盾構(gòu)施工設(shè)備及附屬設(shè)備的改進(jìn)思考

王旭波　王林　楊國(guó)華

摘 要：在地鐵盾構(gòu)施工中，在考慮施工實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，所采購(gòu)的盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備及附屬設(shè)備會(huì)存在一定不相符之處，這就需要進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)處理，本文通過(guò)某地鐵標(biāo)段的盾構(gòu)施工為例進(jìn)行說(shuō)明，結(jié)合實(shí)際施工，有效更改盾構(gòu)機(jī)及其附屬設(shè)備，能夠滿足實(shí)際施工需要。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工 盾構(gòu)設(shè)備 設(shè)備改造

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（c）-0090-02

在標(biāo)段盾構(gòu)施工中，盾構(gòu)臺(tái)車與盾構(gòu)機(jī)頭一次下井進(jìn)行初始掘進(jìn)。臺(tái)車擺放空間則是利用施明挖此站站臺(tái)層，在這種的初始掘進(jìn)方式而進(jìn)行始發(fā)，在此站東端始發(fā)盾構(gòu)機(jī)設(shè)備。

1 設(shè)備選用思考

1.1 盾構(gòu)機(jī)的選用

在綜合考慮本區(qū)間隧道施工情況以及相關(guān)的工程地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，這里選用土壓平衡盾構(gòu)是施工。對(duì)于在含水的砂質(zhì)粉土層來(lái)說(shuō)，特別是相應(yīng)的粉質(zhì)粘土、粘土、，土壓平衡盾構(gòu)比較適用。利用泡沫及膨潤(rùn)土裝置，對(duì)于碴土進(jìn)行改良從而能夠使得在允許范圍內(nèi)，控制地表沉降量[1～2]。所以，在本工程中，這里采用土壓平衡盾構(gòu)施工，盾構(gòu)機(jī)設(shè)備為中鐵隧道裝備制造有限公司土壓平衡盾構(gòu)。

1.2 輔助設(shè)備選擇

除了正確選擇合適類型的盾構(gòu)機(jī)，在地鐵隧道盾構(gòu)法施工中，要想使得施工設(shè)備整體發(fā)揮效能，還應(yīng)該進(jìn)行合理配置輔助設(shè)備。考慮到盡管盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)用很高，但是相應(yīng)的配套設(shè)備具有比較低的費(fèi)用，就應(yīng)該合理選擇相關(guān)的提升設(shè)備、軌道運(yùn)輸設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、砂漿攪拌設(shè)備、供水、電設(shè)備等等，只有匹配盾構(gòu)機(jī)的工作能力，才能保證經(jīng)濟(jì)合理且穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，滿足設(shè)備配套最佳的運(yùn)行狀況。

1.2.1 軌道運(yùn)輸設(shè)備計(jì)算分析

管片、碴土、砂漿料及其它輔助材料是盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)所需要的運(yùn)輸材料，為了更好提高軌道運(yùn)輸安全性，以及簡(jiǎn)化運(yùn)輸系統(tǒng)管理，這里選擇列車編組方式進(jìn)行運(yùn)輸，能夠提高運(yùn)輸效率和減少列車運(yùn)輸次數(shù)。在每循環(huán)掘進(jìn)出碴運(yùn)輸過(guò)程中，分為2列車完成，其中的每列車的組成包括2節(jié)管片車、1節(jié)砂漿車和3節(jié)碴車。

分析可知，機(jī)車實(shí)際重量應(yīng)該大于粘著重量，這里，機(jī)車最大粘著系數(shù)為0.2，考慮交直流變頻機(jī)車牽牽引力的粘著系數(shù)為0.18，另外，易于操作、粘著力大、使用成本低和無(wú)污染等為交直流變頻機(jī)車的特點(diǎn)，考慮有機(jī)車類型，這里選擇JXK—45交直流變頻機(jī)車，其中，機(jī)車粘著重量為45 t。機(jī)車和碴車都有制動(dòng)機(jī)構(gòu)，這在列車制動(dòng)距離方面，可以可靠地保證制動(dòng)性能。

1.2.2 提升設(shè)備能力計(jì)算

在隧道盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，在地面與隧道之間，提升設(shè)備的作用就是進(jìn)行垂直運(yùn)輸及裝卸掘進(jìn)的碴土、管片及材料等。碴斗提升功能和碴斗的翻轉(zhuǎn)功能都應(yīng)該同時(shí)考慮，這樣可以提高出碴效率，專用門吊在垂直提升設(shè)備中采用。在材料提升運(yùn)輸過(guò)程中，最大提升重量為碴車總重量（40 t），此時(shí)，門吊安裝盾構(gòu)后配套拖車方式被采用，考慮45 t為拖車最大重量，這里選擇門吊的最大提升能力也為45 t。

盾構(gòu)循環(huán)掘進(jìn)的工作時(shí)間為75分鐘，每循環(huán)掘進(jìn)過(guò)程中需要2趟列車，分析門吊每循環(huán)掘進(jìn)時(shí)間過(guò)程中需要的提升次數(shù)為，管片4次，出碴6次，共計(jì)10次。結(jié)合門吊每循環(huán)時(shí)間內(nèi)提升能力為15次，完全滿足盾構(gòu)正常掘進(jìn)循環(huán)對(duì)提升設(shè)備的要求。

