(無錫中鐵城軌裝備制造有限公司，江蘇 無錫 214000)

隨著國內(nèi)城市的發(fā)展，地鐵建設(shè)增多，盾構(gòu)以其地質(zhì)適應(yīng)性好、施工安全高效以及場地要求低等特點在城市地鐵建設(shè)中獲得了廣泛的應(yīng)用[1]。我國盾構(gòu)在地鐵隧道建設(shè)的應(yīng)用自20 世紀(jì)90年代以來發(fā)展愈發(fā)蓬勃，而盾構(gòu)設(shè)計使用壽命在10km 左右[2]，目前市場上已經(jīng)有大部分的舊盾構(gòu)面臨廢棄或再制造的局面。本文針對不同工況條件下的盾構(gòu)再制造技術(shù)分類說明并舉例分析。

1 盾構(gòu)再制造依據(jù)及要求

1）盾構(gòu)再制造主要依據(jù) 原盾構(gòu)技術(shù)參數(shù)、原項目使用情況、再制造后使用項目的工程概況及施工單位的其他相關(guān)要求。

2）盾構(gòu)再制造主要要求 從經(jīng)濟性、環(huán)保性出發(fā)，充分利用原有設(shè)備及部件，設(shè)備經(jīng)再制造后能滿足隧道施工安全、高效地進行。

2 盾構(gòu)再制造組合形式分類

根據(jù)施工項目工程地質(zhì)及隧道直徑這兩項的變化，將盾構(gòu)再制造工況分為以下幾種形式排列組合（表1）。

表1 盾構(gòu)再制造組合形式分類

3 不同組合形式下盾構(gòu)再制造關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)以上分類，我們針對這幾種情況進行盾構(gòu)再制造關(guān)鍵技術(shù)分析。

1）刀盤 若管片直徑增大（A、B、C），則刀盤直徑加大，結(jié)構(gòu)需新制或者擴徑改造；若管片直徑變?。℅、H、K），則刀盤直徑需變小，結(jié)構(gòu)需新制或縮徑改造；對于A、D、G 中，刀盤用于復(fù)合地層，需新制復(fù)合刀盤；而C、F、K 中，需新制軟土刀盤，刀盤新制的具體結(jié)構(gòu)形式、布刀方式、刀具類型數(shù)量以及耐磨措施等需根據(jù)工程概況進行設(shè)計。

2）主驅(qū)動 在A、B、C、D、G 這幾種類型情況下，由于管片增大或地層變得復(fù)雜，需要采用T=αD3（其中：T為刀盤扭矩；D為刀盤開挖直徑；α為扭矩系數(shù)，與地層有關(guān)。）初步核算驅(qū)動扭矩及總功率，并核算軸承的承載能力是否滿足[3]，若核算的參數(shù)不滿足使用要求，則需增加驅(qū)動組數(shù)或新制軸承及相關(guān)件。對于E、F這兩種情況下，只需要對原件進行檢修維護即可。若管片直徑變?。℅、H、K），需模擬主驅(qū)動尺寸是否存在繼續(xù)利用的空間，若不能，則需新制。

3）螺旋輸送機 當(dāng)管片直徑增大或地層復(fù)雜時（A、B、C、D、G），采用經(jīng)驗公式T=αD2（其中：T為螺旋機扭矩；D為螺旋機筒體內(nèi)徑；α為扭矩系數(shù)，與地層有關(guān)。）估算扭矩及功率、轉(zhuǎn)速等是否滿足要求，且需根據(jù)公式Q=3600×π/4×（D2-d2）×φ×（S×n）/60（其中：Q為渣土輸送量；D為螺旋機筒體內(nèi)徑；d為螺旋桿直徑；S為節(jié)距；n為轉(zhuǎn)速；φ為物料填充系數(shù)。）估算螺旋機直徑是否滿足輸送要求[3]，若不滿足則需新制。在E、F 情況下，只需要對原件進行檢修維護即可。若管片直徑變?。℅、H、K），則需核對螺旋機外形尺寸是否滿足空間布置要求，若不滿足，則需新制。具體耐磨或其他情況可根據(jù)項目要求進行改造。

