軌道交通工程盾構(gòu)施工機電安裝質(zhì)量控制分析

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

關(guān)鍵詞：軌道交通工程；盾構(gòu)施工；機電安裝；質(zhì)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(gòu)施工是一項技術(shù)含量高、施工難度大的工程，涉及到復雜的地質(zhì)條件和高精度的施工技術(shù)。盾構(gòu)機作為施工的核心設(shè)備，其機電安裝質(zhì)量直接影響整個工程的安全性和穩(wěn)定性。對盾構(gòu)施工機電安裝質(zhì)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(huán)節(jié)。機電安裝質(zhì)量控制不僅包括電氣系統(tǒng)、機械系統(tǒng)的安裝和調(diào)試，還涉及到各類儀器設(shè)備的配備和運行狀態(tài)的監(jiān)測。

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

1 盾構(gòu)機的原理和機電安裝措施分析

盾構(gòu)機是一種專門用于地下隧道挖掘的機械設(shè)備，廣泛應用于軌道交通工程。盾構(gòu)機通過其前部的旋轉(zhuǎn)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(jù)地質(zhì)情況選擇合適的刀具類型，以高效完成挖掘任務。在盾構(gòu)機內(nèi)部，裝有密封艙，用于保持土壓平衡，防止隧道壁坍塌。

盾構(gòu)機在掘進過程中會通過注漿系統(tǒng)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(gòu)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(gòu)機尾部的拼裝系統(tǒng)安裝，形成穩(wěn)定的隧道結(jié)構(gòu)。挖掘過程中產(chǎn)生的廢土和巖石通過輸送帶或泥漿管道運出隧道。盾構(gòu)機尾部設(shè)有廢料處理系統(tǒng)，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(gòu)機的機電安裝是確保其正常運行和高效作業(yè)的關(guān)鍵步驟，主要包括以下5個方面：①電氣系統(tǒng)安裝。盾構(gòu)機多配備了復雜的電氣系統(tǒng)，包括電力驅(qū)動、控制系統(tǒng)和照明設(shè)備。安裝過程中需要確保電氣設(shè)備的穩(wěn)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(guān)鍵部位設(shè)置防水、防塵措施[1]，以確保系統(tǒng)可靠性。②盾構(gòu)機的推進和刀盤旋轉(zhuǎn)通常依賴液壓系統(tǒng)。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(tǒng)也尤為重要，盾構(gòu)機內(nèi)部需安裝通風設(shè)備，確保空氣流通，排出有害氣體。排水系統(tǒng)則用于及時排除施工過程中產(chǎn)生的積水，防止淹沒設(shè)備。④盾構(gòu)機中配備了多種傳感器和監(jiān)控設(shè)備，用于實時監(jiān)測工作狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)。安裝過程中需確保傳感器位置準確、信號傳輸穩(wěn)定，控制系統(tǒng)應經(jīng)過多次調(diào)試，確保操作人員能夠準確控制盾構(gòu)機的各項功能。⑤應急系統(tǒng)也是盾構(gòu)機機電安裝的重要部分，如備用電源、應急通道和滅火設(shè)備。應急系統(tǒng)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(jīng)容桂、德勝等。本標段主要工程數(shù)量包括：1個車站、7段盾構(gòu)區(qū)間、1個出入場線區(qū)間、盾構(gòu)區(qū)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(nèi)以人工填土層根據(jù)初勘地質(zhì)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(zhì)特征分為第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。地質(zhì)條件中球形風化現(xiàn)象及風化的不均勻性，對地基的穩(wěn)定性、均勻性及盾構(gòu)工程施工等可產(chǎn)生不良影響。

3 盾構(gòu)施工機電安裝質(zhì)量控制措施分析

3.1 盾構(gòu)機組裝、調(diào)試及洞門鑿除

3.1.1 盾構(gòu)機組裝前準備工作

盾構(gòu)機及其配件運抵施工現(xiàn)場后，要對其進行詳細的檢驗。檢查各部件是否完好，規(guī)格型號是否與設(shè)計一致，確保無損壞和缺件。在盾構(gòu)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(shè)施，如起重設(shè)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(wěn)定性。對于推進系統(tǒng)安裝完善，確保安裝位置準確，液壓缸推力均勻。將刀盤與驅(qū)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(tǒng)、通風系統(tǒng)、供電供水系統(tǒng)等輔助設(shè)備，確保設(shè)備的功能齊全。

3.1.2 盾構(gòu)機調(diào)試工作

安裝完成后，需對盾構(gòu)機進行調(diào)試。先進行空載調(diào)試，在無負荷條件下啟動盾構(gòu)機，檢查各部件的工作狀態(tài)，同時監(jiān)控刀盤的旋轉(zhuǎn)、推進液壓缸的動作、傳動系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)等，確保各項指標在正常范圍內(nèi)。可以模擬實際施工條件，加載一定的負載進行調(diào)試。然后檢查設(shè)備在負載下的運行情況，包括刀盤的切削能力、推進系統(tǒng)的穩(wěn)定性、泥水處理系統(tǒng)的效果等。接著對各子系統(tǒng)進行聯(lián)動調(diào)試，確保整個盾構(gòu)機系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)工作。檢查系統(tǒng)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(wěn)定可靠。最后在實際掘進現(xiàn)場進行短距離試掘，檢驗盾構(gòu)機的綜合性能，然后根據(jù)試掘結(jié)果，進一步調(diào)整和優(yōu)化設(shè)備參數(shù)，確保設(shè)備在正式施工時能夠達到最佳狀態(tài)。

