地鐵施工盾構機選型及施工組織

羅 鳴

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 100176）

0 引言

暗挖隧道在地鐵工程中占據較大比重，其中盾構法是關鍵的施工方法，具備效率高、擾動小、穩定性優良等多重特點[1]。盾構機是實現隧道安全施工作業的關鍵設備，作為大型機械，科學的選型方案直接影響到施工質量，甚至與現場安全狀況掛鉤。

1 工程概況

常州市軌道交通1 號線工程項目中，一期工程總長33.837 km（地下線31.486 km，高架線2.161 km，過渡段0.19 km）。沿線共設置29 座車站，除27 座地下站外，還包含2 座高架站。設新龍車輛段與城南停車場，并配套1 座控制中心與3 座主變電站，以滿足地鐵工程的用電需求。根據地鐵工程運行要求，配套機電系統等相關附屬設施。

2 選型依據和基本原則

（1）盾構選型兼顧的是招標文件、施工現場勘察資料、行業規范等方面內容，主要體現在盾構類型、工藝參數、配套設施等方面。

（2）盾構選型以安全性為基本前提，綜合考慮效率性、經濟性等要求，選擇的機型應具有優良工作性能，盡可能減少輔助施工量，全面確保開挖面的穩定性[2]。

（3）盾構設備廣泛用于盾構隧道施工，因此選型時需考慮此類隧道的施工狀況，如長度、埋深、現場地質條件、土層滲透率、沿線地形分布特點、施工現場既有構筑物等，與各項施工條件達到均衡狀態。

（4）從國內外工程案例中汲取經驗，以安全第一為基本原則，盡可能引入先進技術，為盾構機工作創造安全的環境，并根據盾構選型方案選擇合適的施工方法[3]。盾構機選型是一項系統性工作，涵蓋多方面因素，應提升各項因素的均衡性。

3 盾構類型的確定

結合現場地質勘察資料可知廣電路站至定安路站至聚湖路站區間的施工狀況，該段地層土質較為松軟，且分布有大量地下水，加大了盾構施工難度。為提升與施工環境的相適性，盾構選型應結合土質實際情況，并兼顧安全性、成本等方面的要求，對比分析泥水盾構與土壓盾構兩種方式（表1）。

根據大量盾構工程實例，結合本工程的實際施工條件，最終選擇土壓平衡盾構機，將其用于本標段施工，同時還適配了同步注漿系統，以達到配套施工的效果。

4 盾構機供應方案

本次施工配備了小松直徑6340 mm 土壓平衡盾構機，由于工程量較大，數量為2 臺，該設備在淤泥質粘土等施工環境中具有適用性，可靈活調整進場時間，與本次施工進度安排相符。

5 盾構機主要功能及技術性能

5.1 總述

盾構機集多功能于一體，可滿足盾構各環節施工作業要求，如開挖、支護、注漿等。

土壓平衡盾構機是本段施工的關鍵設備，含刀盤、盾體、人員艙等配套裝置；設備功能豐富，內置開挖系統、推進系統、鉸接系統等。

5.2 盾殼

由三部分構成，即前體（切口環）、中體（支撐環）與盾構。

5.3 人員艙

盾構施工過程中，人員艙可為設備操作人員提供進出通道，以便完成維修和檢查工作，同時也是各類工具與材料的主要運輸通道。人員艙的特點在于維持土倉土壓的穩定性，主要由主艙與準備艙兩部分構成，利用壓力門將彼此隔開。其中，主艙與中間艙采取法蘭連接方式，并通過焊接手段將中間艙穩定連接在壓力隔板上，使其形成整體結構，隔板上增設門結構，是人員進入土倉的重要通道。準備艙是重要逃生通道，出現緊急情況后可從該處逃出。

5.4 主驅動系統

由主軸承、液壓馬達、減速器和液壓泵站構成。其中，主軸承上增設內齒圈，在螺栓的作用下，可實現與刀盤的穩定連接，共配備8 個液壓馬達，提供動力并帶動內齒圈的運行，從而實現刀盤的旋轉。

