中心螺旋式土壓/TBM雙模掘進(jìn)機(jī)選型及應(yīng)用

葉 蕾，袁文征，周罘鑫

YE Lei,YUAN Wen-zheng,ZHOU Fu-xin

（中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450052）

隧道掘進(jìn)機(jī)因其具有安全、快速、高效等特點(diǎn)，已逐漸成了公路、引水、鐵路、市政隧道建設(shè)的首選。廣州、深圳地區(qū)中微風(fēng)化破碎巖層以及地表水系發(fā)達(dá)，磨蝕性強(qiáng)，是一種典型的破碎、不穩(wěn)定地層，如何實(shí)現(xiàn)在地表水系發(fā)達(dá)的中微風(fēng)化破碎巖層隧道掘進(jìn)機(jī)長(zhǎng)距離、高效、安全掘進(jìn)是隧道掘進(jìn)機(jī)施工控制的重難點(diǎn)[1]。

國(guó)內(nèi)外大多數(shù)盾構(gòu)法工程隧道一般通過土壓平衡盾構(gòu)、泥水平衡盾構(gòu)、敞開/護(hù)盾式TBM等隧道施工設(shè)備開挖，其開挖具有安全、高效、環(huán)境影響小、污染少等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于復(fù)雜性、多變性等地質(zhì)情況，單一模式掘進(jìn)機(jī)施工存在不適應(yīng)性，體現(xiàn)在掘進(jìn)效率低、經(jīng)濟(jì)性差、施工安全隱患大等方面。針對(duì)廣州、深圳部分地區(qū)地表水系發(fā)達(dá)、中微風(fēng)化全斷面巖層、軟土地層的多模式盾構(gòu)的研發(fā)勢(shì)在必行[2]。

若采用土壓/泥水雙模式[3]盾構(gòu)對(duì)于淺埋、富水地層泥水壓力難以建立，全斷面巖層掘進(jìn)緩慢、刀具消耗嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)刀盤磨損，如圖1所示。若采用土壓/敞開（中心皮帶機(jī)）雙模式盾構(gòu)對(duì)于地表水系發(fā)達(dá)、全斷面巖層（存在溶洞、破碎地層）若采用敞開模式掘進(jìn)存在隧道淹沒風(fēng)險(xiǎn)，如圖2 所示。

圖1 刀盤大圓環(huán)異常磨損

圖2 盾構(gòu)主機(jī)淹沒

現(xiàn)有的土壓/敞開雙模式盾構(gòu)，其敞開模式為中心皮帶機(jī)出渣，中心皮帶機(jī)出渣存在盾構(gòu)中心為開式，若遇到突泥突水地質(zhì)施工存在極大安全隱患。通過對(duì)隧道水文地理?xiàng)l件進(jìn)行分析，結(jié)合復(fù)雜地質(zhì)下存在隧道噴涌、主機(jī)淹沒等因素，從出渣可行性、主機(jī)保壓性考慮，提出了中心螺旋式土壓/敞開雙模式盾構(gòu)，中心螺旋輸送機(jī)出渣若遇到突泥突水地層可以通過關(guān)閉螺旋輸送機(jī)出渣門實(shí)現(xiàn)保壓，防止出現(xiàn)主機(jī)、隧道淹沒安全隱患[4]。

國(guó)內(nèi)對(duì)復(fù)雜地層中心螺旋式掘進(jìn)機(jī)渣土輸送性能研究較少。本文以廣州、深圳地層為研究背景，結(jié)合試驗(yàn)研究，介紹中心螺旋式土壓/TBM雙模式盾構(gòu)，為類似地層掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)提供參考。

1 土壓/敞開雙模式掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)狀

1.1 不同機(jī)型掘進(jìn)機(jī)適應(yīng)性

根據(jù)依托背景項(xiàng)目深圳某地鐵區(qū)間，全長(zhǎng)2100m，該地層地表水系發(fā)達(dá)，洞身位于強(qiáng)、中和微風(fēng)化角巖（單軸抗壓強(qiáng)度最大值為165MPa，平均值為92MPa）、巖石斷裂帶及礫質(zhì)粘性土地層，局部存在軟土地層。

