地铁隧道施工盾构机选型的重要性

地铁隧道施工盾构机选型的重要性

刘洋

中铁七局集团武汉工程有限公司

摘要：盾构法作为城市轨道交通区间隧道最常用的施工方法之一，具备施工效率高、受天气影响小、对地面环境影响小等优点。盾构机选型是盾构法施工的基础和关键，盾构机的性能可靠性及其对地质条件的适应性将对盾构施工的安全性、经济性和技术性产生重大影响。本文主要对地铁隧道施工盾构机选型的重要性进行论述。

关键词：地铁隧道；盾构机；选型

引言

近年来，随着我国城市交通建设的快速发展，作为工程施工中自动化程度最高的盾构法隧道施工技术得到了广泛的推广和应用。基于隧道工程建设未来的发展空间和发展方向，智能隧道建设将是该行业发展的必然趋势。在智能数字盾构建设中，首先要将盾构机掘进过程中的各类参数进行标准化，然后再进行采集、分析以及各类数字化运用。因此，盾构机掘进中基本施工参数的数据标准化就显得尤为重要。

1盾构机选型的重要性

在对重要参数进行把控，确保安全的前提下，盾构机的选型还应追求更高、更好的适应性，以应对地质勘探的不准确性风险和整体性能的提升，辅以先进的管理理念、合理的组织安排，提高工效以达到实现工程的预期建设目标和工期要求。如硬岩地层，选型应考虑比地质勘探报告所记录的更高强度等级岩层的适应性；穿江河及富水地层，选型应具备应对地下水含量丰富、水头压力高、易喷涌的功能设计；选型需兼顾渣土改良、土仓可视化等辅助功能配置以应对既有工程地质的复杂性、局限性。

2地铁隧道施工盾构机选型

2.1盾构机PLC参数标准化编码自动转换

虽然我们将盾构机PLC地址表单参数编码进行了标准化，但由于现今存量市场上盾构机设备类型繁杂，PLC既有的参数设计、定义和命名也各不相同，所以，在既有盾构机设备PLC数据采集之前，需要对不同PLC源参数数据与标准化编码之间进行转换，将相同含义下的不同编码、不同类型、不同单位的参数转换为标准化编码（含标准名称、标准类型、标准单位）。将引入标准编码的适配软件进行标准编码自动匹配及转换。通过自动适配转换软件建立一个比较完整的数据标准编码库，可以实现对不同盾构机、不同PLC地址编码与标准编码之间进行批量自动匹配。如有新增或未自动匹配到的PLC地址参数时，则通过人工匹配转换为标准编码，待确认后，新增或未自动匹配到的PLC参数编码将自动更新完善至数据标准编码库，从而确保盾构机PLC施工参数数据采集的规范性和准确性，也为后续的大数据分析研究提供标准、统一的数据保障。通过建立盾构机PLC施工参数数据的标准化和自动适配，可以有效应对不同品牌、不同型号的盾构机设备PLC参数；有效解决因PLC参数地址表单不一致而造成的数据错位、数据遗失或采集异常等情况的发生。工程项目数据标准化工作的普及，可以有效提供多项目统一的标准PLC参数数据，达到优化现有数据结构，并提高盾构机PLC数据采集和存储的完成性和有效性的目的，也为智能数字盾构机大数据分析和数据挖掘模型提供可依靠的数据基础。

2.2盾构机盾尾间隙检测技术

激光测距仪是向目标发出一道激光，照射后反射并被测距仪接收，通过相位计算得到距离。将测距仪安装在管片拼装机上，管片拼装机由旋转环和固定环构成，固定环可沿轴向移动，而旋转环可进行轴向移动及环向转动。将测距仪1安装在管片拼装机的固定环上，照射点为盾构机中固定的中盾支架，测距仪随管片拼装机进行轴向移动照射，用于确定轴向移动距离；测距仪2则对盾尾进行测量。考虑到照射不同角度可能需要安装多个测距仪，照射的角度越多需要的测距仪也就越多。所以将测距仪2及编码器安装在拼装机的旋转环上，使其可随旋转环转动来照射不同的角度，进行径向多点测量，转动的角度通过编码器显示。

