盾構(gòu)機與隧道工程技術(shù)

　　盾構(gòu)機的掘進(jìn)是靠液壓馬達(dá)驅(qū)動刀盤旋轉(zhuǎn)，同時開啟盾構(gòu)機推進(jìn)油缸，將盾構(gòu)機向前推進(jìn)，隨著推進(jìn)油缸的向前推進(jìn)，刀盤持續(xù)旋轉(zhuǎn)，被切削下來的碴土充滿泥土倉，此時開動螺旋輸送機將切削下來的渣土排送到皮帶輸送機上，后由皮帶輸送機運輸至渣土車的土箱中，再通過豎井運至地面。

 

　　盾構(gòu)機主要由9大部分組成，他們分別是盾體、刀盤、刀盤驅(qū)動、雙室氣閘、管片拼裝機、排土機構(gòu)、后配套裝置、電氣系統(tǒng)和輔助設(shè)備。

 

　　1.盾體,盾體主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，這三部分都是管狀簡體。前盾和與之焊在一起的承壓隔板用來支撐刀盤驅(qū)動，同時使泥土倉與后面的工作空間相隔離，推力油缸的壓力可通過承壓隔板作用到開挖面上，以起到支撐和穩(wěn)定開挖面的作用。承壓隔板上在不同高度處安裝有五個土壓傳感器，可以用來探測泥土倉中不同高度的土壓力。前盾的后邊是中盾，中盾和前盾通過法蘭以螺栓連接，中盾內(nèi)側(cè)的周邊位置裝有30個推進(jìn)油缸，推進(jìn)油缸桿上安有塑料撐靴，撐靴頂推在后面已安裝好的管片上，通過控制油缸桿向后伸出可以提供給盾構(gòu)機向前的掘進(jìn)力，這30個千斤頂按上下左右被分成A、B、C、D四組，掘進(jìn)過程中，在操作室中可單獨控制每一組油缸的壓力，這樣盾構(gòu)機就可以實現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、抬頭、低頭或直行，從而可以使掘進(jìn)中盾構(gòu)機的軸線盡量擬合隧道設(shè)計軸線。中盾的后邊是尾盾，尾盾通過14個被動跟隨的鉸接油缸和中盾相連。這種鉸接連接可以使盾構(gòu)機易于轉(zhuǎn)向。

 

　　2.刀盤，刀盤是一個帶有多個進(jìn)料槽的切削盤體，位于盾構(gòu)機的最前部，用于切削土體，不同的地層刀盤的設(shè)計會有很大的區(qū)別，直徑也不會相同，它也是盾構(gòu)機上直徑最大的部分，一個帶四根支撐條幅的法蘭板用來連接刀盤和刀盤驅(qū)動部分，刀盤上可根據(jù)被切削土質(zhì)的軟硬而選擇安裝硬巖刀具或軟土刀具，刀盤的外側(cè)還裝有一把超挖刀，盾構(gòu)機在轉(zhuǎn)向掘進(jìn)時，可操作超挖刀油缸使超挖刀沿刀盤的徑向方向向外伸出，從而擴大開挖直徑，這樣易于實現(xiàn)盾構(gòu)機的轉(zhuǎn)向。刀盤上安裝的所有類型的刀具都由螺栓連接，都可以從刀盤后面的泥土倉中進(jìn)行更換。法蘭板的后部安裝有一個回轉(zhuǎn)接頭，其作用是向刀盤的面板上輸入泡沫或膨潤土及向超挖刀液壓油缸輸送液壓油。

 

　　3.刀盤驅(qū)動，由螺栓牢固地連接在前盾承壓隔板上的法蘭上，它可以使刀盤在順時針和逆時針兩個方向上實現(xiàn)無級變速。刀盤驅(qū)動主要由8組傳動副和主齒輪箱組成，每組傳動副由一個斜軸式變量軸向柱塞馬達(dá)和水冷式變速齒輪箱組成，其中一組傳動副的變速齒輪箱中帶有制動裝置，用于制動刀盤。安裝在前盾右側(cè)承壓隔板上的一臺定量螺旋式液壓泵驅(qū)動主齒輪箱中的齒輪油，用來潤滑主齒輪箱，該油路中一個水冷式的齒輪油冷卻器用來冷卻齒輪油。

 

　　4.雙室氣閘，雙室氣閘裝在前盾上，包括前室和主室兩部分，當(dāng)掘進(jìn)過程中刀具磨損工作人員進(jìn)入到泥土倉檢察及更換刀具時，要使用雙室氣閘。在進(jìn)入泥土倉時，為了避免開挖面的坍坍，要在泥土倉中建立并保持與該地層深度土壓力與水壓力相適應(yīng)的氣壓，這樣工作人員要進(jìn)出泥土倉時，就存在一個適應(yīng)泥土倉中壓力的問題，通過調(diào)整氣閘前室和主室的壓力，就可以使工作人員可以適應(yīng)常壓和開挖倉壓力之間的變化。但要注意，只有通過高壓空氣檢查和受到相應(yīng)培訓(xùn)有資質(zhì)的人員，才可以通過氣閘進(jìn)出有壓力的泥土倉�，F(xiàn)以工作人員從常壓的操作環(huán)境下進(jìn)入有壓力的泥土倉為例，來說明雙室氣閘的作用。工作人員甲先從前室進(jìn)入主室，關(guān)閉前室和主室之間的隔離門，按照規(guī)定程序給主室加壓，直到主室的壓力和泥土倉的壓力相同時，打開主室和泥土倉之間的閘閥，使兩者之間壓力平衡，這時打開主室和泥土倉之間的隔離。

 

