轨道交通双模盾构模式转换施工技术应用要点研究

王志鹏

摘  要：随着我国城市进程的加快，城市轨道交通双模盾构模式转换技术得到有效应用，进一步提升轨道交通施工效率。当前隧道施工中常用的盾构机类型包含土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机2种。其中土压平衡盾构机在稳定地层中较为常用，泥水式平衡盾构机在开挖面稳定的工程中较为常用。随着科学技术的发展双模式盾构施工技术使用率提高，因此需要对盾构模式的转化技术进行分析和研究，以便提升隧道掘进效率。该文主要结合深圳地铁8号线二期工添加梅沙站—小梅沙站区间模式转换施工项目案例，对EPB/TBM双模式盾构掘进施工技术的转换方法进行探究，旨在进一步提高轨道交通施工效果，促进工程掘进效率的提升，实现工程效益的最大化。

关键词：轨道交通；双模盾构模式；转换施工技术；应用要点；施工效果

中图分类号：U455      文献标志码：A          文章编号：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

在現代化科学技术发展背景下，盾构施工技术高速发展，盾构机类型逐渐增多，且盾构机技术、工艺日益创新，可以对各种地质条件进行有效性适应。但是随着轨道交通隧道掘进工程的复杂性，单一的盾构机模式难以满足多变的复合地层条件，导致同期延长，成本增加，需要引进EPB/TBM双模式盾构掘进施工技术，以便对长距离、高强度岩层和复合地层进行有效性适应，提升不同地层条件下的掘进效率和安全。

1  工程概况

大梅沙站—小梅沙站区间（图1）是深圳地铁8号线二期工程第4段区间工程，区间左线全长1 854.167 m。右线全长1 845.242 m。区间拟采用2台土压/TBM双模式掘进机从小梅沙站始发，于大梅沙站吊出。区间隧道最小纵坡为15.197‰，最大纵坡为25.13‰。本区间盾构穿越地层变化较大，洞身主要穿越粉质黏土、细沙、中砂、全风化花岗岩、强风化花岗岩、微风化花岗岩且有存在孤石的可能性。微风化花岗岩单轴饱和抗压强度值55.3～146.6 MPa，平均值为116 MPa，RQD一般为52%～92%，主要为坚硬岩，岩体较完整[1]。

2  双模盾构模式转换施工技术特点

2种盾构机的特点不同，适用的施工环境存在一定差异性，需要结合具体的掘进地段，对盾构机模式进行灵活性转换，其中双模盾构和单一盾构模式的差异性体现在刀具配置、刀盘转速、刀盘扭矩和盾构机推力等方面。随着城市轨道交通隧道工程长度的加大，在施工过程中往往会遇到各种不同的施工环境，如在富水、地面沉降要求高的地层中，不适合使用敞开式的TBM掘进模式，而是要使用封闭式的EPB掘进模式，并结合实际情况对2种模式进行科学性转换，保障掘进效率[2]。之所以能够实现双模盾构模式转换主要是因为通过对盾构机刀盘、土仓隔板、拼装机平台等部位进行可切换设计，实现了刀盘可安装软土刀具、硬岩刀具、刮刀板；土仓隔板可安装中心回转装置、集土槽；拼装机平台可安装皮带机或螺旋机出土装置，使得盾构机在碰到不同地段的地层时可进行模式转换，确保了盾构在不同地层掘进施工中对安全性与经济性的要求[3]。

3  模式转换条件

大梅沙站—小梅沙站区间左右线均采用钢套筒始发接收，进入到微风化地层后通过模式转换采用TBM模式进行掘进，在掘进至基岩段时，提前进行模式转换，采用EPB模式直至盾构接收，区间左右线分别进行模式转换2次，共计4次[4]。

根据本区间地质情况，针对隧道中间约1 100 m微风化花岗岩地层采用TBM模式掘进，两端总计约700 m的全、强、中风化花岗岩及砂质黏土地层采用EPB模式掘进[5]。2种模式的差异主要体现在刀盘型式和出土方式上，具体差别在于TBM模式中在刀盘上焊接溜渣装置、安装接渣斗，采用中心螺机进行出渣。具体如图2、3所示。