對(duì)于軟土地層土壓平衡盾構(gòu)以其高效、經(jīng)濟(jì)、快速的優(yōu)點(diǎn)廣泛使用，針對(duì)該地區(qū)部分區(qū)間存在全斷面巖層、破碎層、突泥突水地層等復(fù)雜地層，單一模式盾構(gòu)很難適應(yīng)該工況，分別對(duì)土壓平衡盾構(gòu)、泥水平衡盾構(gòu)以及護(hù)盾式掘進(jìn)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析[5]，如表1 所示。

表1 不同機(jī)型掘進(jìn)機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

通過表1 可知，單一模式土壓平衡掘進(jìn)機(jī)在全斷面巖層存在刀具磨損嚴(yán)重、掘進(jìn)效率低下；單一模式泥水平衡掘進(jìn)機(jī)在復(fù)合地層輔助工序較多、經(jīng)濟(jì)性較差，刀具磨損較大；單一敞開式掘進(jìn)機(jī)無保壓能力、存在噴涌安全隱患。

1.2 土壓/TBM雙模式掘進(jìn)機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)雙模式掘進(jìn)機(jī)土壓模式為傾斜螺旋輸送機(jī)出渣，TBM 模式出渣為中心皮帶機(jī)出渣，當(dāng)?shù)貙訛檐浲?、中?qiáng)風(fēng)化巖層、富水破碎帶地層等情況時(shí)，此時(shí)土倉(cāng)建壓采用土壓模式掘進(jìn)。當(dāng)?shù)貙訛槲L(fēng)化巖層且地層穩(wěn)定，此時(shí)空倉(cāng)掘進(jìn)，采用TBM 模式掘進(jìn)。

1.2.1 土壓/TBM雙模式優(yōu)點(diǎn)

深圳地鐵某區(qū)間左右線采用土壓/敞開雙模式掘進(jìn)機(jī)，其地質(zhì)存在軟土地層以及中、強(qiáng)、微風(fēng)化混合花崗巖，中強(qiáng)花崗巖單軸抗壓強(qiáng)度15～30MPa，微風(fēng)化混合巖單軸抗壓強(qiáng)度85～135MPa。該區(qū)間在軟土以及中強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層采用土壓模式掘進(jìn)，在微風(fēng)化花崗巖地層采用中心皮帶機(jī)模式出渣。

如圖3、圖4 所示，該區(qū)間模式轉(zhuǎn)換前為中強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層，采用土壓模式掘進(jìn)，土倉(cāng)為半倉(cāng)狀態(tài)掘進(jìn)，每隔100 環(huán)左右需要帶壓換刀一次，模式轉(zhuǎn)換后采用TBM 模式掘進(jìn)300 環(huán)左右，土倉(cāng)為空倉(cāng)狀態(tài)掘進(jìn)，該里程未進(jìn)行刀具更換，從曲率看出在全斷面巖層TBM 模式掘進(jìn)速度較快、刀具磨損較少，刀具消耗降低60%左右。如圖5、圖6 所示，可以看出在硬巖地層，土壓模式在硬巖地層掘進(jìn)效率遠(yuǎn)低于TBM 模式在硬巖地層掘進(jìn)效率，TBM 模式掘進(jìn)速度是土壓模式的3 倍左右。

圖3 右線施工進(jìn)度曲線

圖4 左線施工進(jìn)度曲線

圖5 右線掘進(jìn)速度圖

圖6 左線掘進(jìn)速度圖

1.2.2 TBM模式缺點(diǎn)

1）開式TBM 保壓能力缺失 土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)的TBM 模式采用中心皮帶機(jī)出渣，該模式為敞開模式（簡(jiǎn)稱開式），由于中心皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主驅(qū)動(dòng)與皮帶機(jī)無法封閉，施工過程中地層如遇到突泥突水，導(dǎo)致主機(jī)積水，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致主機(jī)淹沒、人員安全問題。

2）開式TBM 設(shè)備區(qū)粉塵大 中心皮帶機(jī)出渣時(shí)，刀盤滾刀擠壓巖石產(chǎn)生大量粉塵，由于中心區(qū)域敞開，大量粉塵延皮帶機(jī)直接進(jìn)入主機(jī)內(nèi)部設(shè)備區(qū)，皮帶機(jī)整個(gè)上方均出現(xiàn)源源不斷的粉沉擴(kuò)散，盡管配備除塵系統(tǒng)，在掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行過程中，無法清除主機(jī)內(nèi)部所有粉塵，導(dǎo)致主機(jī)內(nèi)部粉塵嚴(yán)重危害施工人員身體，文明施工困難，可視范圍受限等問題。