表1 泥水盾構和土壓盾構比較

5.5 推進系統

此系統是推動盾構機運行的關鍵，推進機構是主要構成部分，可分為推進油缸與液壓泵站兩類裝置。本工程所用設備推進油缸總量為32 個，等分為4 組，各自可獨立調節油缸推進速度與壓力，彼此聯通后可實現對盾構機姿態的調整。油缸的后端頂在管片上，該方式的特點在于可提供盾構前進的反力。

5.6 出碴系統

系統的核心設備為螺旋輸送機，該裝置位于前體的底部。裝置內部配備帶軸的螺桿，通過螺旋片的作用可達到自由伸縮的效果，提升在碴土中的靈活性。螺旋片由兩段構成，較為特殊的是中間部分，該處有一段并未配置螺旋片，基于此結構特點，在軟巖環境下工作時可形成土塞，在其作用下達到防噴涌的效果。

螺旋輸送機的運行依靠液壓馬達與減速機，具備無級調速的特點，轉速0～21.9 r/min，有助于提升出土量的合理性。通過對轉速的調節，可達到改變土倉壓力的效果。由于螺旋輸送機圓周設置若干個小孔，根據盾構施工要求，為提升碴土流動性，可向該處注入膨潤土。

5.7 保壓泵碴裝置

盾構隧道工程中若遇到高水壓地層施工環境，若采取常規的工藝方法（即土倉內注泡沫），極容易對螺旋輸送機的工作狀態造成影響，引發閘門噴碴現象。為解決此問題，可利用管道的連接作用，將保壓泵連通閘門，2 個油缸可實現前后伸縮的運行效果，能夠有效排土，提升碴土外排的連續性。

5.8 鉸接系統

（1）正常掘進。此工作環境下，油缸全程保持鎖定狀態，壓力油不具備流入鉸接缸的條件。伴隨盾殼阻力的提升，當其達到某一特定值時，活塞桿處于受拉狀態，油缸活塞產生的壓縮動作將直接對有桿腔的液壓油造成影響，從而出現壓力提升現象，伴隨高油壓的提升，當該值達到30 MPa（300 bar）時，壓力油經過溢流閥匯聚至油箱內，最終油缸活塞桿做出外伸動作。

（2）曲線掘進。若盾構機調向超出許可范圍，必須通過油缸壓力釋放的方式處理，油缸內的有桿腔與無桿腔均保持相同狀態，即統一接回油箱，在此影響下鉸接油缸浮動，能夠實行對掘進姿態的靈活調整。

（3）鉸接密封。鉸接密封由三部分構成，以3 道密封的作用最為明顯，其中的第三道密封增設了可調壓板，可實現對密封松緊程度的靈活調節，前兩道密封的特點在于除了具備密封作用外，還發揮出潤滑效果，此功能的實現得益于手動潤滑點。設置多個手動注脂點，每次開班前進行補充，各點加注量均保持為50 cm3。可調壓板處設置有螺栓裝置，對其采取緊固處理措施是提升鉸接密封效果的關鍵。因多方面因素影響而出現三道密封損壞現象時，可啟用應急充氣密封，以彌補損壞密封的不足。

5.9 碴土改良系統

共設置兩套碴土改良系統，二者連接至相同的輸送管路，具體由兩部分構成：①泡沫系統。由泡沫泵、電磁流量閥、管路等多部分構成，是碴土改良的重要工具；②膨潤土系統。若盾構施工采取不使用泡沫劑的方式，即可將該輸送管道關閉；與此同時，啟用膨潤土輸送管道，由于設置了輸送泵裝置，在其作用下可通過壓力將膨潤土轉移到指定結構，如刀盤內，此方式可達到改良碴土的效果。

6 結束語

盾構施工是地鐵工程的關鍵部分，盾構機是重要施工設備，其具備效率高、穩定性好、成本低等多重優勢。盾構法施工中，做好設備的選型是創造高品質工程的重要前提，合理的選型將直接影響到施工效果。根據選擇的盾構機設備，形成科學的施工組織方案，最終將盾構施工的各項工作落實到位。