　　5.管片拼裝機,盾構(gòu)機掘進(jìn)一環(huán)的距離后，拼裝機操作手操作拼裝機拼裝單層襯砌管片，使隧道—次成型。管片拼裝機由拼裝機大梁、支撐架、旋轉(zhuǎn)架和拼裝頭組成。拼裝機大梁用法蘭連接在中盾的后支撐架上，拼裝機的支撐架通過左右各兩個滾輪安放在拼裝機大梁上的行走槽中，一個內(nèi)圈為齒圈形式滾珠軸承外圈通過法蘭與拼裝機支撐架相連，內(nèi)圈通過法蘭與旋轉(zhuǎn)架相連，拼裝頭與旋轉(zhuǎn)支架之間用兩個伸縮油缸和一個橫梁相連接。

 

　　6. 排土機構(gòu),盾構(gòu)機的排土機構(gòu)主要包括螺旋輸送機和皮帶輸送機。螺旋輸送機由斜盤式變量軸向柱塞馬達(dá)驅(qū)動，皮帶輸送機由電機驅(qū)動。碴土由螺旋輸送機從泥土倉中運輸?shù)狡�帶輸送機上，皮帶輸送機再將碴土向后運輸至第四節(jié)臺車的尾部，落入等候的碴土車的土箱中，土箱裝滿后，由電瓶車牽引沿軌道運至豎井，龍門吊將士箱吊至地面，并倒入碴土坑中。螺旋輸送機有前后兩個閘門，前者關(guān)閉可以使泥土倉和螺旋輸送機隔斷，后者可以在停止掘進(jìn)或維修時關(guān)閉，在整個盾構(gòu)機斷電緊急情況下，此閘門也可由蓄能器貯存的能量自動關(guān)閉，以防止開挖倉中的水及渣土在壓力作用下進(jìn)入盾構(gòu)機。

 

　　7.后配套設(shè)備,后配套設(shè)備主要由以下幾部分組成：管片運輸設(shè)備、四節(jié)后配套臺車及其上面安裝的盾構(gòu)機操作所需的操作室、電氣部件、液壓部件、注漿設(shè)備、泡沫設(shè)備、膨潤土設(shè)備、循環(huán)水設(shè)備及通風(fēng)設(shè)備等。A.管片運輸設(shè)備管片運輸設(shè)備包括管片運送小車、運送管片的電動葫蘆及其連接橋軌道。管片由龍門吊從地面下至豎井的管片車上，由電瓶車牽引管片車至第一節(jié)臺車前的電動葫蘆—方，由電動葫蘆吊起管片向前運送到管片小車上，由管制、車再向前運送，供給管片拼裝機使用。 B.一號臺車及其上的設(shè)備一號臺車上裝有盾構(gòu)機的操作室及注漿設(shè)備。盾構(gòu)機操作室中有盾構(gòu)機操作控制臺、控制電腦、盾構(gòu)機PLC自動控制系統(tǒng)、VMT隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)電腦及螺旋輸送機后部出土口監(jiān)視器。C.二號臺車及其上的設(shè)備二號臺車上有包含液壓油箱在內(nèi)的液壓泵站、膨潤土箱、膨潤土泵、盾尾密封油脂泵及潤滑油脂泵。液壓油箱及液壓泵站為刀盤驅(qū)動、推進(jìn)油缸、鉸接油缸、管片拼裝機、管片運輸小車、螺旋輸送機、注漿泵等液壓設(shè)備提供壓力油。泵站上裝有液壓油過濾及冷卻回路，液壓油冷卻器是水冷式。盾尾密封油脂泵在盾構(gòu)機掘進(jìn)時將盾尾密封油脂由12條管路壓送到三排盾尾密封刷與管片之間形成的兩個腔室中，以防止注射到管片背后的漿液進(jìn)入盾體內(nèi)。潤滑油脂泵將油脂泵送到盾體中的小油脂桶中，盾構(gòu)機掘進(jìn)時，電機驅(qū)動的小油脂泵將油脂泵送到主驅(qū)動齒輪箱、螺旋輸送機齒輪箱及刀盤回轉(zhuǎn)接頭中。這些油脂起到兩個作用，一個作用是被注入到上述三個組件中唇形密封件之間的空間起到潤滑唇形密封件工作區(qū)域及幫助阻止臟物進(jìn)入被密封區(qū)域內(nèi)部的作用，對于螺旋輸送機齒輪箱還有另外一個作用，就是潤滑齒輪箱的球面軸承。D.三號臺車及其上的設(shè)備三號臺車上裝有兩臺打氣泵、一個1立方米貯氣罐、一組配電柜及一臺二次風(fēng)機。打氣泵可提供8Bar的壓縮空氣并將壓縮空氣貯存在貯氣罐中，壓縮空氣可以用來驅(qū)動盾尾油脂泵、密封油脂泵和氣動污水泵，用來給人閘、開挖室加壓，用來操作膨潤土、盾尾油脂的氣動開關(guān)，用來與泡沫劑、水混合形成改良土壤的泡沫，用來使用氣動工具等。二次風(fēng)機由11kW的電機驅(qū)動，將由中間井輸送至第四節(jié)臺車位置處的新鮮空氣，繼續(xù)向前泵送至盾體附近，以給盾構(gòu)機提供良好的通風(fēng)。E.四號臺車及其上的設(shè)備四號臺車上裝有變壓器、電纜卷筒、水管卷筒、風(fēng)管盒。鋪設(shè)在隧道中的兩條內(nèi)徑為100mm的水管作為盾構(gòu)機的進(jìn)、回水管，將豎井地面的蓄水池與水管卷筒上的水管連接起來，與蓄水池連接的一臺高壓水泵驅(qū)動盾構(gòu)機用水在蓄水池和盾構(gòu)機之間循環(huán)。通常情況下，進(jìn)人盾構(gòu)機水管卷筒水管的水壓控制在5Bar左右。正常掘進(jìn)時，進(jìn)人盾構(gòu)機水循環(huán)系統(tǒng)的水有以下的用途：對掖壓油、主驅(qū)動齒輪油、空壓機、配電柜中的電器部件及刀盤驅(qū)動副變速箱具有冷卻功能，為泡沫劑的合成提供用水，提供給盾構(gòu)機及隧道清潔用水。蓄水池中的水用冷卻塔進(jìn)行循環(huán)冷卻。風(fēng)管盒中裝有折疊式的風(fēng)管，風(fēng)管與豎井地面上的風(fēng)肌連接，向隧道中的盾構(gòu)機里提供新鮮空氣。新鮮空氣通過風(fēng)管被送至第四節(jié)臺車的位置。