1.3 閉式TBM模式提出

依托背景項(xiàng)目深圳地鐵某區(qū)間，目前現(xiàn)有的掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行模式無法適應(yīng)該地層，從經(jīng)濟(jì)性、掘進(jìn)效率、安全等方面總體考慮，土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)采用TBM 模式時(shí)，若在突泥突水的地層具有防噴涌能力且能穩(wěn)定掘進(jìn)，將解決項(xiàng)目安全掘進(jìn)問題。

針對(duì)中心皮帶機(jī)出渣存在噴涌風(fēng)險(xiǎn)、皮帶機(jī)故障率高、粉塵大等問題，若采用中心螺旋輸送機(jī)代替中心皮帶機(jī)出渣，通過螺旋輸送機(jī)出渣門的開合實(shí)現(xiàn)防噴涌功能。在土壓模式采用傾斜式螺旋輸送機(jī)出渣，在TBM 模式采用中心螺旋輸送機(jī)出渣，通過對(duì)螺旋輸送機(jī)的位置調(diào)整實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)模式轉(zhuǎn)換，提出中心螺旋式土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)。

對(duì)于中心螺旋輸送機(jī)能否代替中心皮帶機(jī)出渣問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，驗(yàn)證中心螺旋輸送機(jī)出渣的可行性、高效性等。

2 中心螺旋出渣試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)廣州-深圳某地鐵區(qū)間隧道掘進(jìn)機(jī)主機(jī)布置情況，試驗(yàn)臺(tái)螺旋輸送機(jī)采用5°布置，螺旋輸送機(jī)輸入端連接容量2.5m3的渣斗。試驗(yàn)螺旋輸送機(jī)參數(shù)如表2 所示。測(cè)試水平螺旋輸送機(jī)傾斜5°，輸送切片巖石渣料（花崗巖）、復(fù)合巖渣料（安山巖）的輸送性，研究水平螺旋輸送機(jī)輸送渣土過程中遇到的問題，指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。

表2 試驗(yàn)螺旋輸送機(jī)參數(shù)

為最大程度模擬真實(shí)出渣情況，試驗(yàn)選用純切片微風(fēng)化花崗巖（天然密度2.65t/m3），該巖石取自某建設(shè)工程項(xiàng)目，該項(xiàng)目采用TBM 掘進(jìn)，渣石材料和深圳地鐵的地質(zhì)情況類似。青島某地鐵區(qū)間是海底微風(fēng)化安山巖，中心螺旋出渣試驗(yàn)采用該安山巖進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 驅(qū)動(dòng)裝置可行性試驗(yàn)

根據(jù)螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，分別對(duì)周邊驅(qū)動(dòng)、尾部中心驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證性可行性試驗(yàn)。

2.2.1 周邊驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)試驗(yàn)

周邊驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)，出渣門位于驅(qū)動(dòng)裝置后方，渣土先經(jīng)過驅(qū)動(dòng)裝置，再排出到外面。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)周邊驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)出渣方式，易造成渣土卡塞、卡轉(zhuǎn)現(xiàn)象，通過檢查發(fā)現(xiàn)螺旋輸送機(jī)渣土主要卡塞到驅(qū)動(dòng)裝置附近，正反轉(zhuǎn)均難以排出螺旋輸送機(jī)筒節(jié)內(nèi)部渣土，渣土改良對(duì)出渣效果無明顯作用。

2.2.2 尾部中心驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)試驗(yàn)

尾部中心驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置位于出渣門后面，通過對(duì)周邊驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)改造，在周邊驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置前方開600mm×600mm 開口，模擬尾部中心螺旋輸送機(jī)出渣試驗(yàn)，出渣口位于驅(qū)動(dòng)裝置前。如圖7 所示，該試驗(yàn)出渣門位于驅(qū)動(dòng)裝置前方，渣土無需經(jīng)過驅(qū)動(dòng)裝置，直接到達(dá)出渣門排出到外面，試驗(yàn)過程出渣順利，未發(fā)生卡塞現(xiàn)象。