在实际作业中，需要满足以下条件才能进行模式转换：当盾构机从土压模式转换到敞开模式时，盾构机须在进入硬岩段长度为20～25 m（安全距离）时停机进行转换准备；当盾构机从敞开模式转换到土压模式时，盾构机须在距离软土段长度为10～15 m（安全距离）时停机进行转换准备；转换前须进行地下水勘探，模式转换须在无水条件下进行；转换模式须在常压开仓条件下进行，要求确保常压开仓作业的可行性；开仓作业，仓内气体条件应符合CJJ 217—2014《盾构法开仓及气压作业技术规范》等相关规定[6]。

4  模式转换施工工艺

4.1  前期准备工作

为了保障模式转换工作的顺利开展，在深圳地铁8号线二期大梅沙站—小梅沙站区间模式转换施工中，为了保障施工顺利性，需要做好全面的准备工作。①施工准备事项。施工前准备工作主要有施做止水环，将盾体、土仓、螺机底部渣土清理，将盾尾后十环拉紧。此外将电瓶车机盾构机台车轨道延伸，方便电瓶车前移输送材料及后配套后移[7]。②盾构机准备事项，为方便模式转换施工作业，必须将刀盘、拼装机、螺机调至停机位，并做好推进油缸的防护。③作业前准备事项，模式转换作业为有限空间作业，提前做好临时用电、用水的准备，并做好通风准备。

4.2  拆除电缆、土仓组件等构件

在深圳地铁8号线二期大梅沙站—小梅沙站区间模式转换施工过程中，需要结合实际情况，对相关构件进行科学拆除，其中，该环节主要的拆除内容有拆除动力电缆、盾体内控制电缆等，同时要拆除盾体内液压、流体管路。完成拆除作业后，需要把接渣斗、支撑总成、二级伸缩筒倒运至隧道内；将拆除的管路、电缆拉至连接桥两侧。在此基础上，需要依次拆除中心回转接头、土仓内管路盒、溜渣板保护块等构件。同时，还需要拆除土仓内被动搅拌棒，将其换成喷水封板；泡沫喷口及活动桶更换成TBM喷口；继续焊接连接桥下部支撑（在管片小车上），在此过程中，需要注意配备充足的氧气乙炔[8]。

4.3  后配套后移

在该环节中，需要切断高压，并利用电瓶车将后配套拉至指定位置；之后需要拆除土仓内管路盒、连接桥处与盾体连接的液压流体、电路管线，并放置在连接桥两侧位置。此外在管片小车上焊接连接桥支撑，断开后配套拖拉油缸，将后配套台车后移20 m；后配套台车后移完成后，焊接连接桥两侧支撑，方便人员及电瓶车通行。加焊两侧连接桥支撑、割除现有管片小车支撑[9]。

4.4  支撑门架焊接

在深圳地铁8号线二期大梅沙站—小梅沙站区间模式转换施工中，需要结合实际情况，对TBM回转接头进行规范性安装，具体操作如下。首先，需要对焊接支撑门架、接渣斗分解放置盾尾进行规范性焊接。然后拆除拼裝机托梁支撑，其中，需要把挂手拉葫芦焊接到支撑门架上，并拆除螺机螺栓、集渣斗、下渣门和连接板等构件，同时在该环节中，需要注意把支撑门架工字钢、H型钢下井、溜渣板运至隧道内；把手拉葫芦、吊环倒运到隧道内。在此过程中需要拆除干涉回转中心拆除作业的管路、电缆，主要有刀盘包括刀具磨损检测（接回转中心）、油脂润滑（接回转中心）、泡沫管路等。将回转接头及回转支撑拆除，进一步拆除管路盒及前端法兰[10]。

在此过程中，需要将土仓内管路盒拆除，更换成管路盒封板，固定搅拌棒拆除，更换成封板；泡沫喷口及活动筒拆除，更换成TBM喷水口，并安装TBM回转接头安装。同时需要把底部螺旋运输机进行拆除，具体操作中，需要将螺旋输送机拆除吊装用支撑门架的H型钢、工钢、吊耳、氧气乙炔瓶和焊机等材料倒运至隧道内，焊接支撑门架，并在中盾H架横梁上、尾盾及螺机尾部左右侧焊接临时吊耳。焊接完成后对焊接吊耳做探伤检测，确保焊接质量[11]。将手拉葫芦在焊接的临时吊耳上挂好，拆除螺机螺栓、螺机拉杆。通过10 t手拉葫芦配合及吊耳吊点的更换，逐步将螺旋输送机从底部拔出来，在螺机拔出来到一定位置后，拆除螺机双闸门集渣斗、下闸门及连接板，通过手拉葫芦的动作配合，继续将螺旋输送机往下放，放置在管片小车上，要注意此时在管片小车上方放置螺机支撑座，确保螺机放置平稳。