 

　　8.電氣設(shè)備盾構(gòu)機電氣設(shè)備包括電纜卷筒、主供電電纜、變壓器、配電柜、動力電纜、控制電纜、控制系統(tǒng)、操作控制臺、現(xiàn)場控制臺、螺旋輸送機后部出土口監(jiān)視器、電機、插座、照明、接地等。電器系統(tǒng)最小保護(hù)等級為IP5．5。主供電電纜安裝在電纜卷筒上，10kV的高壓電由地面通過高壓電纜沿隧道輸送到與之連接的主供電電纜上，接著通過變壓器轉(zhuǎn)變成400v，50Hz的低壓電進(jìn)人配電柜，再通過供電電纜和控制電纜供盾構(gòu)機使用。西門子S7-PLC是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，控制系統(tǒng)用于控制盾構(gòu)機掘進(jìn)、拼裝時的各主要功能。例如盾構(gòu)機要掘進(jìn)時，盾構(gòu)機司機按下操作控制臺上的掘進(jìn)按鈕，一個電信號就被傳到PLC控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)首先分析推進(jìn)的條件是否具備(如推進(jìn)油缸液壓油泵是否打開，潤滑脂系統(tǒng)是否工作正常等，．如果推進(jìn)的條件不具備，就不能推進(jìn)，如果條件具備，控制系統(tǒng)就會使推進(jìn)按鈕指示燈變亮，同時控制系統(tǒng)也會給推進(jìn)油缸控制閥的電磁閥供電，電磁閥通電打開推進(jìn)油缸控制閥，盾構(gòu)機開始向前推進(jìn)。PLC安裝于控制室，在配電柜里裝有遠(yuǎn)程接口，PLC系統(tǒng)也與操作控制臺的控制電腦及VMT公司的SLS-T隧道激光導(dǎo)向系統(tǒng)電腦相連。     盾構(gòu)機操作室內(nèi)的操作控制臺和盾構(gòu)機某些可移動裝置旁邊的現(xiàn)場控制臺(如管片拼裝機、管片吊車、管片運送小車等)用來操作盾構(gòu)機，實現(xiàn)各種功能。操作控制臺上有控制系統(tǒng)電腦顯示器、實現(xiàn)各種功能的按鈕、調(diào)整壓力和速度的旋鈕、顯示壓力或油缸伸長長度的顯示模塊及各種鑰匙開關(guān)等。  螺旋輸送機后部出土口監(jiān)視器用來監(jiān)視螺旋輸送機的出土情況。電機為所有液壓油泵、皮帶機、泡沫劑泵、合成泡沫用水水泵、膨潤土泵等提供動力。當(dāng)電機的功率在30kW以下時，采用直接起動的方式，當(dāng)電機的功率大于30kW時，為了降低起動電流，采用星形—三角形起動的方式。

 

　　9.輔助設(shè)備，輔助設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、S1S-T隧道激光導(dǎo)向系統(tǒng)、注漿裝置、泡沫裝置、膨潤土裝置。

　　A.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件是一臺有一定配置要求的計算機和能使該計算機與隧道中掘進(jìn)的盾構(gòu)機保持聯(lián)絡(luò)的調(diào)制解調(diào)器、轉(zhuǎn)換器及電話線等原件。該計算機可以放置在地面的監(jiān)控室中，并始終與隧道中掘進(jìn)的盾構(gòu)機自動控制系統(tǒng)的PLC保持聯(lián)絡(luò)，這樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就可以和盾構(gòu)機自動控制系統(tǒng)的PLC具有相同的各種關(guān)于盾構(gòu)機當(dāng)前狀態(tài)的信息。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按掘進(jìn)、管片拼裝、停止掘進(jìn)三個不同運行狀態(tài)段來記錄、處理、存儲、顯示和評判盾構(gòu)機運行中的所有關(guān)鍵監(jiān)控參數(shù)。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，地面工作人員就可以在地面監(jiān)控室中實時監(jiān)控盾構(gòu)機各系統(tǒng)的運行狀況。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還可以完成以下任務(wù)：用來查找盾構(gòu)機以前掘進(jìn)的檔案信息，通過與打印機相連打印各環(huán)的掘進(jìn)報告，修改隧道中盾構(gòu)機的PLC的程序等等。

　　B.隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)

　　德國VMT公司的SLS-T隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)主要作用有以下幾點：①可以在隧道激光導(dǎo)向系統(tǒng)用電腦顯示屏上隨時以圖形的形式顯示盾構(gòu)機軸線相對于隧道設(shè)計軸線的準(zhǔn)確位置，這樣在盾構(gòu)機掘進(jìn)時，操作者就可以依此來調(diào)整盾構(gòu)機掘進(jìn)的姿態(tài)，使盾構(gòu)機的軸線接近隧道的設(shè)計軸線，這樣盾構(gòu)機軸線和隧道設(shè)計軸線之間的偏差就可以始終保持在一個很小的數(shù)值范圍內(nèi)。②推進(jìn)一環(huán)結(jié)束后，隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)從盾構(gòu)機PLC自動控制系統(tǒng)獲得推進(jìn)油缸和鉸接油缸的油缸桿伸長量的數(shù)值，并依此計算出上一環(huán)管片的管環(huán)平面，再綜合考慮被手工輸入隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)電腦的盾尾間隙等因素，計算并選擇這—環(huán)適合拼裝的管片類型。③可以提供完整的各環(huán)掘進(jìn)姿態(tài)及其他相關(guān)資料的檔案資料。④可以通過標(biāo)準(zhǔn)的隧道設(shè)計幾何元素計算出隧道的理論軸線。⑤可以通過調(diào)制解調(diào)器和電話線和地面的一臺電腦相連，這樣在地面就可以實時監(jiān)控盾構(gòu)機的掘進(jìn)姿態(tài)。