圖7 尾部中心驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)試驗(yàn)臺(tái)

2.3 水平螺旋機(jī)出渣能力試驗(yàn)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證中心螺旋輸送機(jī)出渣方案的可行性，利用現(xiàn)有條件進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證其可靠性，以指導(dǎo)后期設(shè)計(jì)和施工。

選取渣樣2.5m3，分別按螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速5r/min、7r/min、9r/min、11r/min、13r/min等5 個(gè)轉(zhuǎn)速等級(jí)循環(huán)出渣，測(cè)試相關(guān)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)-巖塊干渣

如圖8 所示，水平螺旋輸送機(jī)出渣量隨轉(zhuǎn)速的增加，出渣量隨之升高，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)13r/min，螺旋輸送機(jī)填充率可達(dá)68%，出渣量可達(dá)138m3/h。

圖8 出渣量與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線

如圖9 所示，水平螺旋輸送機(jī)扭矩隨轉(zhuǎn)速的增加，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)一定程度后，扭矩提升不明顯，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)13r/min，螺旋輸送機(jī)平均扭矩52kNm。

圖9 扭矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線

2.4 試驗(yàn)結(jié)論

1）通過兩個(gè)試驗(yàn)對(duì)比分析，周邊驅(qū)動(dòng)與尾部中心驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)不同點(diǎn)在于周邊驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)與螺旋軸不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)部分輸送能力下降，得出尾部中心螺旋輸送機(jī)出渣具有可行性。

2）干純切片巖渣料（花崗巖）用尾部驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)出渣，出渣效率隨螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速加快而提高。由于提供渣量為靜態(tài)渣（2.5m3），真實(shí)情況渣樣為源源不斷的動(dòng)態(tài)渣，推斷該類渣料采用水平螺旋輸送機(jī)出渣效率具有較大提升空間。

3）螺旋輸送機(jī)水平出渣方式工況下，干切片巖渣料在出渣時(shí)，摩擦生熱較明顯，試驗(yàn)中會(huì)看到出料口處有不同程度的水蒸氣冒出，高溫可能會(huì)引起螺旋機(jī)密封損壞。

4）螺旋輸送機(jī)水平出渣方式工況下，當(dāng)渣土級(jí)配中細(xì)顆粒成分比較多時(shí)，在渣口位置容易蕩起粉塵。

5）螺旋輸送機(jī)水平出渣方式工況下，干切片巖渣料在出渣時(shí)，摩擦現(xiàn)象明顯，螺旋葉片劃痕現(xiàn)象，推斷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行水平螺旋輸送機(jī)時(shí)磨損情況嚴(yán)重。

3 中心螺旋輸送機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證

深圳某地鐵區(qū)間，盾構(gòu)開挖直徑?6980mm，敞開模式最大推進(jìn)速度40mm/min，螺旋輸送機(jī)直徑?800mm，最大轉(zhuǎn)速22r/min。

3.1 中心螺旋輸送機(jī)出渣

掘進(jìn)參數(shù)螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速8.8r/min，刀盤推進(jìn)速度29mm/min，施工現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算松方系數(shù)1.4，經(jīng)計(jì)算螺旋輸送機(jī)填充率達(dá)到64%，按照中心螺旋輸送機(jī)最大能力22r/min 計(jì)算，盾構(gòu)推進(jìn)速度可達(dá)到72.5mm/min。驗(yàn)證了尾部中心驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)應(yīng)用于敞開模式下水平出渣的高效性。

經(jīng)過出渣顆粒測(cè)量，此處地質(zhì)為微風(fēng)化角巖，地質(zhì)較為穩(wěn)定，目前掘進(jìn)里程內(nèi)含水量不太多。如圖10 所示，出渣粒徑大多為長(zhǎng)條狀，大粒徑渣土很少，一般長(zhǎng)50mm，寬30mm，厚度15mm。

圖10 隧道開挖樣渣

3.2 中心螺旋輸送機(jī)磨損

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)情況，針對(duì)實(shí)際工程中心螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)通軸耐磨合金塊。針對(duì)螺旋輸送機(jī)磨損問題統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下：螺旋軸通軸焊接耐磨合金塊，耐磨合金塊高46mm，合金塊平均硬度為60HRC，具有高耐磨性能，使用情況如圖11所示。