4）管片拼裝機 由于隧道管片直徑變大（A、B、C），需根據(jù)公式M=RmaxGmax+GR+FwRmax（其中：Rmax為最大回轉(zhuǎn)半徑；Gmax為管片重量；G為結(jié)構(gòu)件重量；R為結(jié)構(gòu)件重心與回轉(zhuǎn)中心的距離；F為管片環(huán)間密封擠壓力；w為管片環(huán)寬。）復(fù)核管片機最大回轉(zhuǎn)力矩是否滿足要求，同時需復(fù)核回轉(zhuǎn)支承的載荷能力，推拉油缸、提升油缸等能力及行程是否滿足要求，若不滿足要求，需新制。對于管片直徑縮?。℅、H、K），則需核對管片及外形尺寸能否滿足使用要求，若不滿足，則需新制結(jié)構(gòu)件。

5）盾體 若管片直徑加大（A、B、C），可新制盾體，同時需根據(jù)F=αA（其中：α為推力比；F為總推進力；A為開挖面的面積。）核算推進油缸推力是否滿足；若管片直徑變?。℅、H、K），需新制盾體；若地層變化而管片直徑不變（D、E、F），也需根據(jù)地層實際情況相應(yīng)地增加或減小盾殼厚度及其它針對性設(shè)計改造，其中若有管片分度的變化，則需同時考慮推進油缸的分布是否合理。

6）后配套結(jié)構(gòu)件 當(dāng)管片直徑加大時，后配套結(jié)構(gòu)可加高加寬改造或新制；當(dāng)管片直徑變小時，后配套結(jié)構(gòu)需相應(yīng)地減低縮小改造，以滿足隧道直徑使用要求。

以上改造方式未考慮項目特殊情況要求（如渣土改良要求、特殊地層要求、特殊設(shè)計要求等），若有，再制造改造時需根據(jù)實際情況進行設(shè)計。對于管片直徑、地層均不變或變化很小可忽略不計的情況，只需對盾構(gòu)進行檢修處理，更換易損件及損壞件。

4 盾構(gòu)再制造技術(shù)案例分析

4.1 項目背景

原盾構(gòu)用于西安地鐵項目，掘進里程約6 487m，主要地層為粉質(zhì)粘土，管片規(guī)格?6000×5400-1200/1500/36°，改造后擬投入杭州地區(qū)，管片規(guī)格為?6200/5500～1200/1500/22.5°，主要地層為粉砂夾砂質(zhì)粉土、砂石、礫石。

4.2 改造內(nèi)容

1）刀盤 根據(jù)杭州地鐵設(shè)計隧道管片外徑6.2m，原盾構(gòu)配置的軟土輻條式刀盤，開挖直徑?6 280mm，無法滿足施工要求，故需新制復(fù)合型刀盤。新制刀盤開挖直徑?6 430mm。根據(jù)水文地質(zhì)情況，刀盤配置可更換撕裂刀，撕裂刀和滾刀可以根據(jù)地層進行互換，通用性較強。

2）主驅(qū)動 原設(shè)備額定扭矩為5 813kNm，脫困扭矩為6 976kNm。改造后工程所需扭矩T=αD3=5503kNm ＜5813kNm，原有配置能力基本滿足使用要求。需將主驅(qū)動全部拆解，更換密封，螺栓等，主驅(qū)動減速機、螺栓、主軸承等全部分解清洗，返廠專業(yè)檢測維護。

3）螺旋機 由于原螺旋輸送機采用周邊驅(qū)動后置出渣形式，該驅(qū)動方式密封容易損壞，導(dǎo)致泥沙進入齒輪箱[4]，本次改為中心驅(qū)動形式，需全新制作。按照新制螺旋輸送機內(nèi)徑為750mm，轉(zhuǎn)速范圍0～25rpm，扭矩為125kNm，計算出渣量Q=3600×π/4×（D2-d2）×φ×（S×n）/60（其中：D為螺旋機筒體內(nèi)徑；d為螺旋桿直徑；S為節(jié)距；n為轉(zhuǎn)速；φ為物料填充系數(shù)。）計算得Q=291.6m3/h＞刀盤出土量Q1=L×π/4D2=116.8m3/h（其中：D為開挖直徑；L為盾構(gòu)每分鐘掘進軸線長度。），滿足使用要求。

