軌道交通工程盾構施工機電安裝質量控制分析

摘 要：軌道交通工程盾構施工中，需要嚴格開展機電安裝質量控制。基于此，從盾構機的組裝，洞內運輸、管片拼裝等多方面把控施工質量，對軌道交通工程盾構施工中機電安裝的質量控制措施進行全面分析。

關鍵詞：軌道交通工程；盾構施工；機電安裝；質量控制

中圖分類號：TU75 " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號：2096-6903（2024）12-0049-03

0 引言

軌道交通工程中的盾構施工是一項技術含量高、施工難度大的工程，涉及到復雜的地質條件和高精度的施工技術。盾構機作為施工的核心設備，其機電安裝質量直接影響整個工程的安全性和穩定性。對盾構施工機電安裝質量進行深入分析和有效控制，是保證軌道交通工程順利進行的重要環節。機電安裝質量控制不僅包括電氣系統、機械系統的安裝和調試，還涉及到各類儀器設備的配備和運行狀態的監測。

隨著軌道交通工程規模的不斷擴大和施工技術的不斷進步，如何提高盾構施工機電安裝的質量，已經成為工程管理和技術人員關注的焦點。通過科學的質量控制方法和先進的技術手段，可確保機電安裝質量達到設計要求，為軌道交通工程的順利推進提供堅實保障。

1 盾構機的原理和機電安裝措施分析

盾構機是一種專門用于地下隧道挖掘的機械設備，廣泛應用于軌道交通工程。盾構機通過其前部的旋轉刀盤切削和破碎前方的土層或巖石。刀盤上安裝各類刀具，根據地質情況選擇合適的刀具類型，以高效完成挖掘任務。在盾構機內部，裝有密封艙，用于保持土壓平衡，防止隧道壁坍塌。

盾構機在掘進過程中會通過注漿系統將泥漿或其他填充材料注入密封艙，確保前方土壓與隧道外部土壓保持一致。盾構機在挖掘時，會同步進行隧道支護工作，多使用預制的混凝土管片（襯砌）來支撐隧道壁。管片由盾構機尾部的拼裝系統安裝，形成穩定的隧道結構。挖掘過程中產生的廢土和巖石通過輸送帶或泥漿管道運出隧道。盾構機尾部設有廢料處理系統，用于將挖掘廢料運送到地面或隧道外部，確保工作面清潔。

盾構機的機電安裝是確保其正常運行和高效作業的關鍵步驟，主要包括以下5個方面：①電氣系統安裝。盾構機多配備了復雜的電氣系統，包括電力驅動、控制系統和照明設備。安裝過程中需要確保電氣設備的穩固和接線的正確，避免短路和電流過載等問題，同時必須為關鍵部位設置防水、防塵措施[1]，以確保系統可靠性。②盾構機的推進和刀盤旋轉通常依賴液壓系統。機電安裝工作包括確保液壓泵、液壓缸和閥門等部件的正確連接，防止液壓油泄漏。液壓管路也必須進行壓力測試，確保無滲漏和壓力損失。③通風和排水系統也尤為重要，盾構機內部需安裝通風設備，確保空氣流通，排出有害氣體。排水系統則用于及時排除施工過程中產生的積水，防止淹沒設備。④盾構機中配備了多種傳感器和監控設備，用于實時監測工作狀態和環境參數。安裝過程中需確保傳感器位置準確、信號傳輸穩定，控制系統應經過多次調試，確保操作人員能夠準確控制盾構機的各項功能。⑤應急系統也是盾構機機電安裝的重要部分，如備用電源、應急通道和滅火設備。應急系統安裝需嚴格按照安全標準，確保在緊急情況下能夠迅速響應和處理。

2 工程概況

佛山市城市軌道交通三號線南起容桂，北至獅山，為貫通佛山市南北的主干線，途經容桂、德勝等。本標段主要工程數量包括：1個車站、7段盾構區間、1個出入場線區間、盾構區間軟基處理、車站軟基處理等。

