中铁十二局集团第三工程有限公司 030024
摘要：随着我国地下工程的发展，盾构机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程，土压平衡式盾构机因其具有的独特性能优点，可以在不破坏地表及不引起地面变化的情况下能以较好的掘进效率构造出高质量的隧道，近年来在国内外城市地铁建设中获得了广泛的应用。
本文以某地区地铁项目中土压平衡盾构机设备故障为例。采购1台新制地铁盾构设备需要付费3000万元或者4000万元，费用较高，因此，相关部门决定对土压平衡盾构机设备内螺旋输送机系统进行改造和升级，满足工程施工需求的基础上，优化项目安全性和施工效率。
1土压平衡盾构机螺旋输送机系统概述
在地下工程发展进程不断优化的背景下，隧道工程项目数量也在不断增多，在工程体系内要应用盾构机，而土压平衡式盾构机基于其独特的优势成为了工程项目中的应用重点，能在有效并保证地面质量的基础上减少对地面的破坏，并且形成更加有效的掘进处理，从根本上提高隧道的质量水平。螺旋输送机系统是土压平衡盾构机中关键的结构，主要是螺旋筒、驱动单元以及液压系统等，各个元件都能发挥其实际价值和功能。1）螺旋输送机系统能合理地将仓内的土体进行连续排出和管理，一定程度上满足盾构机开挖的相应需求。2）螺旋输送机系统在工作过程中，能形成密封性土塞结构，不仅仅能有效减少土体内部的水分散失，也能保证土仓内的土压稳定性符合实际要求。3）在螺旋输送机系统运行进程中，相关人员能合理性持续监测盾构土仓中的土压参数，结合调整管理外排土的基本速度，并且维护动态土压平衡效果。需要注意的是，盾构机设计工作体系内需要借助机械和洞口管理，设计部门要结合工程项目和地质状态，建立相应的管理机制和项目控制体系，按照不同地质水文条件落实更加具有针对性的施工体系和管理项目。
2螺旋输送机不适用状况分析
2.1螺旋输送机无法伸缩
在早期的一部分土压平衡盾构机中，因设备生产时针对的地质情况比较稳定单一，对螺旋输送机的要求较低，部分螺旋输送机不具备伸缩功能。而当这些盾构机应用于相对复杂的地质环境时，将存在如下安全隐患：a、螺旋输送机无法伸缩，其前端无法设置闸门，导致在出现紧急状况时无法将螺旋输送机缩回，进而关闭进土口；b、螺旋轴无法前后移动，螺旋机容易被石块、钢筋等杂物卡滞；c、因螺旋机无法伸缩，若盾构长时间停机保压及盾构设备故障等情况，需要完全收回螺机后，将螺机最前部分位于前盾下端安装的两个闸门关闭。由于土仓内存在泥土、石块、地下水等混合物质，并有一定土压，考虑这些工况下，就必须要求土仓与其后部完全隔离开来，防止出现土压降低或混合物质返流回盾体等阻碍正常掘进或损坏设备的情况发生。因此这两个闸门的密封性就显得尤为重要。在螺旋轴或套筒出现磨损或故障的时候，无法在一个相对安全的检修环境下对螺旋机进行维护检修。
2.2螺旋输送机为前部驱动
部分土压平衡盾构机的螺旋机驱动部分安装于出渣口前，螺旋轴末端叶片焊接于回转机构上。马达通过回转套驱动螺旋机转动，回转套与外部筒体之间通过唇形密封圈密封。盾构机施工时，螺旋机处于长期转动的状态，这种密封处于螺旋机最外周，螺旋机每转动一周，摩擦长度最长，磨损量最大。在长区间施工时，存在密封在隧道内磨损过度的隐患。另一方面，该种结构还存在一重大缺陷，如果回转体在隧道内磨损过度，无法想隧道内解体驱动端来修复。多点泵同时提供着螺旋输送机、管片拼装机、回转中心等设备的润滑工作，其中螺旋输送机作为高频率运转设备，其各机构部分润滑必不可少。作为螺机润滑系统中核心部件递进式分配阀，一进多处并统计润滑次数，为盾构机主界面必不可少的硬性达标参数。但每分钟润滑次数并不能实际代表螺机被润滑的情况，根据设备情况适当增加润滑点位，加大螺机各相对协同作业机构的被润滑量。
2.3螺旋输送机为单闸门