1.3 砂漿攪拌設(shè)備

在此系統(tǒng)的攪拌站中，PLD800配料機(jī)和JW500雙臥軸攪拌機(jī)為所采用的砂漿攪拌設(shè)備。自動(dòng)稱量砂、粉煤灰功能在配料機(jī)的兩個(gè)料斗中能夠?qū)崿F(xiàn)，采用自動(dòng)計(jì)量控制的控制方式，能夠通過(guò)梭槽進(jìn)入攪拌機(jī)攪拌倉(cāng)內(nèi)，攪拌倉(cāng)內(nèi)直接加入膨潤(rùn)土和袋裝水泥，生產(chǎn)能力為20 m3/h。砂漿量在盾構(gòu)掘進(jìn)循環(huán)中需要5 m3，生產(chǎn)每循環(huán)所需砂漿的時(shí)間經(jīng)過(guò)計(jì)算為12分鐘，這樣，碴車卸碴過(guò)程而進(jìn)行的砂漿的攪拌作業(yè)中，應(yīng)該生產(chǎn)2臺(tái)盾構(gòu)掘進(jìn)所需的砂漿。

1.4 通風(fēng)設(shè)備

在考慮地鐵隧道盾構(gòu)施工實(shí)際情況下，通風(fēng)方式為機(jī)械壓人式通風(fēng)方式，一套通風(fēng)設(shè)備在每臺(tái)盾構(gòu)中配置。其中，Φ1000 mm的拉鏈?zhǔn)杰涳L(fēng)管在洞內(nèi)風(fēng)管中采用，延伸盾構(gòu)風(fēng)管儲(chǔ)存箱，這樣，可以把新鮮空氣壓入盾構(gòu)機(jī)后配套設(shè)備末端，再利用后配套上的二次通風(fēng)設(shè)備的作用，把新鮮空氣壓入盾構(gòu)機(jī)前端和各作業(yè)空間。其中，可以用最小斷面風(fēng)速法進(jìn)行計(jì)算通風(fēng)量。這里，采用的通風(fēng)設(shè)備為SDF—N10對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，其中，風(fēng)壓3140 Pa，風(fēng)量1100 m3/min，功率37 kw×2。

1.5 供電系統(tǒng)

高壓供電及低壓供電系統(tǒng)組成供電系統(tǒng)，建立預(yù)裝式戶外箱式變電站。要求變電站具有相關(guān)的出線綜合開關(guān)柜和過(guò)流、速斷、計(jì)量、高壓進(jìn)線等保護(hù)功能。盾構(gòu)機(jī)使用10 kV高壓出線進(jìn)洞，其中，高壓電通過(guò)電纜送入洞內(nèi)，為洞外各設(shè)備供電則是2臺(tái)630 kVA箱式變壓器。

2 設(shè)備改造方案簡(jiǎn)介

對(duì)于現(xiàn)有的盾構(gòu)設(shè)備來(lái)說(shuō)，在編寫相關(guān)的盾構(gòu)施工方案的過(guò)程中，我們就發(fā)現(xiàn)設(shè)備在設(shè)計(jì)上與施工工藝存在一定的不一致性。施工工藝的變更將會(huì)引起成本的大幅度增加，以及工期的不確定性延長(zhǎng)；另外，在具體的施工過(guò)程中，在盾構(gòu)附屬設(shè)備方面，我們還發(fā)現(xiàn)依然存在一定不足之處，這些將會(huì)影響到實(shí)際的盾構(gòu)施工的順利進(jìn)行[3]。在上述原因的分析下，對(duì)盾構(gòu)及其附屬設(shè)備來(lái)說(shuō)，應(yīng)該進(jìn)行相關(guān)的一定改造。

2.1 臺(tái)車的改造

2.1.1 分析臺(tái)車改造的原因

我們發(fā)現(xiàn)，制定初始掘進(jìn)方案的過(guò)程中，在初始掘進(jìn)要求中，盾構(gòu)臺(tái)車尺寸并不符合其要求，因?yàn)椋跒楦脑炫_(tái)車時(shí)，其設(shè)備寬度為4.8 m。正如上文提到的，對(duì)于初始掘進(jìn)方案來(lái)說(shuō)，在后方的明挖車站內(nèi)則是擱置臺(tái)車的地方，在進(jìn)行第一次的始發(fā)過(guò)程中，我們遇到了下列幾個(gè)問(wèn)題：

（1）對(duì)于站西端始發(fā)井的東側(cè)來(lái)說(shuō)，其站臺(tái)層的隧道中心線和車站北側(cè)墻的距離只有2150 m，這樣的距離太近，同時(shí)，一號(hào)臺(tái)車操作室也和北墻存在一定的沖突。