　　隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)主要部件有激光經(jīng)緯儀、帶有棱鏡的激光靶、黃盒子、控制盒和隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)用電腦。激光經(jīng)緯儀臨時固定在安裝好的管片上，隨著盾構(gòu)機的不斷向前掘進(jìn)，激光經(jīng)緯儀也要不斷地向前移動，這被稱為移站。激光靶則被固定在中盾的雙室氣閘上。激光經(jīng)緯儀發(fā)射出激光束照射在激光靶上，激光靶可以判定激光的入射角及折射角，另外激光靶內(nèi)還有測傾儀，用來測量盾構(gòu)機的滾動和傾斜角度，再根據(jù)激光經(jīng)緯儀與激光靶之間的距離及各相關(guān)點的坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)就可以計算出當(dāng)前盾構(gòu)機軸線的準(zhǔn)確位置�？刂坪杏脕斫M織隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)電腦與激光經(jīng)緯儀和激光靶之間的聯(lián)絡(luò)，并向黃盒子和激光靶供電。黃盒子用來向激光經(jīng)緯儀供電并傳輸數(shù)據(jù)。隧道掘進(jìn)激光導(dǎo)向系統(tǒng)電腦則是將該系統(tǒng)獲得的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合、計算和評估。所得結(jié)果可以被以圖形或數(shù)字的形式顯示在顯示屏上。

　　C.注漿裝置

　　注漿裝置主要包括兩個注漿泵、漿液箱及管線。在豎井，漿液被放入漿液車中，電瓶車牽引漿液車至盾構(gòu)機漿液箱旁，漿液車將漿液泵入漿液箱中。兩個注漿泵各有兩個出口，這樣總共有四個出口，四個出口直接連至盾尾上圓周方向分布的四個注漿管上，盾構(gòu)機掘進(jìn)時，山注漿泵泵出的漿液被同步注入隧道管片與土層之間的環(huán)隙中，漿液凝固后就可以起到穩(wěn)定管片和地層的作用。為了適應(yīng)開挖速度的快慢，注漿裝置可根據(jù)壓力來控制注漿量的大小，可預(yù)先選擇最小至最大的注漿壓力，這樣可以達(dá)到兩個目的，一是盾尾密封不會被損壞，管片不會受過大的壓力，二是對周圍土層的擾動最小。注漿方式有兩種：人工方式和自動方式。人工方式可以任選四根注漿管中的一根，由操作人員在現(xiàn)場操作臺上操作按鈕啟動注漿系統(tǒng)；自動方式則是在注漿現(xiàn)場操作臺上預(yù)先設(shè)定好的，盾構(gòu)機掘進(jìn)即啟動注漿系統(tǒng)。

　　D.泡沫裝置

　　泡沫系統(tǒng)主要包括泡沫劑罐、泡沫劑泵、水泵、四個溶液計量調(diào)節(jié)閥、四個空氣劑量調(diào)節(jié)閥個液體流量計、四個氣體流量計、泡沫發(fā)生器及連接管路。泡沫裝置產(chǎn)生泡沫，并向盾構(gòu)機開挖室中注入泡沫，用于開挖土層的改良，作為支撐介質(zhì)的土在加入泡沫后，其塑型、流動性、防滲性和彈性都得到改進(jìn)，盾構(gòu)機掘進(jìn)驅(qū)動功率就可減少，同時也可減少刀具的磨損。泡沫劑泵將泡沫劑從泡沫劑罐中泵出，并與水泵泵出的水按盾構(gòu)司機操作指令的比例混合形成溶液，控制系統(tǒng)是通過安裝在水泵出水口處的液體流量計測量水泵泵出水的流量，并根據(jù)這一流量控制泡沫劑泵的輸出量來完成這一混合比例指令的�；旌先芤合蚯拜斔椭炼荏w中，被分配輸送到四條管路中，經(jīng)過溶液劑量調(diào)節(jié)閥和液體流量計后，又被分別輸送到四個泡沫發(fā)生器中，在泡沫發(fā)生器中與同時被輸入的壓縮空氣混合產(chǎn)生泡沫，壓縮空氣進(jìn)入泡沫發(fā)生器前也要先經(jīng)過氣體流量計和空氣劑量調(diào)節(jié)閥。泡沫劑溶液和壓縮空氣也是按盾構(gòu)機司機操作指令的比例混合的，這一指令需通過盾構(gòu)機控制系統(tǒng)接收液體流量計和氣體流量計的信息并控制空氣劑量調(diào)節(jié)閥和溶液劑量調(diào)節(jié)閥來完成。最后，泡沫沿四條管路通過刀盤旋轉(zhuǎn)接頭，再通過刀盤上的開口，注入到開挖室中。在控制室，操作人員也可以根據(jù)需要從四條管路中任意選擇，向開挖室加入泡沫。

　　E.膨潤土裝置

　　膨潤土裝置也是用來改良土質(zhì)，以利于盾構(gòu)機的掘進(jìn)。膨潤土裝置主要包括膨潤土箱、膨潤土泵、九個氣動膨潤土管路控制閥及連接管路。和漿液一樣，在豎井，膨潤土被放人膨潤土車中，電瓶車牽引膨潤土車至膨潤土箱旁，膨潤土車將膨潤土泵入膨潤土箱中。

　　需要注入膨潤土?xí)r，膨潤土被膨潤土泵沿管路向前泵至盾體內(nèi)，操作人員可根據(jù)需要，在控制室的操作控制臺上，通過控制氣動膨潤土管路控制閥的開關(guān)，將膨潤土加入到開挖室、泥土倉或螺旋輸送機中。

 