4）管片機 原管片機回轉(zhuǎn)扭矩為282.7kNm，計算得現(xiàn)項目最大管片重量Gmax=（π（D2-d2））/4×α/360×w×γ=47kN（其 中：D為管片外徑；d為管片內(nèi)徑；α為管片最大夾角；w為管片寬度；γ為管片密度。）則需要的最大回轉(zhuǎn)力矩M=RmaxGmax+GR+FwRmax=243.267kNm（其中：R為結(jié)構(gòu)件重心與回轉(zhuǎn)中心的距離；G為結(jié)構(gòu)件重量；F為管片環(huán)間密封擠壓力；w為管片環(huán)寬。）原管片機系統(tǒng)基本滿足改造項目使用要求。由于拼裝機回轉(zhuǎn)環(huán)磨損嚴(yán)重，需要重新制作，其余部件進行維修恢復(fù)，如馬達、閥組、油缸等需返廠清潔維修，結(jié)構(gòu)件進行清理校正。

5）盾體 由于管片直徑增大，前、中、尾盾均已無法繼續(xù)使用，故需新制盾體。原推進缸的規(guī)格為?260/?190-2150，共22 根。其總推力為3 773t，根據(jù)公式F=αA（其中：α為推力比；A為開挖面的面積。）計算得所需推力F=3570t＜3773t，滿足施工要求，可重復(fù)利用原22 根推進油缸。因管片分度由36°改為22.5°，推進系統(tǒng)推進油缸需要重新布置，撐靴附件需要重新制作。原有鉸接油缸的規(guī)格為?332/?220-230，共12 根，鉸接總推力為3 456t，根據(jù)經(jīng)驗所需鉸接力一般為所需總推力的80%左右，因此，原鉸接油缸滿足使用要求?？芍貜?fù)利用原12 根鉸接油缸。由于管片分度改變，推進油缸重新布置，因而鉸接油缸也需重新布置。

6）后配套 原設(shè)備皮帶機帶寬800mm，帶速在176m/min，輸送量滿足使用要求，但由于采用定頻驅(qū)動，且結(jié)構(gòu)變形嚴(yán)重。需將原有的定頻驅(qū)動升級為變頻驅(qū)動，帶速無極可調(diào)，減少對皮帶的磨損以及皮帶機頻繁啟動對驅(qū)動的沖擊；同時將皮帶機傾斜段角度根據(jù)螺旋輸送機雙閘門設(shè)置為10°。

原吊機系統(tǒng)起升機構(gòu)為環(huán)鏈?zhǔn)诫妱雍J，行走機構(gòu)為鏈輪鏈條結(jié)構(gòu)形式，使用故障率高，改為起升機構(gòu)采用鋼絲繩+滑輪+油缸形式。行走機構(gòu)重復(fù)利用原有的吊機梁和鏈輪鏈條機構(gòu)。

原拖車適應(yīng)6m 管片，為了保證拖車中心線與隧道中心線齊平，需新增墊板，將拖車抬高50mm。將原拖車結(jié)構(gòu)變形部位進行校正，并對結(jié)構(gòu)進行加強。

其他流體及電氣配套設(shè)施根據(jù)各系統(tǒng)的改造需求進行更換或維護處理。

5 結(jié)語

盾構(gòu)再制造技術(shù)在保證施工安全可靠的基礎(chǔ)上可節(jié)約資源、降低成本，給隧道施工單位創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。本文通過對不同形式工況下盾構(gòu)各系統(tǒng)再制造技術(shù)的分析及實例說明，可將一般情況下土壓平衡盾構(gòu)的再制造技術(shù)系統(tǒng)化、簡單化，為施工單位及相關(guān)設(shè)計人員提供參考。