DSUC型双护盾TBM分体式始发技术研究

DSUC型双护盾TBM分体式始发技术研究

李祥东

青岛地铁集团有限公司山东省266000

摘要：在城市地铁隧道施工中，双护盾TBM采用分体式始发方式，对双护盾TBM分体式始发的经济性、场地要求、设备安装、设备改造等相关技术和始发中应该注意事项等进行分析和探讨，并就其中关键问题提出解决的对策。

关键词：双护盾TBM；分体式；始发技术

1前言

TBM分体始发是TBM始发掘进时，受始发场地不足等条件限制在TBM仅具备基本功能而非完善功能的情况下先主机及部分动力系统，实现掘进功能进行始发，待TBM掘进一段距离后，满足整体始发空间时，再安装其他配套功能，完善TBM整体功能。

青岛地铁1号线海泊桥站，由于始发洞室位于人民路小区居民楼下，为减少对居民生活的影响，无法使用传统的爆破法施工，同时由于开挖面为硬度极高的花岗岩，其他机械开挖方法施工效率极其低下，无法提供TBM整体始发的空间需求，因此只能采用分体始发方式。TBM分体始发难度较大，效率低下，目前在国内城市地铁领域尚未出现先例，青岛地铁1号线海泊桥站TBM分体始发为城市地铁狭小环境下始发探索性的创举。

2分体式始发技术研究

2.1分体始发总体技术方案

为实现TBM分体始发，首先需要临时改造TBM设备的布置方式，将TBM开挖必须的动力系统，电气控制系统，液压润滑系统集中摆放；背后吹填注浆，风水供应系统只能采取临时供给措施，优先保证TBM具备最基本的开挖能力，待TBM掘进约150m后，再将后配套台车全部拖出洞外，重新进行设备安装，进行二次组装，整体始发。

TBM始发方案以左线始发洞长度为例，始发洞长度为37m。TBM始发时根据长度计算，始发洞及车站可供TBM使用的长度约为75m，TBM可下井部分包括主机、连接桥、1号台车、2号台车、2+1号台车、3号台车，总长度约72m。车站主体结构、TBM及矿车布置如下图1所示。

图1：车站主体结构、TBM及矿车布置

2.2TBM后配套布置及技术改造

TBM1—3号台车布置的单项设备主要包括：4台主电机的动力系统、液压润滑系统、管片拼装系统、操作室，电气控制系统、冷却系统未布置，为保障TBM始发，必须合理布置电气控制系统及冷却系统、改装皮带机系统。TBM台车主要设备布置结构及分体始发必须使用的设备见下表1所示。

表1：TBM分体始发设备分析表

1、将3号台车左侧豆砾石吹填系统去除，将5号台车主控柜、6号台车400V变压器、110V变压器挪移到3号台车左侧。采用7台主驱动电机掘进，将3+1号台车上的主驱动变压器拆下，临时安装在平板车上，拖拉在3号台车外侧，安装临时电缆与3号台车的主驱动VFD相连接。掘进8m后，拆除临时变压器，恢复至3+1号台车，并将3+1号台车下井连接。

2、将4号、5号台车豆砾石系统、注浆系统由平板车临时运输并携带袋装豆砾石，需要时拖拉至洞内人工辅助吹填并注浆。待TBM掘进8米后，将3+1号台车下井连接，豆砾石吹填系统可恢复使用，注浆继续采用临时系统；5号台车上的后配套皮带机头部挪移至3号台车，临时减短皮带架及皮带长度。

3、将6号台车左侧的冷却系统挪移到1号台车右侧，采用简易控制，洞外直接供给外循环冷却水，内冷却系统去除自动控制系统，采用强制冷却方式；将6号台车高压开关柜、电容补偿柜安装在洞外车站内，通过10KV电缆为洞内690V、400V变压器供电，新增10KV专用高压电缆，随TBM掘进而人工延伸。

4、将8号台车除尘系统安装在车站内，新增150m硬风筒，通过硬风筒与刀盘风筒连接临时除尘，后期恢复至8号台车；洞内用风由洞外提供，直接通过钢风管向洞内供豆砾石吹填用风。

5、水循环系统：在地面设置清水箱，由洞外向洞内直接供水，刀盘喷水增压泵、清洗用水直接连接供水管路，内循环热交换器直接连通供水与回水管路，回水直接连通车站内回水箱。