經(jīng)過組裝和調(diào)試后，對盾構(gòu)機進行全面的檢查和驗收，確認設(shè)備的性能指標符合設(shè)計要求，各項功能正常后，方可投入正式施工。嚴格按照相關(guān)標準和規(guī)范執(zhí)行，以提升盾構(gòu)施工的安全和效率。

3.1.3 洞門鑿除工作

始發(fā)洞門鑿除在盾構(gòu)機組裝調(diào)試后進行，鑿除之前需要在洞門位置打出水平探孔，監(jiān)測其止水效果，保證盾構(gòu)始發(fā)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(nèi)部結(jié)構(gòu)使用橡膠的環(huán)形板和鋼壓板材。在預發(fā)洞門的預埋件制中，連接好混凝土的鋼筋，在盾構(gòu)機始發(fā)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(tǒng)的機電參數(shù)控制

3.2.1 分組液壓缸推力控制

推進操作中，需要根據(jù)隧道的形式和盾構(gòu)機的狀態(tài)情況控制液壓缸的壓力，并適當調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，如果盾構(gòu)機在施工中偏離確定軸線，則需要適當增加液壓缸推力，調(diào)整其推進姿態(tài)，糾正的過程中不能操之過急，同時控制好壓力，避免出現(xiàn)盾構(gòu)機卡管現(xiàn)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(fā)生粘連現(xiàn)象等，將直接導致推進的拖拉盾壓力增大。另外盾構(gòu)機如果姿態(tài)不好也會導致前盾與盾尾之間的姿態(tài)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(xiàn)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(zhuǎn)速設(shè)定

硬巖地層中刀盤的轉(zhuǎn)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(zhì)來說，不需要有太快的轉(zhuǎn)速，如果轉(zhuǎn)速過快會增加刀盤結(jié)泥餅的出現(xiàn)，嚴重時會導致地面塌方。電氣設(shè)備工程中還需要進行PLC的參數(shù)調(diào)整，需要屏蔽掉盾構(gòu)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(zhuǎn)動的方向，控制是進行順時針轉(zhuǎn)動還是逆時針轉(zhuǎn)動。一般來說，可以根據(jù)滾動角數(shù)值情況來確定方向類型，左側(cè)為負方向。部分盾構(gòu)機駕駛員可能會發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)角也會變大，盾體液壓缸的位置會與管片發(fā)生反作用力，從而導致管片的旋轉(zhuǎn)。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(nèi)運輸及通風管線布置

3.3.1 運輸系統(tǒng)設(shè)計

運輸系統(tǒng)的設(shè)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(shè)計時需考慮隧道內(nèi)空間、轉(zhuǎn)彎半徑、坡度及運輸量，確保運輸設(shè)備能夠高效運轉(zhuǎn)。

軌道應鋪設(shè)在隧道底部，鋪設(shè)過程中應確保軌道的平整度和穩(wěn)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(shè)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(diào)度需根據(jù)盾構(gòu)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(shè)備能及時供應到位。調(diào)度系統(tǒng)應具備靈活性，能夠根據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)整。

3.3.2 合理布置通風管線

通風系統(tǒng)主要由主通風機、風管和通風口組成。設(shè)計時應考慮隧道長度、掘進速度及作業(yè)人員數(shù)量，確保洞內(nèi)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(gòu)機后方和洞口處應設(shè)置通風口，以保證空氣的流通。通風口應設(shè)置防塵網(wǎng)或濾網(wǎng)，以防止粉塵進入風管，影響通風效果。

對運輸系統(tǒng)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(nèi)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(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，制定應急預案，針對運輸車故障、通風設(shè)備失效等突發(fā)情況進行演練，確保能夠快速反應，保障施工安全。

3.4 盾構(gòu)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(gòu)機的姿態(tài)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(gòu)千斤頂與管片環(huán)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(huán)面和盾尾之間的雜物，確保環(huán)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(shè)備正常運行，舉重臂靈活安全可用。將管片運送到盾構(gòu)機尾部后，通過盾構(gòu)機內(nèi)的管片拼裝系統(tǒng)將其逐一拼裝到位。

拼裝過程中，需要根據(jù)設(shè)計要求及現(xiàn)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(huán)管片由多塊（如5～7塊）管片組成，分為標準塊、封頂塊和側(cè)塊，拼裝時先安裝標準塊和側(cè)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(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。管片拼裝后，需對接縫進行密封處理，以防止?jié)B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(zhì)量直接影響隧道的長期使用效果。

拼裝完成后，通過盾構(gòu)機尾部的注漿系統(tǒng)，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(jié)構(gòu)的整體性和防水性。需對每一環(huán)管片進行詳細檢查，確保拼裝質(zhì)量和密封效果符合設(shè)計要求。檢查內(nèi)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(xù)盾構(gòu)掘進。整個管片拼裝過程要求嚴格的工藝控制和質(zhì)量管理，確保隧道結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，各個環(huán)節(jié)需要緊密配合，嚴格規(guī)范操作。

3.5 盾構(gòu)施工泥餅防治

根據(jù)本次施工的區(qū)間資料顯示，標段內(nèi)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(shè)計，預防泥餅問題，不定時對渣土進行溫度監(jiān)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(gòu)機的附著性。對于易結(jié)泥餅的地層區(qū)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(jù)地層地質(zhì)狀況，選擇合理化掘進模式，在地層允許的狀態(tài)下，控制好掘進的速度、刀盤的轉(zhuǎn)速等，也可以使用氣壓輔助的方式，提升渣土和易性。

4 結(jié)束語

軌道交通工程中的盾構(gòu)施工機電安裝質(zhì)量控制是保證工程整體質(zhì)量和運營安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應從盾構(gòu)機組裝、調(diào)試，推進系統(tǒng)的機電參數(shù)嚴格控制，洞內(nèi)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(zhì)量。

參考文獻

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