復(fù)合式TBM施工中配套設(shè)備優(yōu)化研究

馬勤義，陳勇

（重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401120）

復(fù)合式TBM施工中配套設(shè)備優(yōu)化研究

馬勤義，陳勇

（重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401120）

復(fù)合式TBM施工中，整個(gè)施工循環(huán)由多個(gè)工序組成，每一步工序中使用的配套設(shè)備的機(jī)況直接影響著該工序所消耗的時(shí)間，同時(shí)影響整個(gè)循環(huán)作業(yè)時(shí)間，進(jìn)而影響整體工期和工程造價(jià)，所以配套設(shè)備的性能起著非常重要的作用。本文以某區(qū)間隧道工程中使用的門(mén)吊、編組、電瓶、除塵系統(tǒng)優(yōu)化研究，為同類(lèi)型TBM施工配套設(shè)備選型提供有益建議。

隧道施工；隧道掘進(jìn)；復(fù)合式TBM；施工循環(huán)；TBM施工

0 引言

TBM隧道施工是一種集開(kāi)挖、出渣、運(yùn)輸、支護(hù)進(jìn)行循環(huán)的施工方式，后配套及配套設(shè)備是施工過(guò)程中必不可少且起著重要作用的一系列設(shè)備，設(shè)備的配置是否合理，操作是否方便，都直接影響著生產(chǎn)安全及施工工期。本文對(duì)該項(xiàng)目所使用的部分配套設(shè)備在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題進(jìn)行分析研究并提出優(yōu)化方案，為以后類(lèi)似配套設(shè)備選擇提供有益建議。

1 項(xiàng)目概況

重慶軌道環(huán)線南體區(qū)間隧道長(zhǎng)度為569m，體冉區(qū)間隧道長(zhǎng)度為572m,隧道穿越斷面以砂巖為主，夾雜砂質(zhì)泥巖地層，或交替出現(xiàn)，區(qū)間埋深31～40m,最大坡度為22‰，最小轉(zhuǎn)彎半徑R=370m。水文情況：地層中水量較少。

1.1 TBM性能參數(shù)（表1）

表1 TBM整機(jī)性能參數(shù)

1.2 出渣方式

出渣方式包含皮帶機(jī)輸送、水平運(yùn)輸、以及垂直運(yùn)輸，具體是開(kāi)挖下的渣土通過(guò)TBM設(shè)備上配備的皮帶機(jī)輸送到出渣口落入渣車(chē)中，編組列車(chē)水平運(yùn)輸?shù)截Q井，龍門(mén)吊將渣斗垂直吊起，然后將渣土傾倒到渣坑中。

2 后配套設(shè)備的組成

TBM配套設(shè)備主要包括隧道內(nèi)水平運(yùn)輸設(shè)備、施工豎井垂直運(yùn)輸設(shè)備、隧道內(nèi)通風(fēng)設(shè)備、砂漿攪拌設(shè)備、隧道內(nèi)供水供電設(shè)施等，主要配套設(shè)備配置見(jiàn)下表。

3 配套設(shè)備選型原則

表2 配套設(shè)備組成

配套設(shè)備選型主要考慮以下幾個(gè)原則：外形尺寸原則、滿(mǎn)足施工進(jìn)度要求原則、保證施工安全原則、采用廠家通用標(biāo)準(zhǔn)原則和設(shè)備能力等級(jí)取大原則。下面針對(duì)該項(xiàng)目使用的編組列車(chē)、龍門(mén)吊及除塵系統(tǒng)施工中的實(shí)際性能及效率進(jìn)行分析研究。

4 龍門(mén)吊

該項(xiàng)目TBM施工均采用兩臺(tái)型號(hào)為45/15t門(mén)吊。在使用過(guò)程中出現(xiàn)以下一些問(wèn)題，通過(guò)分析研究，并針對(duì)性地制定了優(yōu)化方案。

（1）操作室設(shè)計(jì)在立柱底部對(duì)于操作人員的視野具有局限性，容易引起安全事故，同時(shí)增加工作難度。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：為了操作方便和觀察方便，操作室應(yīng)設(shè)置在側(cè)方位橫梁中間一邊觀察四周以及底部。

（2）在操作過(guò)程中因?yàn)樨Q井過(guò)深，操作者經(jīng)常需要隔著玻璃俯視豎井底部，這種姿勢(shì)容易造成誤動(dòng)作。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：須在門(mén)吊頂部大小鉤中間裝設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)，方便操作人員觀察。

