EPB/TBM雙模盾構機轉換模式技術研究

李曉飛

（中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361000）

1 工程概況

1.1 總體概況

區間左線全長1 854.167 m，右線全長1 846.242 m。共設置3座聯絡通道，其中2號聯絡通道兼做廢水泵房。隧道最小縱坡為15.197‰，最大縱坡為26.13‰。

采用2臺EPB/TBM雙模盾構機施工，盾構機從小梅沙站始發，到達大梅沙接收吊出。

1.2 區間地質條件

地層情況：上軟下硬地層（砂質黏性土、全強風化花崗巖、中微風化花崗巖）、砂層（左線長15 m、右線長5 m）；微風化花崗巖層（63～144 Mpa）。

水文情況：地表水主要有大梅沙人工湖、場地南側的海水，湖底距隧道頂板距離約為12.61～15.22 m，影響范圍約220 m，區間隧道距離海域約60～400 m。地下水主要有松散巖類孔隙水、基巖裂隙水（主要賦存于塊狀強風化、中等風化帶中，略具承壓性）。

不良地質：液化砂層（海沖積含有機質砂、中砂、沖洪積細砂、粗砂）和孤石。

2 雙模盾構機轉換關鍵技術研究

2.1 模式轉換前期工作

在雙模盾構模式轉換前，首先明確模式轉換選點問題，選擇模式轉換的掌子面要穩定，裂隙水少且地面無建（構）筑物，具體如下：（1）當盾構機從EPB模式轉換到TBM模式時，盾構機須進入硬巖段長度為20～25 m（安全距離），進行轉換準備。（2）轉換前需進行地下水給水實驗，確定地下水補給量，制定止水方案（盾尾后5～8環位置依次往后施做3道止水環，盾尾處注入聚氨酯）。（3）轉換模式確保常壓開倉作業的可行性，土倉頂部土壓為0，期間無壓力上漲等變化。（4）打開下部土倉壁球閥，確認無水或只有少部分清水流出。（5）開倉進行氣體檢測，無有害氣體。

經過綜合考慮及計算，掌子面完好，無坍塌風險（全斷面微風化花崗巖），故選擇在70環處進行模式轉換。如圖1所示。

圖1 換模選點位置隧道縱斷面圖

滿足了轉換模式選點要求以后，需要對盾構機進行調整：（1）在即將達到選點換模里程時，調整好盾構機姿態，保證上中下右四組鉸接行程最少有50 mm行程。（2）將盾尾后部10環管片拉緊、固連成一體，防止刀盤后退過程中，管片之間出現松動。（3）達到換模里程后，將土倉內的剩余渣土清理出倉內；在換刀過程中，利用前盾及中盾穩定器向外伸出撐住巖壁，再用鉸接將前盾及刀盤回拉一定距離，將主機整體縮回，掌子面預留足夠的換刀作業空間，大幅度降低換刀工作時間及風險。（4）7#、8#、9#位置的推進油缸完全縮回，防止吊運物資刮傷推進油缸，16#位置的推進油缸需要完全縮回，管片和16#油缸撐靴之間需要預留一個盾尾輔助吊耳焊接空間；其余油缸用防火棉纏繞包裹綁扎進行防護。（5）有限空間焊接作業通風系統準備。

完成以上所有準備，且復合無誤后，即可開始EPB/TBM模式正式轉換工作。

1.6 HER-2陰性閾值建立 取上述正常乳腺標本，行FISH檢測，每張隨機計數100個細胞，計算出現FISH陽性細胞的總數及百分比，統計百分比的平均值及標準差，陰性閾值= 平均值(M)+ 3×標準差(SD)[3]。

2.2 雙模盾機構轉換工籌安排及工效分析

首先進行斷電前停機位確認，查看設備橋連接主機、螺機管線標牌是否齊全；確認拼裝機前移至限位，螺機完全縮回，螺機前閘門完全打開，刀盤處于0點位置；拼裝機后移至限位，并固定牢固，在完成盾構機狀態準備后，開始進行換模工作，前期在通過有限元分析及模擬螺旋輸送機從底部拔出過程，結合安裝中心螺機和溜渣板預計時間，計劃17 d內完成換模工作。如圖2所示。