圖11 耐磨合金塊磨損情況

圖示為盾構(gòu)掘進(jìn)110 環(huán)（165m）時(shí)，圖11（a）為螺旋軸伸出土倉(cāng)隔板外的合金塊磨損情況，最大磨損量40mm 左右（背渣面方向），主要為偏磨，背渣面方向耐磨合金塊磨損嚴(yán)重。圖11（b）為筒節(jié)內(nèi)部合金塊磨損情況，從圖中可以看出伸出到土倉(cāng)的合金塊磨損較快，筒節(jié)內(nèi)部合金塊磨損量較小。

4 中心螺旋輸送機(jī)與中心皮帶機(jī)對(duì)比分析

中心螺旋式土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)與中心皮帶機(jī)土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)土壓模式相同，其對(duì)比分析主要為TBM 模式下中心螺旋輸送機(jī)與中心皮帶機(jī)施工過程對(duì)比。

4.1 模式轉(zhuǎn)換對(duì)比

中心皮帶機(jī)模式土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)為中心皮帶機(jī)與螺旋輸送機(jī)共存，模式轉(zhuǎn)換時(shí)需要拆裝中心皮帶機(jī)和螺旋輸送機(jī)。中心螺旋式土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)僅為一個(gè)螺旋輸送機(jī)，模式轉(zhuǎn)換為傾斜螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)換為水平布置螺旋輸送機(jī)，轉(zhuǎn)換空間相對(duì)較好，模式轉(zhuǎn)換相對(duì)較快。

4.1.1 中心皮帶機(jī)模式雙模轉(zhuǎn)換

依據(jù)某工程采用中心皮帶機(jī)模式土壓/TBM雙模式掘進(jìn)機(jī)，先用中心皮帶機(jī)敞開模式高效掘進(jìn)，掘進(jìn)到富水?dāng)鄬拥刭|(zhì)前時(shí)，由于中心皮帶機(jī)模式不具有保壓功能，在富水?dāng)鄬悠扑閹斑M(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，通過土壓模式安全帶壓掘進(jìn)，但土壓模式刀具磨損嚴(yán)重，掘進(jìn)效率較低。敞開模式轉(zhuǎn)換成土壓模式需要15 天（圖12）。

圖12 模式轉(zhuǎn)換過程（中心皮帶機(jī)）

4.1.2 中心螺旋模式雙模轉(zhuǎn)換

依據(jù)深圳地鐵某區(qū)間采用中心螺旋式土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)施工，先用中心螺旋式敞開高效掘進(jìn)，由于中心螺旋機(jī)具有保壓功能，該模式順利通過富水?dāng)鄬悠扑閹У刭|(zhì)，在到達(dá)軟土地層前進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，通過土壓模式安全帶壓掘進(jìn)。敞開模式轉(zhuǎn)換成土壓模式需要10 天（圖13）。

圖13 模式轉(zhuǎn)換過程（中心螺旋機(jī)）

4.2 施工風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比

土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)采用中心皮帶機(jī)出渣時(shí)，存在噴涌風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)淹沒主機(jī)、隧道，威脅施工員工生命安全；采用中心螺旋輸送機(jī)出渣，當(dāng)遇到突泥突水時(shí)，可以通過中心螺旋輸送機(jī)出渣門關(guān)閉措施防止噴涌發(fā)生，實(shí)現(xiàn)帶壓掘進(jìn)。

4.3 設(shè)備故障對(duì)比

4.3.1 中心皮帶機(jī)模式

土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)采用中心皮帶機(jī)出渣時(shí)，由于中心皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易發(fā)生皮帶機(jī)掉渣問題、滾筒磨損問題、托輥脫落問題、出口積渣問題（含水地層）、刮渣板磨損問題等，由于空間限制、故障頻發(fā)，皮帶機(jī)檢修困難且維修時(shí)間長(zhǎng)。

4.3.2 中心螺旋輸送機(jī)模式

土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)采用中心螺旋輸送機(jī)出渣時(shí)，螺旋輸送機(jī)僅存在螺旋軸磨損問題，根據(jù)實(shí)際施工項(xiàng)目，螺旋軸磨損可控，且更換頻率低。