盾构机在复合地层施工，尤其是富含地下水的环境时，存在压力突变，产生喷涌的风险。部分盾构机的螺旋输送机末端出土口仅有一道闸门，在这种突发情况需要关闭该闸门时，如果出现故障或者闸门口被堵塞，会导致闸门无法及时有效地关闭，进而导致整个盾构机被淹，产生严重的后果。
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3土压平衡盾构机螺旋输送机系统改造方案
正是因为土压平衡盾构机螺旋输送机系统存在的问题，要想从根本上提高其整体系统运行效率，就要建立健全统筹性较好的施工机制和施工流程，完善施工管理水平。也就是说，针对土压平衡盾构机螺旋输送机系统不适于施工环境的因素要进行统筹分析，确保结构和功能都能得到有效优化，提高项目管理的效率和经济价值。
3.1增设伸缩功能
为了进一步顺应施工环境的变化，系统管理过程要更加贴合实际需求，因此，要对土压平衡盾构机螺旋输送机系统的伸缩功能进行处理，确保其能发挥实际价值，提高运行效率和整体工作质量。为了保证土压平衡盾构机螺旋输送机系统的伸缩效能，就要对结构进行集中改良处理。1）要将螺旋机设备套筒结构的节段体系改造为内外套筒双层结构，保证安装处理效果。2）要在双层结构上安装2个伸缩油缸。3）要在土压平衡盾构机螺旋输送机伸缩方向设置相应的导向结构，保证伸缩过程能形成轴向相对运动。并且，要在伸缩套筒结构中设置相应的密封结构，提升整个系统的密封效果，从而提高润滑点的应用价值，确保能完成润滑脂的实时添加，将摩擦系数控制在一定的范围内。4）相关设计人员要在土压平衡盾构机螺旋输送机的前端口设置相应的闸门结构，保证螺旋输送机收缩过程中就能实现土仓和螺旋输送机之间的完全独立。值得一提的是，在进行结构改造工程后，保证了系统的伸缩功能得以完成，尤其是对系统的控制，不仅能实现前闸门开关液压控制，也能维护电气控制系统运行水平。
3.2驱动模式优化改造
为了从根本上提高螺旋输送机的应用性能，技术人员要对其驱动模式进行整体管理和处理，保证长区间隧道施工适应性能满足实际要求，一定程度上减少施工方工作量，确保维护保养体系更加有效。设计人员需对螺旋输送机进行一系列有效的改造工作。要将螺旋输送机的中部驱动单元和土口后部进行处理，确保能将原有系统叶片处理工序转变为中心轴带动运行结构，从而完善中部驱动单元管理效果。这种改良方式能有效提升运行效果，并且保证螺旋轴能顺和驱动进行连接，使拆卸和维修工程更加便利。另外，在实际处理工序中，密封接触面的回转周长会出现缩短，一定程度上提高了整个系统密封结构的使用寿命，为后续管理水平的优化提供保障。最重要的是，在改造工作结束后，因为设备中回转轴中安装了轴承结构，能在减少摩擦力的同时提升运行效率。
3.3完善螺旋输送机闸门运行效果
在实际项目改造计划中，为了有效提升盾构机的可靠性，要对螺旋输送设备末端进行处理，保证改造过程和优化更加完整。并且，在土口的附件形成保压泵渣装置，提高螺旋输送机处理高水压问题的能力，保证后续操作满足预期。在设置双闸门的过程中，要对液压系统进行处理，优化改造方案的实际价值。除此之外，也要利用相应的处理机制提高螺旋输送机系统的驱动能力，完善升级匹配管理效果，确保螺旋输送机能适应不同的地质环境变化需求，实现设备管理和环境管控工作的目标。
结论
总而言之，在土压平衡盾构机螺旋输送机系统改造升级方案中，相关设计人员要结合实际情况和施工项目管理需求，保证改造方案以及改造规划的实效性，提升设备和系统的环境适应性，完善改造方案的运行效率，为工程实践管理效果的全面优化提供保障，确保升级改造过程和环境控制机制贴合实际，提升环境适应性，为改造方案的全面优化奠定基础。
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论文作者:高骐
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/21
标签：盾构论文; 螺旋输送机论文; 系统论文; 螺旋论文; 闸门论文; 伸缩论文; 结构论文; 《防护工程》2019年第6期论文;