（3）整個(gè)施工過(guò)程中因?yàn)殚T(mén)吊翻渣鉤的故障造成施工停滯時(shí)間較多，主要原因在于翻渣鉤設(shè)計(jì)為電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)聯(lián)軸器直接動(dòng)作，全部為硬性構(gòu)件，而翻渣鉤在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中經(jīng)常需要微調(diào)，所以故障率較高。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：為了避免此部件帶來(lái)的影響，翻渣鉤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)改為液壓式傳動(dòng)，操作過(guò)程中無(wú)形中起緩沖作用，而且穩(wěn)定性較好，不易損壞（圖1）。

圖1 門(mén)吊翻渣鉤

（4）滑動(dòng)變阻器的安裝位置，正常運(yùn)行停止后電動(dòng)機(jī)還會(huì)有微小的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電能重啟損壞變頻器，為消耗這部分電能在變頻器和電機(jī)之間裝設(shè)滑動(dòng)變阻器，而在消耗瞬間，變阻器發(fā)熱較嚴(yán)重容易燒斷連接片。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：所以滑動(dòng)變阻器組件應(yīng)設(shè)置在有空調(diào)的室內(nèi)。

（5）門(mén)吊夜班使用過(guò)程中照明專(zhuān)用變壓器發(fā)熱嚴(yán)重已燒壞原裝變壓器，減少了照明數(shù)量。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：門(mén)吊屬于特種設(shè)備，夜間施工時(shí)照明范圍要廣，強(qiáng)度需高，為此應(yīng)將原容量為0.12kVA的變壓器更換為0.4kVA。

（6）龍門(mén)吊小鉤設(shè)計(jì)最大載重量為15t，按照管片每次下方最重為17.4t超出15t，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：將龍門(mén)吊小勾改造裝設(shè)在大鉤下端中心，既解決了承重不足的問(wèn)題，還能節(jié)約小鉤配套的所有構(gòu)件成本。

（7）更換或維修電瓶車(chē)時(shí)需吊機(jī)車(chē)，機(jī)車(chē)自重55t，門(mén)吊大鉤承重不足。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：應(yīng)配置門(mén)吊大鉤為55t的龍門(mén)吊。

5 編組列車(chē)

使用編組組成為一臺(tái)電瓶車(chē)、五節(jié)渣斗、一臺(tái)砂漿車(chē)、兩臺(tái)觀管片運(yùn)輸平板車(chē)。通過(guò)使用發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)需要優(yōu)化。

（1）電瓶車(chē)電氣柜及裸露接頭需完全密封。因在TBM施工中考慮到巖層涌水較多而且不可預(yù)測(cè)。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：為了防止因?yàn)橛克畬?dǎo)致電瓶車(chē)故障，電氣柜及裸露的接頭必須密封。

（2）正常渣土運(yùn)輸過(guò)程中需要有專(zhuān)人觀察周?chē)h(huán)境防止出現(xiàn)故障及事故，因?yàn)樵跁?huì)車(chē)以及坡度較大地方會(huì)突然出現(xiàn)減速和加速，所以需重視觀察員的安全問(wèn)題。最后一節(jié)平板小車(chē)通常裝有TBM施工輔助材料。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：在最后一節(jié)平板小車(chē)角落設(shè)直角護(hù)欄保證觀察員安全，而不影響輔助材料運(yùn)輸。

（3）對(duì)于轉(zhuǎn)彎半徑過(guò)大的隧道，考慮到電瓶車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)容易跳道，所以對(duì)軌道鋪設(shè)的要求較高。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：可以通過(guò)先彎曲軌道接好雙軌后，整體運(yùn)輸鋪設(shè)解決此問(wèn)題。

（4）運(yùn)輸過(guò)程中部分區(qū)間因坡度過(guò)大導(dǎo)致?tīng)恳龣C(jī)車(chē)抖動(dòng)嚴(yán)重行駛緩慢，從而影響施工速度。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：從機(jī)車(chē)本身出發(fā)增加機(jī)車(chē)自身重量降低抖動(dòng)頻率，按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況增加兩噸自重，抖動(dòng)明顯減少且行駛速度提升，另一方面，因牽引力基于兩臺(tái)160kW電機(jī)，由一臺(tái)額定容量為355kW的變頻器控制。

（5）機(jī)車(chē)出現(xiàn)的大部分故障都基于保養(yǎng)的情況，鑒于常見(jiàn)的故障重復(fù)性出現(xiàn)，所以對(duì)機(jī)車(chē)實(shí)行針對(duì)性保養(yǎng)。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：交接班時(shí)檢查氣路是否漏氣，剎車(chē)是否正常可用；檢查電瓶電量是否滿(mǎn)足要求；檢查機(jī)車(chē)是否有異響。

（6）由于整個(gè)編組在運(yùn)行過(guò)程中軸承部位需要同步保持潤(rùn)滑狀態(tài)，必須保證此類(lèi)部件有足夠油脂。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：需要每天檢查油脂量及油脂管路暢通，清理注油器。

