區間5號線、下穿側穿3號線橋樁、側穿龍崗大道高架橋，隨后往東北方向拐入南門墩村、布吉新村房屋，隨后沿中興路東西主干道敷設，側穿布龍公路橋，到中間風井，其后側穿慢城四期高層、下穿石芽嶺學校風雨操場及學校教學樓，沿科技園路-盛寶路到達石芽嶺站，布吉站～石芽嶺站區間左線設計起點里程為ZDK10+249.729，終點里程為ZDK13+478.917，包含長鏈1.987米，左線長度3231.2m，右線設計起點里程為DK10+249.729，終點里程為DK13+478.834 ，包含短鏈0.036m，右線長度3229.1m，區間隧道采用雙模盾構法施工，管片內徑6.0m，外徑6.7m，管片厚度350mm。

布吉站至石芽嶺站區間左線含有四個圓曲線，曲線半徑分別為550、750、750和700m，區間左線出布吉站后先沿向下縱坡0.2%、2.9166%，然后沿向上縱坡2.9%、1.5%、2.9%、1.5%及2.9%，再沿下縱坡2.1%、1.5%，最后沿上縱坡2.9217%至石芽嶺站，區間右線出布吉站后先沿下縱坡0.2%、2.9166%，然后沿向上縱坡0.9%、1.5%、2.9%、1.5%及2.9%，再沿下縱坡2.1%、1.5%，最后沿上縱坡2.9217%至石芽嶺站，區間隧道埋深20m～86.5m，區間共設7座聯絡通道，其中5號聯絡通道兼中間風井，1號與7號聯絡通道兼廢水泵房，中間風井兼盾構始發井與接收井，往中間風井往布吉站為始發，石芽嶺站往中間風井為接收，中間風井長32.1m，寬25.2m，深50.49m，布吉站～石芽嶺站站區間總平面圖見圖2.1。

3、雙模盾構機介紹

土壓盾構為封閉式，出渣方式為螺旋輸送機，在全斷面硬巖地層中工作效率不高;TBM為敞開式掘進機，出渣方式為螺旋輸送，主要缺陷是在遇到局部富水時，很容易發生噴砂、噴涌等現象。因此將土壓和TBM組合設計，利用兩種模式的優點，可以在不同地層間進行隧道掘進。中心螺機式土壓平衡和TBM雙模式盾構機主要由主驅動、刀盤、螺旋輸送機、盾體、管片拼裝機、溜渣槽、中心螺機、中心回轉接頭、螺旋輸送機等構成。當遇到硬巖段時，為使雙模盾構在掘進過程中可以隨主機進行擺動，中心螺機專門設計了后部支撐和前置關節軸承，通過這兩個結構形成穩定結構，可以有效避免主機姿態與螺機由于不協調而卡軸。雙模盾構機改良了TBM模式中的出渣方式，降低了TBM可能出現的噴砂和噴涌問題，還可以減少轉換時間，降低施工風險和故障率，保障掘進工作順利進行。

4、雙模盾構洞內模式轉換方案

中心螺旋式盾構模式轉換只需要在洞內進行螺旋機的拆拔與安裝，省去了皮帶機或螺旋機運入運出隧道的工作內容，TMB轉EPB的模式轉換流程主要有準備工作、土倉改造、螺旋輸送機后撤、螺旋輸送機安裝、收尾機調試工作。

準備工作。做好人員和材料準備后，為保障模式轉換工作順利進行，清理中前盾泥巴，將管片吊裝設備移除洞外，騰出必要空間;施作止水環;底部螺機蓋板拆除，將土倉下螺機口處的泥巴清理干凈;然后延長隧道內部中軌的鋪設至中盾位置，為安裝門架和吊裝螺旋機做好準備。

土倉改造。土倉改造目的是將TMB的出渣模式改造為EPB模式，首先割除TBM模式中使用的格柵板，然后移出刮渣板，割除流渣槽，清理土倉泥巴;主驅動電機斷電，電纜拆除，拼裝機、螺機電纜線斷電拆除，安裝EPB模式中使用的攪拌棒;在盾體兩側搭設平臺。

螺旋輸送機后撤。重新安裝螺旋機，首先拆解回轉中心，將回轉中心、攪拌棒、拉桿、筒節運送進洞存放;為給螺旋機后撤騰出空間，將盾構內的設備拖車后移17m左右，然后安裝門架和螺旋機吊點，進行吊裝工裝焊接等作業，最后將螺旋機拆除吊裝并后移約9m。

