軌道交通雙模盾構(gòu)模式轉(zhuǎn)換施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)研究

王志鵬

摘? 要：隨著我國(guó)城市進(jìn)程的加快，城市軌道交通雙模盾構(gòu)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)得到有效應(yīng)用，進(jìn)一步提升軌道交通施工效率。當(dāng)前隧道施工中常用的盾構(gòu)機(jī)類型包含土壓平衡盾構(gòu)機(jī)和泥水平衡盾構(gòu)機(jī)2種。其中土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在穩(wěn)定地層中較為常用，泥水式平衡盾構(gòu)機(jī)在開挖面穩(wěn)定的工程中較為常用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展雙模式盾構(gòu)施工技術(shù)使用率提高，因此需要對(duì)盾構(gòu)模式的轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行分析和研究，以便提升隧道掘進(jìn)效率。該文主要結(jié)合深圳地鐵8號(hào)線二期工添加梅沙站—小梅沙站區(qū)間模式轉(zhuǎn)換施工項(xiàng)目案例，對(duì)EPB/TBM雙模式盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)的轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行探究，旨在進(jìn)一步提高軌道交通施工效果，促進(jìn)工程掘進(jìn)效率的提升，實(shí)現(xiàn)工程效益的最大化。

關(guān)鍵詞：軌道交通；雙模盾構(gòu)模式；轉(zhuǎn)換施工技術(shù)；應(yīng)用要點(diǎn)；施工效果

中圖分類號(hào)：U455? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）06-0184-04

Abstract： With the acceleration of urbanization process in China， the double-mode shield method conversion technology of urban rail transit has been effectively applied to further improve the efficiency of rail transit construction. The types of shield machines commonly used in tunnel construction include earth pressure balance shield machine and mud-water balance shield machine; the earth pressure balance shield machine is more commonly used in the stable stratum， and the mud balance shield machine is suitable for the excavation face stability project. With the development of science and technology， the utilization rate of double-mode shield construction technology is improved， so it is necessary to analyze and study the transformation technology of shield mode in order to improve the efficiency of tunnel tunneling. Taking the interval mode conversion project from Meisha Station to Xiaomeisha Station in the second phase of Shenzhen Metro Line 8 as a case， this paper probes into the conversion method of EPB/TBM double-mode shield tunneling construction technology， in order to further improve the rail transit construction effect， promote the tunneling efficiency and maximize the project benefit.

Keywords： rail transit; double-mode shield method; transfer construction technology; application point; construction effect

在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展背景下，盾構(gòu)施工技術(shù)高速發(fā)展，盾構(gòu)機(jī)類型逐漸增多，且盾構(gòu)機(jī)技術(shù)、工藝日益創(chuàng)新，可以對(duì)各種地質(zhì)條件進(jìn)行有效性適應(yīng)。但是隨著軌道交通隧道掘進(jìn)工程的復(fù)雜性，單一的盾構(gòu)機(jī)模式難以滿足多變的復(fù)合地層條件，導(dǎo)致同期延長(zhǎng)，成本增加，需要引進(jìn)EPB/TBM雙模式盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)，以便對(duì)長(zhǎng)距離、高強(qiáng)度巖層和復(fù)合地層進(jìn)行有效性適應(yīng)，提升不同地層條件下的掘進(jìn)效率和安全。

1? 工程概況

大梅沙站—小梅沙站區(qū)間（圖1）是深圳地鐵8號(hào)線二期工程第4段區(qū)間工程，區(qū)間左線全長(zhǎng)1 854.167 m。右線全長(zhǎng)1 845.242 m。區(qū)間擬采用2臺(tái)土壓/TBM雙模式掘進(jìn)機(jī)從小梅沙站始發(fā)，于大梅沙站吊出。區(qū)間隧道最小縱坡為15.197‰，最大縱坡為25.13‰。本區(qū)間盾構(gòu)穿越地層變化較大，洞身主要穿越粉質(zhì)黏土、細(xì)沙、中砂、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖且有存在孤石的可能性。微風(fēng)化花崗巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度值55.3～146.6 MPa，平均值為116 MPa，RQD一般為52%～92%，主要為堅(jiān)硬巖，巖體較完整[1]。

