吴彦伟
（广州供电局有限公司）
摘要：随着中心城区城市化程度的不断提高和用电负荷的快速增长，电缆化供电模式以及相应的电力隧道敷设方式也将得到广泛的应用，中小直径电缆隧道已经逐步显现出了取代传统架空线路的趋势。电缆隧道采用小型盾构技术，解决了在特大城市及大城市建设电力隧道遇到的场地小、转弯半径小、区间设计坡度大等技术难题。文章介绍了小直径盾构机针对狭窄场地的盾构机设计及分体始发施工的应用。
关键词：电力隧道；狭窄场地；分体始发
一、工程概况
某220kV电力隧道盾构隧道全长约2212.3米，设置一个工作井兼作盾构始发井，工作井全长24.4m，井宽11.4m，井深18m，隧洞埋深7.5～17.4m，隧道横断面采用圆形断面，衬砌为钢筋混凝土管片，管片外径4.1m，管片内径3.6m，管片厚度250mm，管片宽度1.0m。盾构始发井施工生产呈狭长形，占地面积不足2000㎡。
线路平面最小曲线半径约为150m，最小竖曲半径为1000m，最大坡度为58‰。本工程盾构隧道穿越区间洞身穿越地层主要为<3-1>粉-细砂层、<3-2>中粗砂层、<3-3>砾砂层，局部为<4N-1>软塑状粉质粘土层、<4N-2>可塑状粉质粘土层、<5C-2>硬塑状粉质粘土层、<6C>全风化炭质灰岩、<8C-1>中风化炭质灰岩。拟采用一台φ4360mm复合式土压平衡盾构机投入施工。
二、分体始发
由于工作井（兼盾构始发井）始发场地受限，盾构机始发不能按照正常始发方案进行，须采用分体始发。盾构机主机与后配套的8#台车下井安装连接，其余台车必须位于地面上，以延伸管线实现始发，经过台车转接使盾构机设备正常连接和正常掘进。
三、适应本工程对盾构机的要求
由于工作井（兼盾构始发井）场地的限制及施工布置，履带吊在南端（兼管片堆放区）将盾体及8#台车下放至基坑底部后，其余满足掘进条件必须进场的4#-7#台车，9#台车，11#-15#台车也进场至南端，南端场地很难再满足其他起重设备进场下放台车，考虑工效、成本和场地因素，这10节台车采用25T龙门吊下放。因此，结合施工条件盾构机必须满足以下几点要求：
⑴ 台车在装配完满足区间设计掘进条件的各系统后轻便，无需使用始发井布设的龙门吊之外的其他起重设备，达到降低地面空间占用的要求。
⑵ 盾构机及后续台车设计须灵活，能满足区间设计的要求，在分体始发中便于拆装，减少对地面空间的占用。
⑶ 台车在满足短小灵活，降低空间占用的前提下，能满足操作人员较大的工作空间。
⑷ 台车装配的各系统能达到为盾体内节省空间的要求。
⑸ 盾构机在满足空间优化的前提下，更节能、环保，安全可靠。
四、针对性的优化措施
结合分体始发及现场施工条件对盾构机的要求，我们针对性的采取几点措施对盾构机进行优化：
⑴ 盾构机后续设备采用16节台车，各节台车所装配的系统相对均匀，避免了几个动力单元集中于某单节台车，降低了某单节台车的绝对重量，最重台车为15#台车，重量仅8.5T，在25T龙门吊的吊运量内，所有台车均可达到使用龙门吊下放的条件。
⑵ 台车左右两边为不对称设计，右边装配操作盘、动力盘及各动力单元和电气设备，台车右侧方布设管路，降低了在台车顶部布设管路的空间占用，为维修人员在台车顶部进行维修作业提供了相对较大的空间。左边为人行道，可满足在小洞身内操作人员的正常工作。
⑶ 台车之间用活动插销连接，台车底部管路为钢质硬管，台车间连接管路为活动软管，便于拆装，台车可顺序连接也可摞叠式连接，能很好的适应小井口的分体始发和紧凑的地面施工场地。台车长4.4m，台车间间距0.6m，短小灵活，经建图模拟后，可达到区间设计的弯道掘进要求。盾构机主体（后方张出台）和车架之间设有兼作软管架、电缆架的车架牵引装置，左、右牵引杆上内置有牵引千斤顶，可与弯道施工随动。