4.5  倒运材料

螺旋输送机停放到位后，将二级伸缩节套筒安装到螺旋机固定节上（注意不要遗漏密封条），然后油缸的一端与销轴安装到固定节上[12]。将土仓内拆除的搅拌棒、泡沫活动筒、回转接头及螺旋输送机拉杆等转运至盾尾及拼装机区域。倒运刮渣板组件至土仓底部将接渣斗散件通过回转中心倒运至土仓内进行安装。提前在支撑总成上安装螺旋机的支撑架 1、支撑架2和弧板等（注意盖板先暂不安装），然后通过手拉葫芦将支撑总成（包括之前已安装的支撑架1和支撑架2等）安装到中盾H架上。

4.6  安装溜渣板等设备

在该环节中，要结合具体情况各处支撑门架、管片小车拆机架等，同时将其倒运到中板位置，之后需要连接螺栓，才能对溜渣板、接渣斗等设备进行安装[13]。在此基础上，还需要加焊管片小车支撑，对现有两侧连接桥支撑进行割除，保障整体结构的稳定性。在深圳地铁8号线二期大梅沙站—小梅沙站区间模式转换施工过程中需要注意：支撑总成安装完成后，再进行中心螺旋输送机的安装，通过10 t手拉葫芦的配合，逐步将螺旋输送机往里送，同时根据螺机的受力，更换手拉葫芦临时吊点，将中心螺机安装完成。中心螺旋输送机安装完成后，将支撑门架进行割除，倒运至隧道外存放，用于下次模式转换。

4.7  后配套前移

在完成以上操作后，需要结合实际情况加焊管片小车支撑，同时割除现有两侧连接桥支撑；在完成中心螺旋输送机安装作业后，需要对安装区域进行彻底清理，并将后配套前移，对溜渣板进行精准焊接，做好定位连接工作。之后需要开展机托梁拼装工作，同时规范性连接管线、电缆等[14]。

4.8  设备调试

在深圳地铁8号线二期大梅沙站—小梅沙站区间模式转换施工中，完成基本的转换作业后，需要对TBM模式下的刀盘、螺机、刀盘喷水和盾构机等安装完成后，恢复掘进[15]。TBM模式转换成土压模式，基本流程不变，重点在于中心螺机拆除安装在底部出渣，仓内溜渣板、接渣斗等进行拆除，安装土压模式下的管路盒、回转中心等。

4.9  注意事项

4.9.1  按照施工工序严格执行

各类人员明确职责和工作内容，做好操作规程学习和安全技术交底工作；提前制定严格工序，施工按照工序稳步进行；做好施工前各项检查工作，施工过程由总调度统一指挥，遵守各项规范；设备使用严格遵照施工要求，做好检查和检修工作，在负荷承受范围内运行。

4.9.2  加强安全保证措施

执行持证上岗制度和定期学习制度；进入施工现场各项操作都要按规程执行；电气设备由专人负责，总分配电箱要有漏电保护装置电箱，做到防水防雨，门锁齐全；凡移动开关箱，外壳要有可靠的保护接零，内设一机一闸一漏，箱内研究动力、照明混用；工作平台干净，无油或油脂残留；所有需要的平台和负载运送工具必须固定到防水墙和暗墙；注意通向闸的逃生通道不能存放任何工具，始终保持畅通。

4.9.3  创新优化工装，提高施工安全和工作效率

优化模式转换过程中的临时工装，缩短工期，减少二次焊接，使工装更加高效，适应洞内快速作业的要求。

5  结束语

综上所述，本文主要以深圳地铁8号线二期大梅沙站—小梅沙站区间模式转换施工项目为案例，对EPB/TBM双模式盾构掘进施工技术的转换方法进行分析，了解基本的转换施工要点和关键点，进一步提高了施工水平，为今后EPB/TBM双模式盾构转换技术的应用提供了参考。

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