2? 雙模盾構(gòu)模式轉(zhuǎn)換施工技術(shù)特點(diǎn)

2種盾構(gòu)機(jī)的特點(diǎn)不同，適用的施工環(huán)境存在一定差異性，需要結(jié)合具體的掘進(jìn)地段，對(duì)盾構(gòu)機(jī)模式進(jìn)行靈活性轉(zhuǎn)換，其中雙模盾構(gòu)和單一盾構(gòu)模式的差異性體現(xiàn)在刀具配置、刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤扭矩和盾構(gòu)機(jī)推力等方面。隨著城市軌道交通隧道工程長(zhǎng)度的加大，在施工過程中往往會(huì)遇到各種不同的施工環(huán)境，如在富水、地面沉降要求高的地層中，不適合使用敞開式的TBM掘進(jìn)模式，而是要使用封閉式的EPB掘進(jìn)模式，并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)2種模式進(jìn)行科學(xué)性轉(zhuǎn)換，保障掘進(jìn)效率[2]。之所以能夠?qū)崿F(xiàn)雙模盾構(gòu)模式轉(zhuǎn)換主要是因?yàn)橥ㄟ^對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤、土倉隔板、拼裝機(jī)平臺(tái)等部位進(jìn)行可切換設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了刀盤可安裝軟土刀具、硬巖刀具、刮刀板；土倉隔板可安裝中心回轉(zhuǎn)裝置、集土槽；拼裝機(jī)平臺(tái)可安裝皮帶機(jī)或螺旋機(jī)出土裝置，使得盾構(gòu)機(jī)在碰到不同地段的地層時(shí)可進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，確保了盾構(gòu)在不同地層掘進(jìn)施工中對(duì)安全性與經(jīng)濟(jì)性的要求[3]。

3? 模式轉(zhuǎn)換條件

大梅沙站—小梅沙站區(qū)間左右線均采用鋼套筒始發(fā)接收，進(jìn)入到微風(fēng)化地層后通過模式轉(zhuǎn)換采用TBM模式進(jìn)行掘進(jìn)，在掘進(jìn)至基巖段時(shí)，提前進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，采用EPB模式直至盾構(gòu)接收，區(qū)間左右線分別進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換2次，共計(jì)4次[4]。

根據(jù)本區(qū)間地質(zhì)情況，針對(duì)隧道中間約1 100 m微風(fēng)化花崗巖地層采用TBM模式掘進(jìn)，兩端總計(jì)約700 m的全、強(qiáng)、中風(fēng)化花崗巖及砂質(zhì)黏土地層采用EPB模式掘進(jìn)[5]。2種模式的差異主要體現(xiàn)在刀盤型式和出土方式上，具體差別在于TBM模式中在刀盤上焊接溜渣裝置、安裝接渣斗，采用中心螺機(jī)進(jìn)行出渣。具體如圖2、3所示。

在實(shí)際作業(yè)中，需要滿足以下條件才能進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換：當(dāng)盾構(gòu)機(jī)從土壓模式轉(zhuǎn)換到敞開模式時(shí)，盾構(gòu)機(jī)須在進(jìn)入硬巖段長(zhǎng)度為20～25 m（安全距離）時(shí)停機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)從敞開模式轉(zhuǎn)換到土壓模式時(shí)，盾構(gòu)機(jī)須在距離軟土段長(zhǎng)度為10～15 m（安全距離）時(shí)停機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備；轉(zhuǎn)換前須進(jìn)行地下水勘探，模式轉(zhuǎn)換須在無水條件下進(jìn)行；轉(zhuǎn)換模式須在常壓開倉條件下進(jìn)行，要求確保常壓開倉作業(yè)的可行性；開倉作業(yè)，倉內(nèi)氣體條件應(yīng)符合CJJ 217—2014《盾構(gòu)法開倉及氣壓作業(yè)技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定[6]。