6 電瓶

電瓶車(chē)使用與編組相配套型號(hào)為88-8DB800的牽引用鉛酸蓄電池，每臺(tái)電瓶規(guī)格為176V 800Ah。

（1）電瓶充放電過(guò)程中需經(jīng)常通斷充電插頭，經(jīng)常損壞連接器。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：固定插頭，連接插頭減少為一只（正負(fù)極均使用單線充電）減少損壞數(shù)量,插拔過(guò)程不得強(qiáng)行拖拽。

（2）電瓶和鐵皮之間絕緣距離過(guò)小，且經(jīng)常有雜質(zhì)沒(méi)清理干凈，導(dǎo)致拉弧現(xiàn)象損壞電瓶，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。

設(shè)計(jì)優(yōu)化：為減少損壞率降低維修成本，使用之前增加電瓶和鐵板之間的絕緣板，每次充放電必須沖洗干凈表面的雜質(zhì)。

圖2 充電中的電瓶

7 除塵系統(tǒng)

除塵系統(tǒng)為隧道內(nèi)TBM施工提供良好的施工環(huán)境保障，該項(xiàng)目TBM配置高效能的干式除塵器，利用除塵風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓將開(kāi)挖倉(cāng)內(nèi)的粉塵抽出過(guò)濾、收集；同時(shí)配合隧道內(nèi)的壓入式通風(fēng)系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)備自帶的二次風(fēng)機(jī)，可以將清潔空氣壓入到主機(jī)工作區(qū)域，達(dá)到防止土倉(cāng)內(nèi)的粉塵通過(guò)皮帶機(jī)向外擴(kuò)散，保持工作環(huán)境清潔的目的（圖3）。

圖3 除塵系統(tǒng)示意圖

（1）正常施工中空氣質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期，灰塵較大.

優(yōu)化研究：針對(duì)除塵不能快速除盡問(wèn)題，可以在前盾隔板上設(shè)計(jì)兩到三個(gè)除塵口，加快空氣流速，并且加大除塵風(fēng)管以增加空氣的流通量，從而加快除塵速度。

（2）除塵一、二級(jí)螺旋需要經(jīng)常清理，難度較大而且會(huì)影響施工進(jìn)度。

優(yōu)化設(shè)計(jì)：將除塵一級(jí)螺旋改為皮帶輸送便于清理，去除除塵二級(jí)螺旋直接將除塵集料斗安置在皮帶機(jī)出口下方節(jié)省清理時(shí)間，節(jié)約成本。

（3）掘進(jìn)過(guò)程中需要經(jīng)常手動(dòng)啟停除塵風(fēng)機(jī)，且除塵系統(tǒng)在操作室對(duì)面，需要穿過(guò)軌行區(qū)才能去啟動(dòng)除塵系統(tǒng)，在通過(guò)軌道區(qū)域時(shí)存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

優(yōu)化研究：在除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口加裝空氣質(zhì)量傳感器，信號(hào)連接至除塵系統(tǒng)控制箱，實(shí)現(xiàn)按照空氣質(zhì)量自動(dòng)控制啟停。

8 結(jié)論

TBM施工配套設(shè)備配置是否合理，關(guān)系到項(xiàng)目的整體施工進(jìn)度、施工安全、工程造價(jià)等。本文通過(guò)對(duì)龍門(mén)吊、編組、電瓶及除塵系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析研究，并針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化，在保證安全的同時(shí)，縮減了施工工期，降低了工程造價(jià)。為以后類(lèi)似項(xiàng)目配套設(shè)備選型提供有益建議，具有較高的推廣價(jià)值。

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[3]郭陜?cè)?對(duì)盾構(gòu)（TBM）技術(shù)運(yùn)用及開(kāi)發(fā)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].隧道建設(shè)，2008，28(6)：631-637.

Research on Corollary Equipment Optimization in Compound TBM Construction

In the compound TBM construction,the whole construction cycle consists of a number of processes.The work situation of the corollary equipment used in each process directly affects the time spent in this process,affects the work time of the entire cycle,and further affects the overall duration and project cost,so the performance of corollary equipment plays a very important role.This paper studies the optimization of the door hanging,marshalling,battery and dust removal system of a tunnel project,and provides useful suggestions for the corollary equipment selection of TBM construction.

tunnel construction;tunnel drilling;compound TBM;construction cycling;TBM construction

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0028-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.28

2017-07-04

馬勤義（1987-），男，甘肅定西人，專(zhuān)科，助理工程師，主要從事城市軌道交通建設(shè)項(xiàng)目機(jī)電管理工作。

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