　　1.始發(fā),目前國內(nèi)各大城市為緩解交通壓力積極修建地下軌道交通，盾構(gòu)施工因其安全高效的優(yōu)越性被國內(nèi)外地鐵界所青睞。即使使用盾構(gòu)也有一定的風(fēng)險。如盾構(gòu)在隧道掘進(jìn)時只能前進(jìn)，不可后退，一旦盾構(gòu)機本身出現(xiàn)致命的故障，可能會產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。在始發(fā)階段出問題的概率偏高，即使是非常有經(jīng)驗的承包商也常會在始發(fā)時發(fā)生事故。

　　始發(fā)前期準(zhǔn)備工作:為保證盾構(gòu)機順利始發(fā)，需進(jìn)行一系列的準(zhǔn)備工作，主要包括：①端頭加固；②洞門鑿除及環(huán)板安裝；③地面相關(guān)配套設(shè)施安裝調(diào)試；④盾構(gòu)機托架及反力架安裝；⑤軌道鋪設(shè)；⑥盾構(gòu)機下井、組裝調(diào)試等。

　　端頭加固:在盾構(gòu)始發(fā)前，一般要對洞口地層的穩(wěn)定情況進(jìn)行評價，并采取有針對性的處理措施。端頭加固一般采用攪拌樁、旋噴樁、素混凝土連續(xù)墻、凍結(jié)法、注漿法、SMW工法等。選擇哪一種方法要根據(jù)具體地層情況來定，并嚴(yán)格控制整個過程。端頭加固土體須具有良好的穩(wěn)定性和防水性，確保盾構(gòu)機始發(fā)時端頭土體不坍塌不滲漏。

　　洞門鑿除:在洞門破除前，需要在洞門范圍內(nèi)梅花型打孔，深度在1.5～2.0m左右，間距約為1m，通過觀察有無滲水漏砂來辨別洞門的安全。若無明顯滲漏水洞門鑿除分區(qū)分塊自上而下人工鑿除。

　　地面相關(guān)配套系統(tǒng):地面系統(tǒng)主要包括渣土、管片等運輸系統(tǒng)、攪拌站注漿系統(tǒng)、電瓶車充電系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。

　　托架安裝:盾構(gòu)需以一定的坡度始發(fā)，但考慮到盾構(gòu)在始發(fā)掘進(jìn)過程中，由于盾構(gòu)機自身重心靠前，始發(fā)掘進(jìn)時容易產(chǎn)生向下的“磕頭”現(xiàn)象，托架標(biāo)高需高于設(shè)計標(biāo)高20～30mm，盾構(gòu)機托架安裝時應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)機計劃姿態(tài)進(jìn)行設(shè)置，垂直于洞門方向進(jìn)行擺放，托架由型鋼加工而成，現(xiàn)場拼裝。

　　反力架安裝:盾構(gòu)反力架由鋼環(huán)、后盾框及鋼支撐組成，盾構(gòu)向前掘進(jìn)時的反向力，通過反力架傳遞至主體結(jié)構(gòu)的底板和頂板上，盾構(gòu)反力架應(yīng)垂直于托架，即垂直于盾構(gòu)機姿態(tài)擺放。

　　軌道鋪設(shè):在始發(fā)階段盾構(gòu)機臺車未進(jìn)入隧道之前，先鋪設(shè)臨時軌道，供電瓶車和臺車使用。

 

　　盾構(gòu)機由主體和后配套系統(tǒng)組成，主體由刀盤、前體、中體、盾尾4件組成；后置配套設(shè)備有連接橋、管片拼裝機、螺旋機、1#拖車、2#拖車、3#拖車、4#拖車、5#拖車組成。其主體設(shè)備部分大而重，需采用250t履帶式起重機作為盾構(gòu)機主體的主力吊機進(jìn)行吊裝，入井作業(yè)順序是先將拖車、連接橋等后配套設(shè)備吊裝入井，再將中體、前體、盾尾（拼裝機、螺旋機）、刀盤依次吊裝入井。

 

　　盾構(gòu)機調(diào)試分為空載調(diào)試和負(fù)載調(diào)試。①空載調(diào)試：盾構(gòu)機拼裝和連接完畢后，即可進(jìn)行空載調(diào)試，空載調(diào)試主要是檢查設(shè)備是否正常運轉(zhuǎn)。主要調(diào)試內(nèi)容為：液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變速系統(tǒng)、管片拼裝機以及各種儀表。②負(fù)載調(diào)試;通常試掘進(jìn)時間即為對設(shè)備負(fù)載調(diào)試，負(fù)載調(diào)試時將采取嚴(yán)格的技術(shù)和管理措施保證工程安全、工程質(zhì)量和線型精度。

 

　　由于始發(fā)臺在盾構(gòu)始發(fā)時要承受縱向、橫向的推力以及約束盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)的扭矩。所以在盾構(gòu)始發(fā)之前，根據(jù)實際情況對始發(fā)臺兩側(cè)進(jìn)行必要的加固。

 

　　安裝負(fù)環(huán)管片之前，為保證負(fù)環(huán)管片不破壞尾盾刷、保證負(fù)環(huán)管片在拼裝好以后能順利向后推進(jìn)，在盾殼內(nèi)安設(shè)厚度不小于盾尾間隙的型鋼，以使管片在盾殼內(nèi)的位置得到保證。

 

　　負(fù)環(huán)管片后移

　　第一環(huán)負(fù)環(huán)管片拼裝成圓后，用4～5組油缸完成管片的后移。管片在后移過程中，要嚴(yán)格控制每組推進(jìn)油缸的行程，保證每組推進(jìn)油缸的行程差小于10mm。在管片的后移過程中，要注意不要使管片從盾殼內(nèi)的型鋼上滑落。

 

　　在安裝井內(nèi)的負(fù)環(huán)管片的拼裝類型通常采取通縫拼裝，通縫拼裝可以保證及時快速的拆除負(fù)環(huán)管片。還有一種就是錯縫拼接，這種拼接方式很穩(wěn)固，但是卻不易拆除。

 