本標段范圍地勢較平坦、開闊，一般地形標高介于20.00～3.50 m，局部13.20 m。沿線地貌單元主要屬珠江三角洲沖積平原地貌。車站基坑開挖深度范圍內以人工填土層根據初勘地質鉆孔資料，按埋藏條件可劃分上層滯水、潛水和承壓水，按含水介質特征分為第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。地質條件中球形風化現象及風化的不均勻性，對地基的穩定性、均勻性及盾構工程施工等可產生不良影響。

3 盾構施工機電安裝質量控制措施分析

3.1 盾構機組裝、調試及洞門鑿除

3.1.1 盾構機組裝前準備工作

盾構機及其配件運抵施工現場后，要對其進行詳細的檢驗。檢查各部件是否完好，規格型號是否與設計一致，確保無損壞和缺件。在盾構機組裝前，需對組裝場地進行清理和平整，確保場地具備足夠的承載力和空間，并搭建必要的輔助設施，如起重設備、電力供應等。

將盾體部件逐一拼裝，包括前盾、中盾、尾盾等，需要精確對齊并固定，以保證整機的穩定性。對于推進系統安裝完善，確保安裝位置準確，液壓缸推力均勻。將刀盤與驅動裝置（電機、減速機等）安裝到位，需注意同軸度和傳動效率[2]。安裝泥水處理系統、通風系統、供電供水系統等輔助設備，確保設備的功能齊全。

3.1.2 盾構機調試工作

安裝完成后，需對盾構機進行調試。先進行空載調試，在無負荷條件下啟動盾構機，檢查各部件的工作狀態，同時監控刀盤的旋轉、推進液壓缸的動作、傳動系統的運轉等，確保各項指標在正常范圍內。可以模擬實際施工條件，加載一定的負載進行調試。然后檢查設備在負載下的運行情況，包括刀盤的切削能力、推進系統的穩定性、泥水處理系統的效果等。接著對各子系統進行聯動調試，確保整個盾構機系統能夠協調工作。檢查系統之間的配合是否順暢，信號傳遞是否及時準確，整體運行是否穩定可靠。最后在實際掘進現場進行短距離試掘，檢驗盾構機的綜合性能，然后根據試掘結果，進一步調整和優化設備參數，確保設備在正式施工時能夠達到最佳狀態。

經過組裝和調試后，對盾構機進行全面的檢查和驗收，確認設備的性能指標符合設計要求，各項功能正常后，方可投入正式施工。嚴格按照相關標準和規范執行，以提升盾構施工的安全和效率。

3.1.3 洞門鑿除工作

始發洞門鑿除在盾構機組裝調試后進行，鑿除之前需要在洞門位置打出水平探孔，監測其止水效果，保證盾構始發安全。洞門的打孔深度為2 000 mm，洞門鑿除分層開展，可使用人工風鎬進行處理，其中鑿除的厚度為0.6 m，其他保留0.2 m的混凝土，并且連同鋼筋一起進行鑿除處理。

洞門分塊鑿除后，使用止水簾布和活頁板進行止水裝置處理。在洞門襯砌施工完成后進行拆除處理，其中內部結構使用橡膠的環形板和鋼壓板材。在預發洞門的預埋件制中，連接好混凝土的鋼筋，在盾構機始發之前，鑿除洞口的碴土，安裝止水膠板和剛壓板。

3.2 推進系統的機電參數控制

3.2.1 分組液壓缸推力控制

推進操作中，需要根據隧道的形式和盾構機的狀態情況控制液壓缸的壓力，并適當調整盾構姿態，如果盾構機在施工中偏離確定軸線，則需要適當增加液壓缸推力，調整其推進姿態，糾正的過程中不能操之過急，同時控制好壓力，避免出現盾構機卡管現象等。