6、布线：主配电柜至液压泵站6根主线，至内循环水泵主线、管片吊机主线、润滑泵站主线、24v变压器主线、操作室主线、小空压机主线、豆砾石系统主线、刀盘喷水增压泵主线等供电线路可增加临时线路，总长度约700m。其他主要供电线路沿用原装线路。

2.3分体始发关键技术分析

1、为保证TBM分体始发，并与车站第一流水段主体结构同步施工，需要在车站第一流水段站厅层设置门型钢架，为分体始发组装、空推提供条件。

2、为解决明、暗挖车站弧形导台不重合（偏差950mm）问题，左右线各需要增设一组钢托架，满足TBM组装和始发要求；车站左线第一流水段、右线第一、第二流水段底板设置弧形导台，供TBM空推通过。

3、TBM分体始发吊装时，履带吊位于结构肥槽回填上，为保证TBM吊装安全，肥槽回填需要由素土回填调整为混凝土回填。

4、出渣方式：分体始发无法安装连续皮带机，需在大里程端安装55T龙门吊供矿车出渣使用，龙门吊轨道位于主体结构柱及端墙上部，待两台TBM均分体始发转换为整体掘进后方可拆除龙门吊并安装连续皮带机系统。

2.4关键问题解决措施

1、站台层增加门型钢架

为满足TBM分体始发组装、空推所需空间，需要在站台层增加门型钢架结构，门型钢架采用HW250型钢制作，外侧横向采用110槽钢连接，内侧采用32钢筋剪刀形连接，顶面铺设10mm厚钢板防护。门型钢架与TBM空推时相互位置关系图见下图2所示。

图3：钢托架结构示意图

2、TBM始发钢托架

为解决明、暗挖车站弧形导台不重合（偏差950mm）问题，在大里程端加设TBM始发钢托架，其他部分（主机空推范围）施作弧形导台。托架横梁全部采用HW250型钢加工制作，总长约17.6m，全部采用结构件拼装连接，方便操作，横梁之间采用“八”型连接以稳定结构，托架主梁采用20钢板焊接，中间采用加强筋连接，钢托架结构示意图详见图3所示。

3、TBM吊装

分体始发时，由于南侧小里程端主体结构未封顶，不具备吊装条件，右线TBM需调整为由大里程端下井组装，利用基坑东侧场地进行吊装；左线TBM大里程端不具备地面吊装条件，待明挖段南侧主体封顶后从小里程端下井组装，利用基坑西侧场地吊装。为解决吊装场地狭小问题，TBM吊装采用350吨履带吊+300吨汽车吊配合翻身作业。由于履带吊主要着力点位于结构肥槽上，原设计方案中，肥槽为素土回填，为确保吊装安全，需变更为C20混凝土回填。

4、采用龙门吊出渣

TBM分体掘进阶段为解决矿车出渣，需要安装55T龙门吊。龙门吊行走方向为垂直线路方向，其轨道需要安装在车站第6排主体结构柱上（横跨轨排井）和结构端墙上，以结构柱及端墙为受力承载点。由于龙门吊基础横跨主体结构，需跨过大里程端轨排井，拟采用混凝土结构作为龙门吊基础，尺寸为800mm*900mm*45m。

龙门吊设计：龙门吊基础小里程端采用800mm×900mm混凝土梁，横跨轨排井，采用结构侧墙和中柱上100mm支墩作为支座；大里程端采用结构侧墙正上方700mm×1000mm混凝土作为基础，同时兼做挡土墙。

3分体式始发效益分析

采用分体式始发方案经济分析详见下表2所示。

表2：分体式始发方案经济分析

由上表分析可以看出，采用分体式始发方案比采用整体始发时费用增加了4.6万元，采用分体始发解决了受始发场地不足等条件限制，避免了采用传统的爆破法施工对周围居民生活产生的影响，起到了很好的社会效益。

4结语

通过青岛地铁1号线海泊桥站TBM分体始发的成功案例，TBM分体始发，在安全、技术上是可行的，通过对TBM的技术改造和一些关键问题的解决措施方案，解决了受始发场地空间不足等条件限制影响，适用于繁华城市中狭窄的施工场地，节省了工程总体投资，创造出了很大社会效益影响等优点。但也有一些不足，TBM分体始发技术难度较大，在相同配置条件下出渣效率相对较低。但综合比较，TBM分体始发技术值得推广。

参考文献

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