⑷ 盾构机用德国制造的“普茨迈斯特”注浆泵底部接口改为顶部接口，在不影响浆液罐安装位置和容积的前提下降低了注浆泵的安装空间。采用液压和电联合驱动的模式，刀盘驱动采用串联液压泵，单泵多管，节省了台车内的布置空间，不需在盾体内安装刀盘电机，极大节省了盾体内的空间，提供了在盾体内维修作业的正常空间，且满足在盾体内安装人闸仓门（本机为国内目前唯一一台安装人仓的直径4.5m以下盾构机），可在掘进过程中实现保压换刀。
台车剖面图
⑸ 采用中央集成阀块，集成块式的连接形式使油路板集成管路，单阀块分导多条油管，实现了液压系统的高集成化，结构紧凑化程度高，减少了液压泵测试系统中的连接管路，流阻小，体积小，节省在台车内的布设空间，采用不锈钢材质，重量轻、噪声低，不仅维修拆装方便，而且更节能环保。
中央集成液压阀块
⑹ 通过建模，充分考虑拼装机在盾体内的干涉情况。将拼装机U臂与大齿圈连接法兰加厚垫板，满足U臂与推进油缸撑靴互不干涉，并将张出台翼板设计为狭长结构，缩短履带链支架，在不改变拼装机结构的前提下达到管片拼装空间最大化 。
⑺ 液压系统采用了泵控调速技术，具有功率损失小，效率高，发热量小，抗污能力强的特点。刀盘驱动采用闭式液压传动系统，液压传动效率可达65%-75%，传动效率较传统的开式液压传动系统传动效率的50%-55%大为提高。在安全性上，盾构机配备有气体检测系统和灭火系统。其中气体检测系统采用便携式气体检测仪，不需固定在盾构机某一位置，可随时通过人员移动监测需要检查的任何地方，设备轻巧，使用方便。
五、其他优化措施
由于本区间设计最大坡度为58‰，远远超过了地铁线路设计最大坡度不宜大于35‰的标准，区间平面最小曲线半径约为150m，以及区间内复杂的地质条件，因此，盾构机必须有较大的爬坡能力和小半径弯道掘进的能力。
Φ4360mm复合式土压平衡盾构机铰接采用主动球形铰接装置，铰接油缸连接座采用球面轴承连接，在顶部、底部2处设有滚动止动销，可防止前盾和后盾的相互滚动。伸缩行程均可达到250mm，水平角度可达7.5度，垂直角度可达0.5度，经建图模拟后，其对应的最小转弯半径约30m（目前国内最小转弯半径）。且本机缩短尾盾长度的设计（盾尾长度为2179mm），满足小转弯半径要求。螺旋机前端同土仓隔板连接处，采用球面连接设计，满足30m小转弯半径需求。配备有先进的导向系统，测量精度达0.2mm，满足盾构机在转弯段和大坡度段掘进过程中的测量要求，并且可以显示盾构掘进的蛇形线路，方便操作人员实时把控盾构机的掘进姿态。
台车上配置有二次注浆系统，注浆参数可调，可有效处理沙土液化地层和溶洞、土洞地段的施工，在通过重要建筑物群时，通过盾构机自带的二次注浆系统实时补浆，可有效降低地面沉降、塌陷的风险。
针对本工程的复杂地质条件，本机刀盘采用“十”字主幅条和四小辐条的设计形式，保证刀盘刚度、强度和刀具数量不变的前提下，满足开口的均匀布置，并将中心开口率增大至38%，不仅有利于对软弱地层开挖面的刚性支护，还利于在卵砾石地层中渣土的顺利排出。刀盘控制采用变频电机，控制刀盘转速稳定，在软弱地层中可减少对开挖面的扰动，降低土体的液化，达到控制地面沉降的要求。全盘配置15英寸双刃滚刀，有较好的破岩能力，对于基岩凸起和其他硬岩层有针对性的效果。
主动型球面铰接装置
六、结语
根据不同的盾构施工工况而采用不同的盾构机，在相应条件下使用合适的盾构机，并且在施工过程中不断总结，不断完善，做到经济合理、施工高效、安全可靠，为类似盾构施工提供经验。向技术要效益，用效益催技术，盾构施工虽然日趋成熟，但小直径隧道的盾构施工仍处于起步阶段，根据电力隧道盾构施工的条件，仍有许多值得我们去探索优化的地方。
参考文献
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[4]庄欠伟. 土压平衡式盾构电液控制系统集成技术及其应用[D]. 杭州:浙江大学, 2005.
论文作者:吴彦伟
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/25
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