天津地鐵11 號線泥水平衡盾構機技術改造措施

蔡偉

（中交一航局城市交通工程有限公司，天津 300457）

盾構法隧道施工技術在地鐵建設的過程中受到了廣泛的應用，全面提升了工程的施工速度，提升了工程建設品質，只有通過選擇適合的盾構技術和設備，才能充分適應工程建設的需要，滿足施工要求。

1 工程概述

天津地鐵11 號線TJ-06 標共計2 個盾構區間。盾構區間線路自環宇道站始發后沿環宇路向東行進，至雪蓮南路小里程端接收。后盾構機轉運至雪蓮南路大里程端進行二次始發，向招遠路站推進，在招遠路站接收。兩個區間線路全長2.5km，最小轉彎半徑R=600m，最大坡度24‰，最大覆土厚度19.7m。

2 改造適用性分析

2.1 改造原因

我單位在天津地鐵施工運用一臺自有盾構機。該設備來源采用兩臺盾構機組合維修、改造的總體思路，以IHI425盾構機為主體，使用IHI437 后配套臺車進行組合維修、改造。IHI425 盾構機、IHI437 盾構機是公司2008 年采購的兩臺盾構設備，廠家為日本中和物產株式會社。采購時間接近，機器型號類似，主要系統部件可以通用。IHI437 盾構機剛剛完成北京地鐵施工任務且工況良好，因直徑尺寸問題無法滿足天津地鐵施工要求，故采用與IHI425 盾構機組合方式進行維修、改造，滿足天津地鐵盾構項目要求。將兩臺盾構機剩余部分作為今后施工中備件機，一旦在盾構機掘進過程中出現配件問題，可立即從備件機中拆解安裝，以達到保證現場施工進度的目的。改造前的盾構機設備基本工況情況，見表1。

2.2 需要改造的部分

（1）刀盤驅動裝置。刀盤改造的內容包括了主驅動密封更換、驅動單獨拆解驅動減速器及齒輪油更換。

（2）人行閘。增加各艙室的獨立視頻監控系統，自動消防噴淋系統和作業環境有害氣體實時檢測系統。

（3）鉸接系統。鉸接前后部位拆解，更換鉸接密封。（4）同步注漿系統。重布外置式注漿改造，保證注漿管四備四用。

（5）螺旋機。螺旋機增加前閘門；增加滑動伸縮功能；后閘門增加為雙閘門，并具備緊急自動閉合功能。

（6）皮帶機。皮帶輸送機增加螺桿微調裝置。

（7）臺車。增加防撞裝置，原有下部絲杠連接，改成頂部鋼板銷軸連接的形式。

表1 改造前的盾構機設備基本工況情況

（8）盾尾油脂。盾尾油脂注入系統實現單泵單腔注入，同時，在每個盾尾注入口出口處增加壓力傳感器，監測出口盾尾油脂注入壓力。

（9）加泥系統。將原膠管擠壓泵更改為螺桿泵。同時，需對原加泥箱進行改造，降低加泥箱高度。

（10）電氣系統。PLC 程序相應更新、更換模塊，盾構機操作室操作盤功能恢復。

2.3 維修改造目標

盾構機經過系統性的全面改造之后，要求能夠更加適應天津地鐵施工中的各項客觀施工條件，提高盾構機施工過程中的安全性，能夠有效地提高施工效率，同時，又能夠確保施工質量滿足技術和規范要求，全面提升施工技術水平。

3 天津地鐵11 號線泥水平衡盾構機改造技術

3.1 泥水平衡盾構機改造

（1）刀盤驅動裝置。刀盤驅動裝置的重新組裝注意要點為：裝上密封隔艙；將大軸承吊裝于殼體上，并按要求的扭矩用相應的緊固件將其固定；驅動殼體吊裝，并按要求的扭矩用相應的緊固件將其固定；將各電機驅動總成吊裝于各相應孔內，并按要求緊固；在組裝時，注意不得漏裝零件及密封件；待主機總裝時，將驅動裝置總成裝入切口環內，并在其內腔注入相應牌號的油脂；待盾構總裝完成后進行驅動裝置的調試。

（2）螺旋輸送機。對現有螺旋機進行升級改造，增加前閘門及伸縮功能裝置，并增加相關電控液控裝置和程序，拆檢相關葉片軸及驅動裝置，核算相關結構參數。為更有效地保證相關改造性能參數符合要求，需對螺旋機系統進行全面的計算。

①螺旋機輸送量核算

螺旋機輸送量:

式中，Ds為螺旋機葉片外徑（m）；ds為螺旋機葉片軸外徑（m）；ts為螺旋機葉片螺距（m）；ns為螺旋機轉速（m）；Rs為綜合系數（通常取0.8）。

由圖可知，該螺旋機葉片外徑0.71m，考慮最大通過粒徑該螺旋機葉片軸外徑為0.19m，因此，綜上可計算螺旋機輸送量：

∴ 滿足出土要求。

②增加螺旋機前置閘門，加裝雙缸驅動式伸縮裝置并配有導向柱防扭功能。

③螺旋機伸縮對螺旋機腔體進行改造，加裝套筒及伸縮油缸增加一道后閘門裝置。

④外形檢查，包括其是否發生變形、彎曲，需要調整的部分要確保修復到位。對于耐磨層的厚度進行檢查，厚度較薄的要進行堆焊，補充厚度。檢查筒體的磨損情況，堆焊必要的磨損層，更換相應的密封圈。排土口位置要充分檢查，防止堵塞。對驅動裝置進行拆解檢查，損壞構件及時更換，更換齒輪油，檢修后對驅動裝置執行空載性能測試，保障其功能性良好。