4? 模式轉(zhuǎn)換施工工藝

4.1? 前期準(zhǔn)備工作

為了保障模式轉(zhuǎn)換工作的順利開展，在深圳地鐵8號(hào)線二期大梅沙站—小梅沙站區(qū)間模式轉(zhuǎn)換施工中，為了保障施工順利性，需要做好全面的準(zhǔn)備工作。①施工準(zhǔn)備事項(xiàng)。施工前準(zhǔn)備工作主要有施做止水環(huán)，將盾體、土倉、螺機(jī)底部渣土清理，將盾尾后十環(huán)拉緊。此外將電瓶車機(jī)盾構(gòu)機(jī)臺(tái)車軌道延伸，方便電瓶車前移輸送材料及后配套后移[7]。②盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)備事項(xiàng)，為方便模式轉(zhuǎn)換施工作業(yè)，必須將刀盤、拼裝機(jī)、螺機(jī)調(diào)至停機(jī)位，并做好推進(jìn)油缸的防護(hù)。③作業(yè)前準(zhǔn)備事項(xiàng)，模式轉(zhuǎn)換作業(yè)為有限空間作業(yè)，提前做好臨時(shí)用電、用水的準(zhǔn)備，并做好通風(fēng)準(zhǔn)備。

4.2? 拆除電纜、土倉組件等構(gòu)件

在深圳地鐵8號(hào)線二期大梅沙站—小梅沙站區(qū)間模式轉(zhuǎn)換施工過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)拆除，其中，該環(huán)節(jié)主要的拆除內(nèi)容有拆除動(dòng)力電纜、盾體內(nèi)控制電纜等，同時(shí)要拆除盾體內(nèi)液壓、流體管路。完成拆除作業(yè)后，需要把接渣斗、支撐總成、二級(jí)伸縮筒倒運(yùn)至隧道內(nèi)；將拆除的管路、電纜拉至連接橋兩側(cè)。在此基礎(chǔ)上，需要依次拆除中心回轉(zhuǎn)接頭、土倉內(nèi)管路盒、溜渣板保護(hù)塊等構(gòu)件。同時(shí)，還需要拆除土倉內(nèi)被動(dòng)攪拌棒，將其換成噴水封板；泡沫噴口及活動(dòng)桶更換成TBM噴口；繼續(xù)焊接連接橋下部支撐（在管片小車上），在此過程中，需要注意配備充足的氧氣乙炔[8]。

4.3? 后配套后移

在該環(huán)節(jié)中，需要切斷高壓，并利用電瓶車將后配套拉至指定位置；之后需要拆除土倉內(nèi)管路盒、連接橋處與盾體連接的液壓流體、電路管線，并放置在連接橋兩側(cè)位置。此外在管片小車上焊接連接橋支撐，斷開后配套拖拉油缸，將后配套臺(tái)車后移20 m；后配套臺(tái)車后移完成后，焊接連接橋兩側(cè)支撐，方便人員及電瓶車通行。加焊兩側(cè)連接橋支撐、割除現(xiàn)有管片小車支撐[9]。

4.4? 支撐門架焊接

在深圳地鐵8號(hào)線二期大梅沙站—小梅沙站區(qū)間模式轉(zhuǎn)換施工中，需要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)TBM回轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行規(guī)范性安裝，具體操作如下。首先，需要對(duì)焊接支撐門架、接渣斗分解放置盾尾進(jìn)行規(guī)范性焊接。然后拆除拼裝機(jī)托梁支撐，其中，需要把掛手拉葫蘆焊接到支撐門架上，并拆除螺機(jī)螺栓、集渣斗、下渣門和連接板等構(gòu)件，同時(shí)在該環(huán)節(jié)中，需要注意把支撐門架工字鋼、H型鋼下井、溜渣板運(yùn)至隧道內(nèi)；把手拉葫蘆、吊環(huán)倒運(yùn)到隧道內(nèi)。在此過程中需要拆除干涉回轉(zhuǎn)中心拆除作業(yè)的管路、電纜，主要有刀盤包括刀具磨損檢測(cè)（接回轉(zhuǎn)中心）、油脂潤(rùn)滑（接回轉(zhuǎn)中心）、泡沫管路等。將回轉(zhuǎn)接頭及回轉(zhuǎn)支撐拆除，進(jìn)一步拆除管路盒及前端法蘭[10]。

