敞开式-土压式双模式TBM模式转换分析

陈勇，马勤义

（重庆交通建设（集团）有限责任公司，重庆 401120）

敞开式-土压式双模式TBM模式转换分析

陈勇，马勤义

（重庆交通建设（集团）有限责任公司，重庆 401120）

敞开式-土压式双模式TBM拥有敞开和土压两种掘进模式，具有较强的地质适应性，既能在硬岩地质下高速掘进，又能适应软岩地层保压掘进，而复合式TBM模式转换技术是双模式TBM能否实现其双模功能的关键，在遇到地质条件变化时通过对掘进模式的转换，改变掘进模式以保证施工安全、提高施工效率。该文以重庆轨道交通环线使用的双模式TBM为例，简要阐述了双模式TBM从敞开模式转换为土压模式的施工步骤，为双模式TBM模式转换提出有益建议。

双模式TBM；敞开式TBM；土压式TBM；隧道掘进；复合式TBM模式转换

0 引言

我国地质条件复杂多变，导致许多地下工程存在多种地质条件，甚至同一区间存在多种地质情况，给施工带来了极大的不便。大多数情况下一个区间地质都较单一，在单一硬岩地质情况下采用敞开式TBM掘进，土仓是敞开式的，采用平皮带机出渣，掘进速度较快。但在突遇局部富水、软土地层时容易发生喷涌、喷砂等情况，给施工带来重大影响。在软土、软岩地质条件下采用土压盾构模式掘进，土仓是封闭的，采用螺旋输送机出渣。双模式TBM在地质变化时可以转换掘进模式，对配套施工干扰较小，能很大程度上降低工程风险，加快掘进施工速度。

1 双模式TBM特点及主要技术参数

1.1 双模式TBM特点

双模式TBM最大特点为设备本身具有双重掘进模式功能，在遭遇不良地质时可以及时进行转换模式施工。双模式TBM主机设计不但适用于软土地层，通过螺旋输送机出渣，实现土压平衡模式掘进。同时，该主机还适用于硬岩地层，通过主机皮带机出渣，保证施工效率。两种掘进模式可以在洞内实现转换，所有需要转换部件设计均满足在洞内模式转换过程中拆除、运输、更换功能需求。

1.2 双模式TBM主要技术参数

整机性能参数见表1。

表1 整机性能参数

1.3 双模式TBM出渣方式

敞开模式下使用主机皮带机出渣，土压模式下使用螺旋输送机出渣。

具体出渣流程是：开挖下的渣土通过TBM设备上配备的主机皮带机或螺旋输送机输送到后配套皮带机，后配套皮带机将渣土输送到出渣口落入渣车中，编组列车水平运输到竖井，龙门吊将渣斗垂直吊起，然后将渣土倒入渣坑。

2 模式转换准备工作

在遇到地层变化需要对设备进行模式转换时，首先要选取相对较稳定的地层，还需要对工作面进行必要的加固措施，保证施工安全，同时还要准备必要的工具和辅助工装等。本文以重庆轨道交通环线现场为例，简单阐述敞开模式转换为土压模式的具体步骤。

2.1 确定模式转换的掘进里程

根据地质勘查报告初步确定地质变化段的里程，然后对地质变化段地质做详细勘查，并选取工作面较稳定段作为停机实施模式转换的里程。

2.2 工作面处理措施

2.2.1 工作面较稳定

在确定工作面较稳定时，不需要特殊处理，可以直接实施模式转换。在模式转换过程中注意观察工作面情况。

2.2.2 工作面不稳定

在工作面不稳定、地下水丰富、地表有沉降等特殊情况时，必须对工作面做加固、堵水处理，保证模式转换时的施工安全。

2.3 停机准备

在即将到达预定里程前调整好姿态，尽量保证上下左右的铰接位移相近，并在掘进过程中释放铰接油缸到最大行程；达到预先确定的模式转换的里程后停止掘进，将盾尾固定，利用铰接油缸将刀盘与中前盾一起收回，留出空间以便刮渣板的拆除；将刀盘旋转到合适位置，以便拆除溜渣槽、刮渣板；主机皮带机全部收回，以便拆除。

2.4 设备、机具及材料准备

首先准备土压模式下的螺旋输送机、配套管线、搅拌棒、回转中心等土压模式需要使用的配件；电瓶机车、管片小车、电焊机、碳弧气刨等辅助设备；门架、钳工工具、电工工具、手拉葫芦等

2.5 螺旋机吊装门架

2.5.1 相关参数

成型隧道内径为 5900mm。螺旋机重量：24890kg，长：13116mm，直径：约1570mm。

2.5.2 门架安装示意图

门架是安装螺旋输送机的关键，整个安装过程中，通过门架上设置的吊点，利用手拉葫芦不断调整螺旋输送机的位置，将螺旋输送机安装到位。门架示意图如图1。

图1 吊装螺旋输送机门架示意图

3 模式转换

敞开模式转换为土压平衡模式具体步骤如下：

（1） 风管拆除

拆除主机段除尘风管，只保留设备桥上的一段，前仓隔板上的除尘口用密封盖板堵好。

（2）断开设备桥并将设备桥后移

延伸编组列车轨道及轨枕至管片拼装机下方，并固定好。将设备桥与轨道梁之间管线断开，整理管线，设备桥前端支撑在管片运输车上，使用电瓶车带动后配套整体后退13m左右（留出螺旋机更换空间），然后更换设备桥支撑方式（利用型钢支撑在拖车行走轨道上），同时将管片小车前移或运出洞外，保证运输通道顺畅（拖车轮子前后需限位，防止溜车）。