（3）盾尾密封油脂系統。因為天津地鐵施工中存在部分中、重度液化砂土地質環境的土層，因此，盾構改造通過在盾尾處增設油脂注入系統，全面實現了單泵單腔注入。通過壓力傳感器檢查注漿壓力，進而提供注漿量控制的必要參數，保障油脂始終能夠被有效地注入指定位置。油脂泵以及壓力傳感器同步安裝，對于連接管道的密封性進行檢查，各個儀表原件的性能充分進行檢查，調試合格后投入使用。

（4）人行閘。通過增設艙室的安全、消防系統設備，全面提升施工中的設備以及人員安全保護能力。主要的設備系統包括：監控系統、自動消防噴淋系統、有害氣體識別監控系統等，對于各個系統的電器元件、管道線路進行全面檢查，對于靈敏度不足、損害破損的部分進行全面的更換和修復。

（5）皮帶機系統。皮帶機張緊系統的功能實現主要是通過底梁導軌上的絲杠張緊結構，以螺母控制絲杠滑動，實現皮帶前后的移動能力，實現皮帶機張緊。對托輥、擋輪、輥筒、皮帶進行全面的檢查，更換損壞構件。

（6）臺車連接裝置改造。將原有臺車間的連接模式進行必要的更改，之前的連接方式是絲杠螺紋連接模式，這種方式的臺車連接不方便，并且可能會受到較多的銹蝕影響，通過將臺車連接方式改為銷軸銷孔拉桿，有效地提高了其連接效率，有利于防銹維護的開展。

（7）加泥系統升級改造。原加泥系統采用立式攪拌箱，并配備2 臺排量350L/min 膠管擠壓泵。按需將原膠管擠壓泵更改為螺桿泵。本次擬采用4 臺排量180L/min 螺桿泵，該泵最大壓力1.2MPa，配備定子測溫保護功能。同時，需對原加泥箱進行改造，降低加泥箱高度，布置加泥泵于箱體底部。另外，加泥系統需新增2 路管路及流量測量系統。同時，對控制系統進行改造，實現加泥系統操作室觸摸屏精準控制。

（8）電氣系統。對電氣系統的各個組成構件進行充分的檢查，包括電動機、動力柜、操作柜、張出臺、接線箱、主開關、接觸器等，確保氣性能良好，滿足使用。傳感器、儀表組件要通電檢驗。

3.2 改造后盾構機保障優勢分析

改造后的泥水平衡盾構機，在多個指標參數方面都表現出了突出的優勢特點，有力地提高了盾構在施工過程中的安全性、高效性，確保工程施工能夠更好地滿足質量要求。

（1）原有的注漿管道注漿效果不理想，主要是單液注漿的方式不能有效地滿足施工需要，當經過加固區段，因為加固區段的土層經過了硬化或者強度處理，導致這種注漿方式難以有效地適應全路線的連續施工作業需求，并且在這些特殊施工區域不能得到良好的施工效果，改造后，將原有的外置注漿槍設備去掉，改造成為多管路的注漿設備，提高了在施工過程中的注漿流量以及流量的控制能力，同時，將注漿管的整體高度降低，有利于提高注漿的實際效果以及特殊土層的處理能力，注漿管能夠快速準確地達到目標注漿效果。

（2）提高原有盾構機的施工耐磨性，通過在盾構機的外殼以及其他與土層直接接觸的位置，進行耐磨堆焊施工，將磨損部位轉移到堆焊位置，顯著提高了盾構機相應位置的長期使用能力，提高了盾構機的施工性能質量。

（3）通過改進增加皮帶張緊裝置，能夠有效使皮帶始終處于良好的緊力狀態下，始終保障盾構的皮帶傳送效果，減少了皮帶的無功功率發生，充分提高了盾構機的工作效率。

（4）兩臺盾構機品牌一致，機型接近，大部分配件通用。因此，IHI437 盾構機將作為備件機，為改造后的IHI425 提供配件支持，充分保證設備正常運轉。

（5）增加螺旋機閘門，將目前的閘門增加為雙閘門，這樣的改裝有效地提高了閘門的閉合能力，當閘門接到系統的關閉命令后，雙閘門的加裝能夠有效地提高閘門的成功關閉率，有效地確保了施工工作中的安全，雙缸驅動式伸縮裝置的改造能夠有效地實現滑動伸縮的能力，同時，配備的導向柱還能提高其抗扭能力，有力地提高了盾構機的適用能力。

4 結語

通過對泥水平衡盾構技術設備的改造，旨在滿足地鐵施工要求，同時，提高閑置設備使用效率，有效地避免國有資產閑置浪費。同時，降低了施工成本，有效提高施工效率和質量水平。在技術改造的過程中也要充分保障各種改造手段科學合理，引入第三方專業單位進行改造驗收，并出具鑒定報告，使改造效果始終能夠達到既定目標的要求。