在此過程中，需要將土倉內(nèi)管路盒拆除，更換成管路盒封板，固定攪拌棒拆除，更換成封板；泡沫噴口及活動(dòng)筒拆除，更換成TBM噴水口，并安裝TBM回轉(zhuǎn)接頭安裝。同時(shí)需要把底部螺旋運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行拆除，具體操作中，需要將螺旋輸送機(jī)拆除吊裝用支撐門架的H型鋼、工鋼、吊耳、氧氣乙炔瓶和焊機(jī)等材料倒運(yùn)至隧道內(nèi)，焊接支撐門架，并在中盾H架橫梁上、尾盾及螺機(jī)尾部左右側(cè)焊接臨時(shí)吊耳。焊接完成后對(duì)焊接吊耳做探傷檢測(cè)，確保焊接質(zhì)量[11]。將手拉葫蘆在焊接的臨時(shí)吊耳上掛好，拆除螺機(jī)螺栓、螺機(jī)拉桿。通過10 t手拉葫蘆配合及吊耳吊點(diǎn)的更換，逐步將螺旋輸送機(jī)從底部拔出來，在螺機(jī)拔出來到一定位置后，拆除螺機(jī)雙閘門集渣斗、下閘門及連接板，通過手拉葫蘆的動(dòng)作配合，繼續(xù)將螺旋輸送機(jī)往下放，放置在管片小車上，要注意此時(shí)在管片小車上方放置螺機(jī)支撐座，確保螺機(jī)放置平穩(wěn)。

4.5? 倒運(yùn)材料

螺旋輸送機(jī)停放到位后，將二級(jí)伸縮節(jié)套筒安裝到螺旋機(jī)固定節(jié)上（注意不要遺漏密封條），然后油缸的一端與銷軸安裝到固定節(jié)上[12]。將土倉內(nèi)拆除的攪拌棒、泡沫活動(dòng)筒、回轉(zhuǎn)接頭及螺旋輸送機(jī)拉桿等轉(zhuǎn)運(yùn)至盾尾及拼裝機(jī)區(qū)域。倒運(yùn)刮渣板組件至土倉底部將接渣斗散件通過回轉(zhuǎn)中心倒運(yùn)至土倉內(nèi)進(jìn)行安裝。提前在支撐總成上安裝螺旋機(jī)的支撐架 1、支撐架2和弧板等（注意蓋板先暫不安裝），然后通過手拉葫蘆將支撐總成（包括之前已安裝的支撐架1和支撐架2等）安裝到中盾H架上。

4.6? 安裝溜渣板等設(shè)備

在該環(huán)節(jié)中，要結(jié)合具體情況各處支撐門架、管片小車拆機(jī)架等，同時(shí)將其倒運(yùn)到中板位置，之后需要連接螺栓，才能對(duì)溜渣板、接渣斗等設(shè)備進(jìn)行安裝[13]。在此基礎(chǔ)上，還需要加焊管片小車支撐，對(duì)現(xiàn)有兩側(cè)連接橋支撐進(jìn)行割除，保障整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在深圳地鐵8號(hào)線二期大梅沙站—小梅沙站區(qū)間模式轉(zhuǎn)換施工過程中需要注意：支撐總成安裝完成后，再進(jìn)行中心螺旋輸送機(jī)的安裝，通過10 t手拉葫蘆的配合，逐步將螺旋輸送機(jī)往里送，同時(shí)根據(jù)螺機(jī)的受力，更換手拉葫蘆臨時(shí)吊點(diǎn)，將中心螺機(jī)安裝完成。中心螺旋輸送機(jī)安裝完成后，將支撐門架進(jìn)行割除，倒運(yùn)至隧道外存放，用于下次模式轉(zhuǎn)換。