圖2 雙模轉化工籌示意圖

在進行后配套后移后，在邊軌兩側布置行走平臺及臨時物資存放平臺，有效進行區域劃分，且保證至少有20 m長度的工作空間，方便螺機拔出及材料倒運。

在拔出螺機前拆除刀盤內TBM模式不適用的部件，同時為拆除回轉中心做準備。

在刀盤管路盒、前端法蘭等物件運出之后，將溜渣板、接碴斗等部件運進后，可進行螺旋機拆卸作業，如圖3所示，準備工作如下：

圖3 拆除部件示意圖

（1）拆除螺旋機干涉部件：拆除螺旋輸送機上的油管、泡沫管以及電纜等，并將各管路端部用膠帶密封住，將各管線從螺旋輸送機下方移出。

（2）拆除其他干涉部件：拆除管片拼裝機托梁上的橫梁；拆除設備橋上可拆卸式橫梁和此段皮帶機，并將它們放于合適位置保存好。

（3）清理渣土并穩固地層：清理土倉、螺旋機內渣土，同時根據前方地質條件，判斷滲漏水大小，是否還需增加水泵抽水。

同時通過三維建模和有限元分析來驗算螺機拆除門架的受力情況和吊耳是否滿足要求：

第一次設計門架吊裝過程中，未采用門架橫梁及斜撐設計，鋼材采用5高碳鋼200 mm*200 mm標準工字鋼，并對法蘭連接面進行了加厚處理，門架上支撐梁和下支撐梁均采用了法蘭螺栓連接，此設計使得門架能夠重復利用，并且安裝較為簡單，省去了較長的焊接時間，有效地控制了安裝時間，經過第一次的三維建模和有限元分析，發現門架上部橫梁有變形較大風險，故為門架加裝設計斜撐及橫梁，并對其進行二次受力分析，結果橫梁及斜撐能夠有效提升門架整體剛性及提升安全系數。如圖4所示。

圖4 拆機門架加橫梁及斜撐應力及位移圖

門架上吊耳材料為Q345B，底板焊縫受拉力及剪切力。

則：F=2[τ，]×0.7kl=2×172.5×0.7×24×400=2 318 400 N，其中：[τ，]為焊縫金屬的許用剪切應力，MPa；l為焊縫的工作長度，mm；k為焊縫的寬度，mm；則單個吊耳最大承載能力約為231 t。

螺旋機拔出時最少需要2個吊耳，承載能力為231.8×2=463.6 t。螺旋機吊裝時總重約為36 t，則安全系數：

吊耳本身承受壓應力：吊耳受壓應力N=σb*S=σb*D*t/2，接觸面積按吊耳孔面積1/2；其中，N為單個吊耳能承受載荷；σb為材料屈服強度，S為斷面處截面積；D為吊耳孔直徑；t為吊耳厚度。

N=345*80*50/2=690 000 N≈690 kN，單個吊耳所能承受拉應力約為69 t。

螺旋機吊裝有4個吊耳，承載能力為69*4=276 t，螺旋機吊裝時總重量約36 t，所以安全系數s=276 t÷36 t≈7.67。

經過計算，螺旋機吊耳及拆機門架上的吊耳安全系數都滿足實際使用要求。

在螺機拔出的過程中需要不斷地倒換吊耳位置，在拆機門架及臨時焊接的門架上焊接吊耳，采用10 t的手拉葫蘆掛在螺機的吊耳上，并在尾盾上方及H梁位置上加焊吊耳來滿足螺旋機拔出的復雜倒鉤，總計焊接吊耳13處，掛手拉葫蘆8個，倒鉤葫蘆4個。

螺機拔出并安裝完二級伸縮套筒后即可開始倒運焊接溜渣板，通過定位塊，安裝溜碴槽蓋板座、溜碴槽隔板、連接塊至切刀刮刀梁處，總共有6處，使用定位螺栓為M36*120，鉚焊安裝溜碴槽擋座至刀盤支腿處，總共6處區域。如圖5所示。

圖5 溜渣板焊接位置圖

安裝溜碴裝置同時可安裝中心螺旋機，安裝完中心螺機以后安裝結渣斗，接碴斗安裝完成后，盾構模式回轉接頭組件的隔板安裝在螺旋輸送機上，隔板的緊固件為螺釘（螺釘M24*60）。如圖6所示。

圖6 安裝中心螺機吊耳圖

完成以上作業后，完成后配套前移，管線連接。調試運行盾構機，模式轉換完成。

3 結束語

通過本次模式轉換作業遇到的實際難題及工時較長、吊裝危險系數較大，結合提出的多使用有限元+三維建模前期模擬螺機拔出過程，能夠提前發現螺機拔出過程中非常規吊裝的風險，確保安全有序地施工，避免隧道成型質量的受損。