　　盾構(gòu)在空載向前推進(jìn)時，主要控制盾構(gòu)的推進(jìn)油缸行程和限制盾構(gòu)每一環(huán)的推進(jìn)量。在盾構(gòu)向前推進(jìn)的同時，檢查盾構(gòu)是否與始發(fā)臺、始發(fā)洞相吻合和是否有其他異常事件的發(fā)生，檢查盾構(gòu)的軸線是否與設(shè)定軸線吻合，確保盾構(gòu)安全正確的向前推進(jìn)。始發(fā)時盾構(gòu)姿態(tài)的控制主要通過盾構(gòu)機的推進(jìn)油缸行程來控制姿態(tài)。

 

　　完全清除洞門砼后，確認(rèn)洞門環(huán)板、活動壓板和橡膠簾板與盾構(gòu)機刀盤不沖突，盾構(gòu)機即可向前推進(jìn)，盡快推進(jìn)千斤頂使盾構(gòu)機進(jìn)入洞門。洞門止水裝置包括洞門環(huán)板、橡膠簾板和活動壓板，當(dāng)盾構(gòu)機刀盤進(jìn)入洞門后，調(diào)整止水裝置的活動壓板位置并固定，不讓它妨礙到盾構(gòu)機的推進(jìn)。

 

　　當(dāng)盾尾通過洞門密封后，立即調(diào)整壓板，盡量減少壓板和管片之間的間隙，并進(jìn)行回填注漿，以避免洞門間隙處產(chǎn)生水土流失。在始發(fā)掘進(jìn)過程中，當(dāng)盾尾完全進(jìn)入洞門后，橡膠止水布簾及壓板和管片外壁接觸時，間隙落差瞬時擴大，這時土體若不穩(wěn)定，盾構(gòu)掘進(jìn)將會有一個新的風(fēng)險點。

 

　　在盾尾完全進(jìn)入洞體后，調(diào)整洞口密封，進(jìn)行洞口注漿。漿液不但要求順利注入，而且要有早期的強度，注漿壓力控制在2bar以內(nèi)。

 

　�。�1）始發(fā)洞門處于不穩(wěn)定性土層中，雖然已經(jīng)進(jìn)行了端頭加固，但受制于地質(zhì)條件和加固方式的影響，加固土體難以達(dá)到理想效果，且土層遇水后，強度降低，容易崩塌，故人工鑿除洞門時存在一定的塌方風(fēng)險；

　�。�2）盾構(gòu)筒體完全進(jìn)入之前，刀盤已經(jīng)脫離加固區(qū)，在原狀土和加固區(qū)分界部位，挖掘面的壓力會有突變現(xiàn)象，并可能伴有端頭加固的塊狀物剝落、堵塞螺旋出土器出口、土艙壓力突變，形成較大的壓力波動，造成地表下陷，嚴(yán)重的造成頂部塌方。

　　（3）筒體完全進(jìn)入洞門的瞬間，洞門橡膠簾板和活動壓板和筒體之間的距離突然加大，形成了漏水漏砂通道，處理不善，會導(dǎo)致坍塌。

　　（4）盾構(gòu)機托架或反力架變形，導(dǎo)致盾構(gòu)機無法沿軸線方向進(jìn)入洞門。

 

　�。�1）在人工鑿除洞門前，利用預(yù)埋的觀察孔，提前進(jìn)行評估，并在洞門范圍內(nèi)梅花型打孔，一般深度為1.5～2.0m，間距為1m，直接觀察水量和含砂量辨別洞門的安全性。如果有滲水，可直接在洞門范圍內(nèi)打孔，并插入PVC管進(jìn)行小導(dǎo)管注漿，給予正面加固。若有噴砂將在底部形成堆積，盾構(gòu)在頂進(jìn)時造成底部橡膠止水布簾拉壞，盾構(gòu)頂進(jìn)后，底部形成通道，無法形成密封空間，這種情況下可以底部做圍蔽，利用素混凝土正面封堵。

　　（2）針對土壓力波動應(yīng)采用以下措施：

　　a調(diào)整刀盤轉(zhuǎn)速和推進(jìn)速度，盡量減少大塊樁體的剝落；

　　b調(diào)整螺旋出土器的轉(zhuǎn)速，控制出土速度，確保土壓的穩(wěn)定。

　�。�3）針對筒體完全進(jìn)入洞門時產(chǎn)生的風(fēng)險，應(yīng)采取以下措施：

　　a筒體完全進(jìn)入洞門前應(yīng)安排專人在盾構(gòu)機兩側(cè)觀察洞門情況，以便迅速采取有效應(yīng)對措施；

　　b應(yīng)盡量避免盾構(gòu)機在此位置長時間停留，以快速通過為宜；

　　c如發(fā)現(xiàn)有滲水現(xiàn)象，可局部調(diào)整壓板位置，注意此時只能一個個進(jìn)行調(diào)整，以免幾個同時調(diào)整范圍太大導(dǎo)致橡膠簾板反卷；

　　d如盾尾完全進(jìn)入簾板超過1米時，洞門處仍有水滲出，可考慮采用盾尾雙液注漿從內(nèi)部進(jìn)行封堵。

　�。�4）針對托架、反力架變形，采取如下措施：

　　a采用合適的材料，確保托架和反力架自身設(shè)計剛度、強度及穩(wěn)定性能夠滿足始發(fā)要求；

　　b托架定位軸線和盾構(gòu)機軸線一致，避免側(cè)推力過大，在盾構(gòu)機吊裝時必須實時測量，確保盾構(gòu)機按確定位置擺放；

　　c盾構(gòu)機推進(jìn)時合理選擇千斤頂，控制盾構(gòu)機最大推力，且使反力架均勻受力；

　　d托架和反力架各連接點應(yīng)采用有效的連接方式保證連接牢靠，各構(gòu)件安裝要定位精確，并確保連接強度；

　　e盾構(gòu)機吊裝時應(yīng)注意平穩(wěn)放置在托架上，避免產(chǎn)生較大沖擊力，造成托架變形；

　　f盾構(gòu)始發(fā)時應(yīng)安排專人在盾構(gòu)機兩側(cè)隨時觀察托架及反力架受力和變形情況，如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時通知值班工程師停機，并對反力架或托架進(jìn)行加固，以及調(diào)整推進(jìn)參數(shù)。