螺旋輸送機安裝。進行螺旋機安裝時，注意先將拆除后的螺旋機葉片進行碳刨打磨，如果有損壞的葉片及時進行更換;將拆除的回轉中心安裝至底部螺旋機口位置，操作吊點處的葫蘆將螺旋機下放，并進行螺旋機插入安裝;

收尾機調試工作。螺旋機安裝完成后，就可以對吊裝工裝進行拆除，安裝土壓相應的拼裝平臺，清理盾構，將之前被拆除的機內平臺恢復原狀，安裝后方平臺懸梁臂連接橫梁;連接各類連接線，如螺機電纜線、主驅動電機電纜線等;連接設備橋兩側拖拉油缸、循環水管、泡沫管、油管，刀盤滿足啟動條件;清理倒運盾體內材料;清理設備橋、拼裝機底部淤泥，拆除軌道，開始調試盾構機。調試內容包括中心回轉接頭所有管路調試、螺旋機動作及液壓系統調試、土倉壁上泡沫管路調試等。

5、拆螺旋機工裝優化

螺旋機是土壓平衡盾構的重要組成部分，本工程中使用的螺旋機自重32t，尺寸為12000mmm*1640mm*1150mm，螺旋機護筒約10t，其他配件約5t。由于洞內施工空間有限，焊接工藝要求高，模式轉換過程中倉內焊接耗時較長，為了適應快速轉換需求，本工程對拆螺旋機工裝進行了優化，減少了部分焊點，改良工作主要有：雙軌梁行走梁少拆除兩根，直接在雙軌梁上進行焊接;底部斜撐減少一根，相應減少頂部斜撐。為了確保優化后的拆螺旋機工裝安全可靠，使用ANSYS軟件進行了安全性模擬驗證。優化后的拆螺旋機工裝雖然結構有部分變化，但并沒有改變吊點位置。根據螺旋機拆除吊裝過程中的受力特征，使用工字鋼截面作為模擬截面，底部采用固結約束，對吊點施加相應吊裝荷載，分別進行工裝前和優化工裝模擬試驗，結果表明優化的拆螺旋機工裝可以滿足安全性要求。

6、模式轉換要點分析

由于洞內空間狹小，作業環境差，施工有難度，因此安全風險較高，尤其在洞內進行吊裝、動火等作業，很容易發生火災、機械傷害等事故。因此在進行洞內模式轉換過程中，要注意以下問題：

按照施工工序嚴格執行。各類人員明確職責和工作內容，做好操作規程學習和安全技術交底工作;提前制定嚴格工序，施工按照工序穩步進行;做好施工前各項檢查工作，施工過程由總調度統一指揮，遵守各項規范;設備使用嚴格遵照施工要求，做好檢查和檢修工作，在負荷承受范圍內運行。

加強安全保證措施。執行持證上崗制度和定期學習制度;進入施工現場各項操作都要按規程執行;電氣設備由專人負責，總分配電箱要有漏電保護裝置電箱，做到防水防雨，門鎖齊全;凡移動開關箱，外殼要有可靠的保護接零，內設一機一閘一漏，箱內研究動力、照明混用;工作平臺干凈，無油或油脂殘留;所有需要的平臺和負載運送工具必須固定到防水墻和暗墻;注意通向閘的逃生通道不能存放任何工具，始終保持暢通。

創新優化工裝，提高施工安全和工作效率。優化模式轉換過程中的臨時工裝，縮短工期，減少二次焊接，使工裝更加高效，適應洞內快速作業的要求。

7、總結

雙模盾構機既有土壓平衡盾構機的所有功能，又有傳統敞開式TBM的功能，在施工中充分發揮了其適應性強、掘進速度快的優勢，為施工單位處理復雜地質條件下的施工難題提供了解決方案。尤其是對于復合地質、軟土段和硬巖段，如果施工過程中沒有更換盾構的條件，使用雙模式盾構機掘進模式可以保證順利通過困難地段，達到工期目標。

參考文獻：

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[2]陳珊東，雙模式盾構機應用研究[J]，技術探討，2015，3

[3]凌鐵堅，盾構法施工新技術——泥水-土壓雙模式盾構施工[J]，建設科技，2017（13）.

作者簡介：

鄧德祿，男，1996年1月6日，四川廣漢，本科，雙模盾構模式轉換，助理工程師。

（作者單位：中鐵隧道集團二處有限公司）