4.7? 后配套前移

在完成以上操作后，需要結(jié)合實(shí)際情況加焊管片小車支撐，同時(shí)割除現(xiàn)有兩側(cè)連接橋支撐；在完成中心螺旋輸送機(jī)安裝作業(yè)后，需要對(duì)安裝區(qū)域進(jìn)行徹底清理，并將后配套前移，對(duì)溜渣板進(jìn)行精準(zhǔn)焊接，做好定位連接工作。之后需要開展機(jī)托梁拼裝工作，同時(shí)規(guī)范性連接管線、電纜等[14]。

4.8? 設(shè)備調(diào)試

在深圳地鐵8號(hào)線二期大梅沙站—小梅沙站區(qū)間模式轉(zhuǎn)換施工中，完成基本的轉(zhuǎn)換作業(yè)后，需要對(duì)TBM模式下的刀盤、螺機(jī)、刀盤噴水和盾構(gòu)機(jī)等安裝完成后，恢復(fù)掘進(jìn)[15]。TBM模式轉(zhuǎn)換成土壓模式，基本流程不變，重點(diǎn)在于中心螺機(jī)拆除安裝在底部出渣，倉內(nèi)溜渣板、接渣斗等進(jìn)行拆除，安裝土壓模式下的管路盒、回轉(zhuǎn)中心等。

4.9? 注意事項(xiàng)

4.9.1? 按照施工工序嚴(yán)格執(zhí)行

各類人員明確職責(zé)和工作內(nèi)容，做好操作規(guī)程學(xué)習(xí)和安全技術(shù)交底工作；提前制定嚴(yán)格工序，施工按照工序穩(wěn)步進(jìn)行；做好施工前各項(xiàng)檢查工作，施工過程由總調(diào)度統(tǒng)一指揮，遵守各項(xiàng)規(guī)范；設(shè)備使用嚴(yán)格遵照施工要求，做好檢查和檢修工作，在負(fù)荷承受范圍內(nèi)運(yùn)行。

4.9.2? 加強(qiáng)安全保證措施

執(zhí)行持證上崗制度和定期學(xué)習(xí)制度；進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)操作都要按規(guī)程執(zhí)行；電氣設(shè)備由專人負(fù)責(zé)，總分配電箱要有漏電保護(hù)裝置電箱，做到防水防雨，門鎖齊全；凡移動(dòng)開關(guān)箱，外殼要有可靠的保護(hù)接零，內(nèi)設(shè)一機(jī)一閘一漏，箱內(nèi)研究動(dòng)力、照明混用；工作平臺(tái)干凈，無油或油脂殘留；所有需要的平臺(tái)和負(fù)載運(yùn)送工具必須固定到防水墻和暗墻；注意通向閘的逃生通道不能存放任何工具，始終保持暢通。

4.9.3? 創(chuàng)新優(yōu)化工裝，提高施工安全和工作效率

優(yōu)化模式轉(zhuǎn)換過程中的臨時(shí)工裝，縮短工期，減少二次焊接，使工裝更加高效，適應(yīng)洞內(nèi)快速作業(yè)的要求。

5? 結(jié)束語

綜上所述，本文主要以深圳地鐵8號(hào)線二期大梅沙站—小梅沙站區(qū)間模式轉(zhuǎn)換施工項(xiàng)目為案例，對(duì)EPB/TBM雙模式盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)的轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行分析，了解基本的轉(zhuǎn)換施工要點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)一步提高了施工水平，為今后EPB/TBM雙模式盾構(gòu)轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用提供了參考。

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