 

　　2.盾構(gòu)機掘進(jìn)技術(shù)，掘進(jìn)時要隨時注意刀盤扭矩、螺旋機扭矩、推進(jìn)速度、土倉壓力、鉸接的變化，渣土狀況和盾構(gòu)機姿態(tài)等，根據(jù)相應(yīng)的狀況及時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。確保刀盤和刀具不超載，掘進(jìn)方向不超線。

　　a 、軟硬不均地層軟硬不均地層就是指盾構(gòu)機掘進(jìn)斷面的地質(zhì)不均,斷面的上部、中部、下部、左邊、右邊的圍巖強度變化大，如上部是軟土層，下部是硬巖層。掘進(jìn)中刀盤的扭矩變化大，盾構(gòu)機有較大滾動和震動現(xiàn)象和間斷的響聲，掘進(jìn)方向很難控制，渣土中會有較大的石塊出現(xiàn)。在此地層中應(yīng)采用低刀盤轉(zhuǎn)速、低推進(jìn)速度掘進(jìn)。因為掌子面地質(zhì)不均，掘進(jìn)時，刀盤各部位會受力不均，容易使部分刀具受力過大而不能轉(zhuǎn)動，最終導(dǎo)致偏磨。還有就是當(dāng)推進(jìn)速度太快時，刀具的切入量也很大，容易使刀盤扭矩突然上升超過設(shè)定值而卡死，甚至使刀圈崩裂脫落。

　　b 、硬巖地層就是指盾構(gòu)機掘進(jìn)斷面的各部分圍巖強度變化小，整體強度在70MPa以上。掘進(jìn)中刀盤的扭矩大，推進(jìn)速度明顯減慢，盾構(gòu)機有較大滾動和震動現(xiàn)象和連續(xù)的響聲，渣土中會有很多的石塊出現(xiàn)。在此地層中應(yīng)采用高刀盤轉(zhuǎn)速、低推進(jìn)速度掘進(jìn)。掘進(jìn)時要向刀盤和螺旋機多加泡沫，向土倉加水，對刀盤和螺旋機進(jìn)行冷卻、潤滑，就是降低刀具和螺旋帶的磨損速度。為了防止刀具的超載，不能為了提高推進(jìn)速度而盲目加大油缸推力。

　　c 、粘土地層就是指土質(zhì)比較粘，土的滲水性弱，與水不易混合，容易形成塊狀。掘進(jìn)中容易在刀盤上形成泥餅。此種地層中掘進(jìn)應(yīng)向刀盤多加泡沫和水，多攪拌，改善渣土的流動性和塑性；防止在刀盤上形成泥餅，裹住刀具使刀具不能轉(zhuǎn)動而偏磨。再有就是掘進(jìn)中要隨時注意刀盤扭矩和究竟速度的變化，當(dāng)掘進(jìn)速度明顯降低，而刀盤扭矩卻增加時，很有可能是刀盤上形成了泥餅，應(yīng)立即采取措施處理，加泡沫加水?dāng)嚢璩�去泥餅，如地質(zhì)條件允許，可開倉用水沖洗刀盤，快速除去泥餅。

　　d、含砂富水地層此地層自穩(wěn)性差，含有大量砂粒、礫石，遇水容易坍塌。此時應(yīng)噴入膨潤土，在開挖面上形成泥膜，改善沙土的流塑性，防止涌水流砂和發(fā)生噴涌現(xiàn)象，并利于螺旋輸送機排土。每環(huán)掘進(jìn)結(jié)束前要保證土倉相當(dāng)?shù)脑�土量，讓下一環(huán)開始掘進(jìn)時不會因土倉水太多而發(fā)生噴涌。掘進(jìn)應(yīng)采用土壓平衡模式，掘進(jìn)中要嚴(yán)格控制出渣量；要加大盾尾油脂的注入量和調(diào)整好盾構(gòu)姿態(tài)，防止水帶沙土從盾尾或鉸接密封處進(jìn)入隧道。

　　e、硬巖破碎地層此地層巖石強度較大，但整體結(jié)構(gòu)性差；巖層節(jié)理裂隙發(fā)育、透水能力強，巖層中含有石英、角礫、硅化角礫。掘進(jìn)時刀盤扭矩變化大，有較大的振動和響聲，對刀具的損傷較大，可能出現(xiàn)較大塊巖石的崩落和震斷刀圈。掘進(jìn)中要適當(dāng)降低刀盤轉(zhuǎn)速和掘進(jìn)速度，防止刀具因超載而損壞，多加泡沫改善碴土性能，減小對刀具的磨損，提高碴土的流動性和止水性，以防失水；加強盾尾密封油脂的注入，確保盾尾密封效果；加強鉸接處的密封檢查，及時調(diào)節(jié)密封壓板螺栓，保證其密封效果。隨時觀察出渣口渣土情況。在地質(zhì)條件允許的情況下，適當(dāng)增加檢查刀具的頻率。

 

　　3.盾構(gòu)機的到達(dá)接收技術(shù)，構(gòu)機到達(dá)施工指從盾構(gòu)機到達(dá)接收井前50 m,到盾構(gòu)機進(jìn)入車站接收井上接收基座的整個施工過程。

　　A.端頭加固，施工方法和技術(shù)與盾構(gòu)始發(fā)的相似。

　　B.在接收井準(zhǔn)備潛水泵抽水。

　　C.人工復(fù)核測量:在盾構(gòu)推進(jìn)至盾構(gòu)到達(dá)范圍時,對盾構(gòu)機的位置進(jìn)行準(zhǔn)確測量,在到達(dá)前200 m進(jìn)行聯(lián)系測量,到達(dá)前50 m加強盾構(gòu)姿態(tài)及隧道線形測量,同時對接收洞門位置進(jìn)行復(fù)核測量,確定盾構(gòu)機的貫通姿態(tài)及糾偏計劃。盾構(gòu)貫通前25環(huán)最后一次導(dǎo)站時,充分利用貫通前線路復(fù)測的結(jié)果,用測量二等控制點的辦法精確測量測站、后視點的坐標(biāo)和高程，每一測量點的測量不少。

