浅谈“双模式盾构机技术”的原理及应用

李源辉

(广州市城市建设工程监理公司 510060)

浅谈“双模式盾构机技术”的原理及应用

李源辉

(广州市城市建设工程监理公司 510060)

本文针对泥水平衡盾构、土压平衡盾构掘进技术模式优、缺方面的阐述

双模盾构机；技术原理及应用

目前国内盾构施工中通常使用的盾构机为单一模式的土压平衡盾构机或泥水平衡盾构机，且各受有较大的局限性。土压盾构在掘进效率、排渣能力方面优于泥水盾构，但地表沉降控制难度高、且沉降控制相对薄弱，容易出现沉降过大等问题。泥水盾构对地层的扰动小，能把地表沉降控制在较小的范围内，在地面沉降控制方面有较大的优势，对土仓内压力的平衡控制更为稳定。但在灰岩地层中，由于裂隙发育，岩石强度不均，盾构推进时切削下来的石块大小不一，不但容易造成排浆管堵塞；而且排渣不畅，在土仓内堆积亦会对刀具造成破坏等。两种盾构机适用性的分析中，在地表要求不是很严格的情况下，用土压盾构机比较适应；在地表要求高、且施工场地大时，用泥水盾构机更能有效地保证施工质量与施工安全。

一、双模式盾构机技术原理

所谓“双模式盾构机”同时具备泥水平衡掘进模式和土压平衡掘进模式，渣土排出配备了螺旋输送机和泥浆管。双模式盾构机适用大多数地层中的掘进，可根据地质及地面沉降控制要求不同，采用泥水平衡掘进模式和土压平衡掘进模式中切换。技术设计上，是集成了土压平衡盾构机、泥水平衡盾构机的设计理念与功能，将土压和泥水两套系统和设备安装在一台盾构机上，可根据不同地质、地层的变化，利用可拆卸的刮料装置和互换型承压隔板,实现了土压平衡模式开挖和硬岩敞开模式开挖两种不同掘进模式之间实现快捷地相互切换。既保证工程优质高效，又确保隧道施工的质量安全。在转换模式时，不需要拆装任何东西，只要通过控制系统就可以实现土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机之间的转换，以实现在两种模式情况下的正常掘进。在设备布局上，因盾构机在隧道内作业，其工作空间受到很大的制约，本身单一模式盾构机的设备布局都显得非常拥挤。而双模式盾构机因具有两套系统，对合理布局原本拥挤的盾构机机头和后配套台车，做到既能最大限度的节省空间又能妥善安置两套系统对设备安装布局形成一定的难度。在部件兼容性上，因盾构机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，加之工作环境恶劣，对配件的性能和可靠性要求非常高，所需配件安装在一起时需要考虑其兼容性。

二、双模式盾构机技术应用

目前盾构施工中通常使用的一般为单一模式的土压平衡盾构机或泥水平衡盾构机。两种模式的盾构机各有其施工优势。其中，泥水平衡盾构机主要针对无粘聚力的含水砂层以及软流塑、流动性等特别松软的地层，也可广泛用于各种软弱地层的施工，利用泥水平衡盾构机较好的泥水压力控制能力，可更好地保持工作面稳定，减少地表沉降；土压平衡盾构适用于各种土层及复合地层，使用范围广，此种盾构装备有渣土改良机构，以促进开挖渣土的流动性，使碴土具有可塑性和不透水性，螺旋机排土顺畅，土仓内的压力容易控制和稳定。但也有适用性的限制：土压平衡盾构机如果孔隙水压较高、富水性较大，则有可能产生喷涌，工作面压力难以保证，遇沙砾地层、地粘土层，刀盘的扭矩会增大，刀盘磨损较快。泥水平衡盾构机如果工作面渗透系数较高，则易造成泥浆渗漏，难以保证泥水压力，遇到粘土地段，排泥口有可能堵塞，导致土仓切口水压变动，使工作面不稳定，施工成本较高。

因泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机各有其限制性。而盾构设备的种类与地质一一对应,都是单模式盾构。为了解决不同地质交替出现的情况,双模式盾构应运而生。双模式盾构机融合了单一模式的土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机，实现泥水与土压两种模式的兼容和便利切换，可以实现在两种模式情况下的正常掘进，能减少施工过程中的地表沉降，保持工作面稳定。当土体自稳性较强时，可采用土压模式，以降低施工成本，提高工效；当土体自稳性较差时，可采用泥水模式，以有效控制地表沉降，确保隧道施工的质量、安全。双模式盾构机，既具备土压盾构机掘进高效的特点，又能达到泥水盾构机沉降控制好的优点。双模式盾构机在广州地铁岩溶地区已成功应用，表明了双模式盾构机在模式快速切换、掘进模式功能互补及对复杂地层的适应性等方面而言，具有很好的经济效益和社会效益，而且可以有效降低施工中的风险，保证在复杂地层中盾构施工的安全、施工质量及施工进度。

双模式盾构机还具备以下特点：1、技术先进。融合泥水、土压两种模式，最广泛地适应复杂多变的复合地层和市区环境，能在最大程度地控制工程风险的同时，实现优质高效掘进。2、功能齐全。配备复合式刀盘，大功率的主驱动和推进系统，大扭矩的螺旋机，单管单泵的泡沫系统，单双液两套注浆系统，P0泵小循环系统，且具备逆循环掘进功能、顶置人闸等，两个模式可独立运行又可互相支持。3、切换便捷。两种模式切换不需拆装任何部件，只需按规定程序进行操作，便能根据地层、地质、环境变化的需要，随时实现安全、快速的切换。4、适应性强。特别适应上软下硬和软硬交替的复合地层、卵石地层及对沉降控制严格的地面环境，可实现在复杂条件下沉降小、掘进快、综合成本低的盾构施工效果。

三、结语

总之，双模式盾构机既具有土压平衡盾构机所有的功能。同时，还兼顾了传统开敞式TBM的功能。双模式盾构机在施工中充分发挥了适应性强、抗风险性能高、掘进效率快的优势。其最大的意义在于可为施工单位解决复杂地质条件下的施工难题。具体来说，主要针对复合地质、软土段和硬岩段，施工过程中又没有更换盾构的条件，此时若采用双模式盾构掘进模式，能够使设备转变为TBM掘进模式，则可顺利通过困难区间段，保证了工期目标得以实现。

K928

B

1007-6344（2016）10-0094-01

李源辉 1962年男 ，大学专科学历 ，黑龙江鹤岗人，高级工程师 ，从事房屋建筑工程及市政工程施工管理工程监理管理工作