3.2.2 鉸接液壓缸伸縮控制

在推進過程中，應及時重視液壓缸的壓力變化，如果壓力過大需要及時處理，找到其中的原因，例如在推進中雙液漿發生粘連現象等，將直接導致推進的拖拉盾壓力增大。另外盾構機如果姿態不好也會導致前盾與盾尾之間的姿態卡頓。刀具如果磨損嚴重，也會減少開挖面，卡住盾殼。如果刀盤的邊緣刀具存在磨損等現象，會造成開挖面顯著減少，盾殼也被卡住[3]。此時需要進行刀具的更換情況檢查。

3.2.3 刀盤轉速設定

硬巖地層中刀盤的轉速相對較快，對此可以通過減少刀具的灌入程度，從而有效降低刀盤的扭矩。對于軟土地質來說，不需要有太快的轉速，如果轉速過快會增加刀盤結泥餅的出現，嚴重時會導致地面塌方。電氣設備工程中還需要進行PLC的參數調整，需要屏蔽掉盾構機的條件，或者一些啟動的要求，可以適當進行延時啟動等。

3.2.4 分析刀盤滾動角的變化

刀盤滾動角的控制首先要控制好其轉動的方向，控制是進行順時針轉動還是逆時針轉動。一般來說，可以根據滾動角數值情況來確定方向類型，左側為負方向。部分盾構機駕駛員可能會發現滾動角的變化速度減少，甚至刀盤的扭矩變化幅度增大。而扭矩的貫入程度過深可能會導致刀盤的反作用力加大，形成滾動角。如果注漿的力度較小，不夠飽滿，也會導致漿液的摩擦力減小，同時刀盤與其的阻力會增大，管片的旋轉角也會變大，盾體液壓缸的位置會與管片發生反作用力，從而導致管片的旋轉。因此，需要嚴格控制管片鋪砌的情況，避免隨著板子鋪砌增加，位置降低。

3.3 洞內運輸及通風管線布置

3.3.1 運輸系統設計

運輸系統的設計包括軌道運輸和非軌道運輸。軌道運輸多采用窄軌電機車和斗車，非軌道運輸則通常使用膠輪車。設計時需考慮隧道內空間、轉彎半徑、坡度及運輸量，確保運輸設備能夠高效運轉。

軌道應鋪設在隧道底部，鋪設過程中應確保軌道的平整度和穩固性，避免由于軌道不平引起的運輸車顛簸或脫軌。軌道鋪設前應對隧道底部進行整平處理，并使用道釘或道夾進行固定[4]。運輸車調度需根據盾構機的掘進速度和出渣量進行合理安排，確保渣土及時運出，材料和設備能及時供應到位。調度系統應具備靈活性，能夠根據現場情況進行調整。

3.3.2 合理布置通風管線

通風系統主要由主通風機、風管和通風口組成。設計時應考慮隧道長度、掘進速度及作業人員數量，確保洞內有足夠的新鮮空氣供應，及時排出有害氣體。風管應采用耐壓、耐磨的材料，安裝時要牢固，避免因振動或碰撞導致風管損壞或脫落。在盾構機后方和洞口處應設置通風口，以保證空氣的流通。通風口應設置防塵網或濾網，以防止粉塵進入風管，影響通風效果。

對運輸系統和通風管線應進行定期檢查和維護，確保其正常運行。檢查內容包括軌道的平整度、運輸車的狀況、風管的密封性及通風設備的運轉情況，制定應急預案，針對運輸車故障、通風設備失效等突發情況進行演練，確保能夠快速反應，保障施工安全。

3.4 盾構管片拼裝

隧道管片在地面上應該按照拼裝的順序進行堆放，并粘貼好管片接縫處的防水材料。盾構機的姿態要符合拼裝要求，并進行嚴格檢查。具體有以下2方面要求：一是盾構千斤頂與管片環面的凈距應該超過管片的寬度。二是管片與盾殼的四周空隙處應合理處理，適當開展糾偏操作。