（2）北墻和臺(tái)車左牽引杠也存在一定的沖突問(wèn)題。

（3）另外，后背反力架凈空小于臺(tái)車最大側(cè)面寬度，這樣，電纜支架，還有相關(guān)的左臺(tái)車側(cè)面步道，和后背反力架之間存在一定的沖突。

2.1.2 分析改造措施

第一，在臺(tái)車上方或下方進(jìn)行原左側(cè)臺(tái)車注漿管路的改移改造。

第二，把臺(tái)車左牽引扛往著隧道中心線內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)。

第三，改變左側(cè)臺(tái)車步道的連接方式，把原先的焊接連接改成螺栓連接，在市政工程施工與管理工作中臺(tái)車具有重要作用。步道暫時(shí)不在明挖車站內(nèi)時(shí)安裝，等臺(tái)車行駛進(jìn)入隨到以后，再進(jìn)行相關(guān)的安裝；把左側(cè)電纜進(jìn)行移動(dòng)，并且移動(dòng)到臺(tái)車上端。

另外，臺(tái)車輪子向內(nèi)、向下移動(dòng)也應(yīng)該特別注意。因?yàn)椋@樣可以使得軌枕的剛度有所增加，臺(tái)車軌道軌枕的長(zhǎng)度能夠有效縮短，還有，還能夠降低土斗車位置，能夠加高土斗箱，這樣能夠使得單個(gè)土斗車的裝載能力大大增加，使得土斗的個(gè)數(shù)有所減少，使得水平、垂直運(yùn)輸?shù)念l率在一定程度上有所降低。

2.1.3 改造效果分析

從臺(tái)車的寬度從4.8 m減少到4 m的改造中，可以發(fā)現(xiàn)，明挖車站內(nèi)可以具有有效擱置臺(tái)車位置。這就能夠?qū)崿F(xiàn)一次始發(fā)，這與通常的初始掘進(jìn)方式相比，使得車架轉(zhuǎn)換時(shí)間有所減少，大約能夠節(jié)省到15天左右。

從軌枕長(zhǎng)度的寬度由3.5 m變?yōu)?.6 m的臺(tái)車輪子的下移改造中，能夠有效縮短軌枕跨距，同時(shí)，保證有效降低軌枕的高度，同樣，原有的22號(hào)工字鋼盡心改造成現(xiàn)在所使用的18號(hào)工字鋼，能夠保證大量的鋼材節(jié)省，節(jié)約成本。其中，單線節(jié)省60 t鋼材，約合24萬(wàn)人民幣。

2.2 出土設(shè)備的改造探討

2.2.1 改造原因分析

通過(guò)對(duì)在施工開始階段的各個(gè)工序進(jìn)行相關(guān)分析，可以發(fā)現(xiàn)，制約著盾構(gòu)施工的整體速度則是垂直出土問(wèn)題。在進(jìn)行深入分析，可得，土斗的摘掛鉤及傾倒土上具有一定的問(wèn)題，

應(yīng)該進(jìn)行一定的合理改造。

第一，在摘掛鉤應(yīng)用方面，2個(gè)吊耳在每個(gè)土斗上，這樣進(jìn)行吊耳旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，就比較容易出現(xiàn)和土斗邊緣碰撞的情況，使得吊耳旋轉(zhuǎn)過(guò)程中比較吃力，這樣的摘掛鉤時(shí)間就大大增加。

第二，在倒土的應(yīng)用方面，對(duì)于土斗吊到地面上方位置以后，在倒土施工前，應(yīng)該保證對(duì)齊與土坑邊上的立柱，這就是這種的對(duì)齊時(shí)間，使得倒土的速度大大受到影響。

2.2.2 改造措施探討

第一，把土斗吊耳進(jìn)行拆除，更換為吊裝扁擔(dān)裝置，同時(shí)，對(duì)于吊裝扁擔(dān)附加的掛板來(lái)說(shuō)，在其上面，與土斗兩側(cè)圓鋼相配合的一個(gè)孔進(jìn)行設(shè)置。

第二，把土坑內(nèi)的立柱挪到天車橫梁上。這樣，使得大車引走的機(jī)會(huì)有所減少，這是因?yàn)槠渑c天車有相對(duì)的固定位置，使得較容易實(shí)現(xiàn)相關(guān)的土斗與立柱的對(duì)正。

2.2.3 改造效果分析

在進(jìn)行的相關(guān)設(shè)備改造以后，明顯縮短了摘掛鉤與倒土?xí)r間，提高了出土效率，從而使得整個(gè)盾構(gòu)施工效率進(jìn)一步的提升。

3 結(jié)語(yǔ)

在施工過(guò)程中，在考慮設(shè)計(jì)工況時(shí)，任何設(shè)備都會(huì)存在一定的不足，盡管有時(shí)候是細(xì)微之疵，但卻直接影響到其施工速度，所以，在應(yīng)用設(shè)備過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)于設(shè)備存在的問(wèn)題進(jìn)行一定的改造處理，本文對(duì)于盾構(gòu)及相關(guān)設(shè)備的一些改造，希望對(duì)于相似的地鐵盾構(gòu)施工具有一定借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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