2.3大直径双模盾构浅覆土无障碍始发变形控制

真空吸盘的主要结构由吸盘大臂通过回转系统和吸盘盘面连接，可将吸盘大臂理解为相对固定的支架。吸盘大臂与盾构拼装机连接，用于整个吸盘系统的支承及载荷传递，吸盘盘面用来抓取管片。根据真空吸盘的功能要求，吸盘在抓取和安装管片时，吸盘盘面相对于吸盘大臂有小幅度的回转和俯仰动作，同时盘面会受到轴向、径向和环向三个方向作用的较大载荷。由此可见，吸盘大臂与盘面的回转体至关重要。为实现这一功能，优先考虑采用国标球形轴承来作为回转体。综合比较各类国标轴承的特点，最终选择润滑型向心关节轴承。随着我国交通事业的飞速发展，盾构法以其独特优势在城市铁路隧道建设中备受青睐。盾构始发作为盾构法隧道技术的关键工序之一，其施工质量好坏直接关系到始发井及其周边环境的安全。工程中如采用传统工艺进行盾构始发，需对洞门混凝土进行必要的人工凿除，此过程中如有不慎，很可能诱发洞门土体坍塌、大幅度地面沉陷等事故。计算考虑注浆材料的硬化过程，依据始发段每日推进环数，假定脱出盾尾距离≥4.5m的注浆层即可到达预计强度。与此同时，为反映盾尾间隙的存在影响，对后盾外圈一定厚度的岩土体进行削弱，赋予参数的具体数值由现场沉降监测数据反演确定。模拟过程中，所施加的支护压力、盾构推力以及停机阶段的参数变化尽量匹配现场记录数据，其特征表现为：模式转换前后，支护压力和盾构推力在数值上均存在一定差异性；在停机阶段，开挖面支护压力基本能够得到维持，盾构推力和注浆压力则是出现大幅度下降并长时间处于较低水平，直至模式转换完成方才恢复至正常数值。因计算时未考虑地下水和盾壳摩擦作用，模式转换前后开挖面支护压力和盾构推力理应保持在相同的水平，故对泥水模式下的泥水仓压力和盾构推力进行适当调整，以满足连续施工要求。

2.4密封槽焊接及密封槽气密性检测优化研究

针对传统密封槽焊接方法易造成拐角连接处产生漏点的情况，对其进行优化研究，即密封槽拐角连接处采用氩弧焊，能够保证焊缝金属充分融合，对非拐角连接处仍采用二氧化碳气体保护焊，以避免因电流大而产生焊穿密封槽。针对传统密封槽气密性检测方法操作烦琐、难度大且成本高的情况，对其进行优化，将焊好密封槽的盘面平稳放置，先将其内部清洁干净，再将白色粉末撒在拐角连接处，并用刷子将其堆积，接着在拐角立焊缝位置处先喷着色剂，等待5min左右后，再在喷着色剂位置处喷涂煤油，以加速着色剂的渗透，等待5～10min后，逐一检查拐角连接处白色粉末颜色，通过颜色的变化来判断是否有染色剂通过焊缝渗透到密封槽内部，若出现白色粉末变色，则表示该拐角连接处焊缝存在漏点，需要对此处焊缝重新补焊或者重新焊接，反之无着色，则表明此拐角连接处焊缝完好；通过此种检测方法，能够快速准确地检查出漏点位置并能迅速对该处漏点做出处理，从而有效地保证了密封槽的焊接密封性及真空吸盘的整体质量。

结语

总之，盾构机“自有+租赁”模式是双赢的，行业的发展最终应该是实现共赢；我们要紧跟科技发展，适时引进先进的技术，避免闭塞在“小圈子”里，被重资产拖累。当然，我们也要科学地论证分析，并不是提倡业内对盾构机的选型标准过度拔高造成内卷。

参考文献

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