（3）主机皮带机拆卸

延伸主机后部轨枕至管片拼装机下方，寻找临时吊点依次拆除主机皮带机后段和前段，皮带机前段重约3t，后段重约4t，两段分别用管片运输车依次运出。

（4）拆卸防尘装置、溜渣槽、搅拌棒封堵块、溜渣板

拆除主驱动中部防尘装置（挡尘链条、喷水装置、橡胶挡板），在土仓内分块拆除溜渣槽，搅拌棒封堵块、并逐块运出，逐步割除溜渣板，通过主驱动中心或螺旋机筒体运出。

（5）过渡结构、泡沫管路及回转接头安装

将搅拌棒、主驱动中心过渡结构、泡沫管路运进洞内，拆除螺旋机筒体盖子，并按搅拌棒（盾体隔板、刀盘）-泡沫管路保护结构-主驱动中心过度结构-泡沫管路-回转接头顺序安装于即定位置。

（6）管片机轨道梁前部横梁安装，拆除V型架梁

（7）门架定位安装

将螺旋机吊装门架（分块）运到洞内并拼装，安装及定位如图2所示。

（8）螺旋输送机安装(图3)

图2 门型吊梁安装示意图

图3 螺旋输送机吊装示意图

管片运输车及螺旋机运输工装将螺旋机运到洞内，并如图挂上倒链（注：螺机轴呈缩回状态，并机械固定），螺旋机吊起后小车可退回，过程中注意观察螺旋输送机姿态及掉装点受力状况，避免螺旋输送机姿态突然摆动或错动导致不可预料情况发生，必要时需增加辅助吊点。

（9）吊装螺机到位后，安装螺机法兰螺栓及拉杆

（10）连接后配套、管线连接

将后配套整体前拉，与轨道梁连接，断开的管路及电缆重新连接，螺机轴伸出（图4）。

（11） 调试

将泡沫系统管路安装完成，进行系统调试，模式转换工作全部完成。

（12）土压模式转换为敞开模式简介

由土压模式转换为敞开模式时，依上述步骤依次反向顺序进行，中间过程稍有不同，大体步骤如下：1、从设备桥处断开；2、后配套后移；3、安装吊装门架；4、拆除泡沫系统管线；5、拆除螺旋输送机；6、拆除中心回转接头及过渡结构；7、拆除被动搅拌棒并用封堵块封堵；8、安装溜渣槽；安装刮渣板；9、安装主机皮带机；10、拆除吊装门架；11、后配套前移与主机连接；12、安装除尘系统风管；13、调试。

注意事项：停机更换模式时，需对工作面加固，保证安全；刮渣板拆除，需在土仓切割，注意通风；各部件安装和各管线连接时需严格按照遵照设计图纸的要求；调试前注意检查各安装部件是否固定牢固，各部件之间是否会相互干涉。

4 结语

双模式TBM的最大特点是具有两种不同的掘进模式，在地层变化时可以进行模式转换，选择合适的掘进模式。因而双模式TBM的设计必须充分满足洞内模式转换的需要，是模式转换工作能否安全、及时、顺利的关键。在地质突变时，及时对复合式TBM掘进模式进行转换，以保证施工安全，提高施工效率，故而安全、快速、高效地进行模式转换至关重要。目前国内双模式TBM的施工较少，能参考的施工案例不多，本文对双模式TBM模式转换施工步骤进行了简单的阐述，为双模式TBM设计制造及模式转换施工提出有益建议。

[1]叶蕾，袁文征，卓兴建.单护盾-土压平衡双模式TBM设计及模式转换分析[J].建筑机械化，2013（12）：63-66.

[2]张宁川，李光.双模式全断面掘进机探讨[J].隧道建设，2013，33（4）：323-326.

[3]唐崇茂，梅勇兵.煤矿斜井盾构模式转换施工技术研究[J].施工技术，2016，45（23）：37-41.

[4]陈铁.奥村盾构机TBM/EPB模式转换技术总结[J].2013中国·深圳城市轨道交通技术和管理创新论坛，2013.

Analysis on Mode Conversion of TBM with the Open and Earth Pressure Modes

The TBM with the two modes of open and earth-pressure has the two tunneling modes,so it shows great geological adaptability,supporting high-speed tunneling in hard rock geology and pressure maintaining tunneling in soft rock strata.The compound TBM mode conversion technology is the key to whether the dual-mode TBM can realize its dual-mode function.By conversing the tunneling mode to an appropriate mode can ensure the construction safety and improve the construction efficiency when the geological conditions change.Taking the dual-mode TBM used in Chongqing Rail Transit Loop Lines as an example,this paper briefly describes the construction steps of the conversion from open mode to earth pressure mode,and provides some useful suggestions for the dual-mode conversion.

dual-mode TBM;open TBM;earth pressure TBM;tunnel tunneling;mode conversion of compound TBM

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0034-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.34

2017-07-04

陈勇（1987-），男，重庆人，本科，工程师，主要从事城市轨道交通建设项目施工设备的管理工作。

责任编辑：孙苏，李红