5 結(jié)論及展望

5.1 結(jié)論

1）針對(duì)廣州、深圳等地表水系發(fā)達(dá)同時(shí)存在全斷面巖層、巖石破碎層地區(qū)，中心螺旋式土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)的中心螺旋模式具有保壓能力優(yōu)、掘進(jìn)效率優(yōu)、刀具磨損小、輔助工序少、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢(shì)。中心螺旋式土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)的提出，“一機(jī)兩用”同時(shí)滿足施工安全及施工效率關(guān)鍵問題，在降低設(shè)備應(yīng)用安全風(fēng)險(xiǎn)、保證項(xiàng)目工期、降低設(shè)備投入及施工投入等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。

2）實(shí)驗(yàn)室水平螺旋輸送機(jī)出渣試驗(yàn)進(jìn)行周邊驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)與尾部中心驅(qū)動(dòng)螺旋輸送機(jī)出渣的可行性驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)證明周邊驅(qū)動(dòng)由于驅(qū)動(dòng)環(huán)與螺旋軸不具備相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致在敞開模式下螺旋輸送機(jī)無法順暢出渣；尾部中心驅(qū)動(dòng)由于出渣口位于螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置前方，螺旋軸與筒節(jié)均存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，出渣順暢，能夠應(yīng)用于實(shí)際施工項(xiàng)目。

3）中心螺旋式土壓/TBM 雙模式掘進(jìn)機(jī)為同一螺旋輸送機(jī)，模式轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換空間相對(duì)較好，模式轉(zhuǎn)換相對(duì)較快。當(dāng)?shù)貙痈凰掖嬖谄扑閹r層時(shí)，由于中心螺旋輸送機(jī)具有一定保壓能力，可采用中心螺旋模式掘進(jìn)，模式轉(zhuǎn)換頻率相對(duì)較低，掘進(jìn)效率較好。

4）通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程螺旋輸送機(jī)存在粉塵、散熱問題，采用實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)、密閉防塵水幕方式在施工項(xiàng)目上應(yīng)用，帶來較好效果，給實(shí)際項(xiàng)目提供指導(dǎo)。

5）螺旋輸送機(jī)筒節(jié)耐磨設(shè)計(jì)在初始階段磨損由于棱角先磨損，磨損偏快，在后期使用過程中耐磨層平滑，磨損量減慢，掘進(jìn)到463m 時(shí)，螺旋軸磨損主要體現(xiàn)在伸入到土倉(cāng)處，由于刀盤開挖的巖塊在接渣斗與螺旋軸始終磨損，導(dǎo)致螺旋軸前端磨損嚴(yán)重，螺旋軸設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮螺旋軸前端耐磨形式，設(shè)置合理耐磨，保證施工效率。

5.2 展 望

單一模式掘進(jìn)機(jī)與雙模式掘進(jìn)機(jī)均存在適應(yīng)性以及其局限性，針對(duì)掘進(jìn)機(jī)使用情況展望如下。

1）不同領(lǐng)域拓展。雙模式掘進(jìn)機(jī)在華南地鐵（淺埋）隧道領(lǐng)域得到充分驗(yàn)證，在復(fù)雜山嶺隧道（深埋）可以嘗試。

2）閉式、無風(fēng)險(xiǎn)模式切換即將成為可能。地鐵施工中硬巖段往往地層存在涌水、斷裂帶，局部松散深槽等，對(duì)雙模式TBM 施工選型有一定影響，所有采用兩種掘進(jìn)模式均為閉式的中心螺旋形式雙模式TBM，即使在TBM 模式空倉(cāng)高速掘進(jìn)下，開挖倉(cāng)與主機(jī)隔開，可有效避免開挖倉(cāng)突發(fā)涌水、涌砂、大量粉塵等掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)，可有效提升掘進(jìn)安全性。

3）目前針對(duì)不同地質(zhì)進(jìn)行隧道掘進(jìn)機(jī)選型，多數(shù)雙模式TBM 主要以盾構(gòu)模式為主設(shè)計(jì)，基于TBM 為主功能的雙模式TBM 具有較好應(yīng)用前景。