應該清除掉環面和盾尾之間的雜物，確保環面防水材料的完好性，如果損壞及時修補處理。檢查好管片拼裝機的動力情況，確保液壓設備正常運行，舉重臂靈活安全可用。將管片運送到盾構機尾部后，通過盾構機內的管片拼裝系統將其逐一拼裝到位。

拼裝過程中，需要根據設計要求及現場條件精確定位每一塊管片，可采用激光測量儀或全站儀進行精確測量，確保拼裝精度。每環管片由多塊（如5～7塊）管片組成，分為標準塊、封頂塊和側塊，拼裝時先安裝標準塊和側塊，最后安裝封頂塊，管片之間通過螺栓、銷子等連接件緊固，確保結構的整體性和穩定性。管片拼裝后，需對接縫進行密封處理，以防止滲水[5]。通常使用橡膠密封圈或止水帶進行密封，確保隧道的防水性能。密封材料的選擇和安裝質量直接影響隧道的長期使用效果。

拼裝完成后，通過盾構機尾部的注漿系統，在管片與周圍土體之間的空隙中注入水泥漿或其他固化材料。注漿既能固定管片位置，防止位移，又能填充空隙，增加結構的整體性和防水性。需對每一環管片進行詳細檢查，確保拼裝質量和密封效果符合設計要求。檢查內容包括管片的定位精度、螺栓緊固情況、接縫密封效果及注漿飽滿度等。檢查合格后，才能繼續盾構掘進。整個管片拼裝過程要求嚴格的工藝控制和質量管理，確保隧道結構的安全和穩定，各個環節需要緊密配合，嚴格規范操作。

3.5 盾構施工泥餅防治

根據本次施工的區間資料顯示，標段內的粘土地層和全風化地層中有泥餅形成的條件，在風化巖地層掘進中，可能形成泥餅，嚴重會導致掘進困難，增加刀盤的扭矩，嚴重降低開挖效率。施工中應進行合理化的刀盤設計，預防泥餅問題，不定時對渣土進行溫度監測，預防其形成。可以在刀盤和螺旋機位置增加泡沫，有效降低盾構機的附著性。對于易結泥餅的地層區域，可以適當加泡沫分散劑，有效進行渣土分解，避免渣土堆積[6]，有效防治泥餅問題。

可以通過土艙噴水來有效提升黏土的流動性，避免高溫高熱，防止泥餅形成。掘進中應根據地層地質狀況，選擇合理化掘進模式，在地層允許的狀態下，控制好掘進的速度、刀盤的轉速等，也可以使用氣壓輔助的方式，提升渣土和易性。

4 結束語

軌道交通工程中的盾構施工機電安裝質量控制是保證工程整體質量和運營安全的關鍵環節，應從盾構機組裝、調試，推進系統的機電參數嚴格控制，洞內運輸和通風管線布置，管片拼裝和泥餅防治等方面入手，嚴格把控掘進速度，切實提升施工質量。

參考文獻

[1] 蘇稚寅.大直徑泥水平衡盾構機超淺覆土施工控制技術及實踐[J].科技與創新，2024（12）：109-111.

[2] 魏煜佼，權懋威.小直徑泥水平衡盾構機承壓富水軟土地層棄殼接收施工方法研究與應用[J].建設機械技術與管理， 2024，37（3）：82-84.

[3] 李健，陶博文，蔡琦，等.大直徑泥水盾構掘進參數智能預測研究[J/OL].長江科學院院報，1-10[2024-07-06].

[4] 徐肖瀚.大型盾構機平移換向關鍵施工技術[J].安裝，2024 （6）：38-40.

[5] 安邦，洪青青，鄒成路，等.淺談盾構機洞內更換盾尾刷技術[J].中國設備工程，2024（11）：235-237.

[6] 杜宇.明挖地鐵車站盾構機過站支撐鋼架設計施工措施[J].鐵道建筑技術，2016（3）：53-56.