　　D.盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整根據(jù)人工復(fù)核測量結(jié)果,制定盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整方案,并逐漸將盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整至計劃的位置。確定盾構(gòu)貫通姿態(tài)時,盾構(gòu)機姿態(tài)必須控制在規(guī)定范圍內(nèi)(平面不大于±20 mm,高程不大于±20 mm,水平偏航角不大于±3 mm/m,垂直偏航角不大于3 mm/m),避免出現(xiàn)俯角姿態(tài)。根據(jù)實測洞門位置調(diào)整隧道貫通時刀盤位置,避免刀盤卡在洞口。盾構(gòu)進(jìn)入到達(dá)段后,以“小推力、低刀盤轉(zhuǎn)速,減小擾動”為原則,結(jié)合理論計算及經(jīng)驗調(diào)整掘進(jìn)。若停機時間較長,需適當(dāng)推進(jìn)油缸將土壓提升,以免地面發(fā)生較大的沉降;在盾構(gòu)刀盤距圍護(hù)樁10 m時,將掘進(jìn)速度控制在15 mm/min左右,控制出土量并逐步減小土倉壓力,在最后兩環(huán)采用趨于零土壓的掘進(jìn)模式;在盾構(gòu)刀盤距圍護(hù)樁5 m時,利用二次注漿孔對盾尾管片進(jìn)行環(huán)箍注漿,以阻止盾構(gòu)后部的水流向洞口在盾構(gòu)刀盤距圍護(hù)樁2 m左右時,在洞門中心鑿一個300 mm直徑的孔以較準(zhǔn)確確定盾構(gòu)與洞門的相對位置；最后一環(huán)掘進(jìn)時,要注意減少注漿量,控制在前半環(huán)推進(jìn)時將砂漿注完,后半環(huán)改膨潤土單液注入,防止堵塞注漿管；進(jìn)入到達(dá)段后,地面監(jiān)控人員要注意跟蹤監(jiān)測車站主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻及地表情況,發(fā)現(xiàn)異常時及時與相關(guān)人員聯(lián)系。

　　E.管片拼裝: 隧道貫通后,盾構(gòu)前方?jīng)]有了反推力,將造成管片之間環(huán)縫連接不緊密,易滲漏,因此將靠近洞口的10環(huán)管片用型鋼焊接連接縱向拉緊,保證管片間的防水條壓縮到位。管片安裝完畢后,用風(fēng)動扳手?jǐn)Q緊環(huán)向及縱向螺栓,且在下一環(huán)掘進(jìn)完畢后二次緊固螺栓。

　　F.洞門鑿除刀盤頂樁后停止掘進(jìn),鑿除洞口圍護(hù)樁。為減小破樁振動對端頭的影響,采用人工風(fēng)鎬破除。根據(jù)以往破樁經(jīng)驗,采用兩端破除截斷,中間整體吊出的方法。

　　G.洞門密封裝置安裝首先,對洞圈預(yù)埋鋼環(huán)上雙頭螺栓孔進(jìn)行攻絲清理,上緊雙頭螺栓后,再點焊固定。其次,洞門鑿除完成后,清理渣土,一次性安裝完防水密封裝置,并穿好鋼絲繩,暫且不拉緊。密封裝置安裝順序為:簾布橡膠板→圓環(huán)板→鋼翻板→墊圈→螺母。防水裝置翻板上鋼絲繩在盾構(gòu)出洞時要拉緊一次,等到盾尾拖出之后簾布橡膠板落到管片上時,再完全拉緊翻板上的鋼絲繩,以保證洞門密封效果防止水土流失造成洞門坍塌、洞門鑿?fù)旰?按照預(yù)計盾構(gòu)姿態(tài)對接收基座進(jìn)行初步定位, 做好加固材料準(zhǔn)備。盾構(gòu)貫通后根據(jù)盾構(gòu)機實際姿態(tài)對接收基座進(jìn)行準(zhǔn)確定位,加固接收基座。盾構(gòu)機標(biāo)高宜高出接收架的滑軌面標(biāo)高20 mm~30 mm。

　　H.盾構(gòu)主機出洞時盾尾能容納兩環(huán)管片,當(dāng)管片拼裝到設(shè)計洞門范圍內(nèi),需要利用千斤頂?shù)耐屏Π讯軜?gòu)主機推出洞口,此時在底部臨時安裝兩塊管片作為千斤頂?shù)闹�點,通過導(dǎo)軌把盾構(gòu)引上接收基座。

　　以上就是我在實習(xí)期間學(xué)習(xí)的技術(shù)內(nèi)容，對于這些技術(shù)的學(xué)習(xí)我的方法主要是看書、看圖紙、百度相關(guān)的施工視頻和資料然后到施工工地隧道里面實地學(xué)習(xí)，不懂的就百度，百度還不明白的就和同事們討論討論，最后再問前輩們的看法。對于一個問題一個技術(shù)要從多方面去思考、從簡到繁、從局部到整體、集思廣益，讓自己的思路處在一個最佳模式。

 

　　總結(jié)：盾構(gòu)機與隧道工程關(guān)鍵技術(shù)是中國未來城市地下軌道交通發(fā)展的關(guān)鍵，運用此技術(shù)的關(guān)鍵在于對工程地層情況的詳細(xì)勘測，然后根據(jù)地層設(shè)計合適的盾構(gòu)機，管理人員要清楚的知道地層與盾構(gòu)機的各方面數(shù)據(jù)，了解盾構(gòu)機的各個系統(tǒng)的工作原理，做到心中有數(shù)全局掌控。