摘要：盾构设备是涵盖机械、电气、液压流体及信息交互等多元化应用形式的一整套复杂施工设备体系的总成，在地铁施工中盾构设备具有非常明显的专用性、复杂性、持续性。现盾构设备结构设计，性能状况等日趋成熟，但在施工实际使用过程中，设备容易受到环境、人员等多方面的制约，对文明施工、设备寿命、人工成本造成影响。因此，盾构设备需要通过机械改造、电气改造等方式优化来提高生产力，安全性和经济效益。本文通过对盾构设备在实际施工过程中所发现问题进行总结，提出盾构设备在使用优化方面所开展的改造项目及措施。
关键词：盾构设备；制约影响；改造优化
1前言
盾构设备在出厂设计、人员配置方面有一定的局限性，实际使用过程中受到环境、人员因素的制约，会影响到现场文明施工的效率、安全生产的可靠性、人工成本的合理管控。总体来看，盾构设备性能状况良好，故障率低，相互配合融洽，但仍有些细节需要进一步优化，这些细节的优化可以有效减少盾构设备安全隐患，提高经济效益。
2设备基本情况
土压平衡式盾构机主要由刀盘、前盾、中盾、尾盾、管片机、设备桥、拖车一、拖车二、拖车三、拖车四、拖车五、拖车六、螺栓输送机、通风系统等组成。变频机车编组主要由电机车头、蓄电池组、四台渣土车、一台砂浆车、两台管片车组成。
3优化项目及优化措施
3.1需优化项目
3.1.1出渣口
盾构机出渣流程中，螺机将土仓内渣土通过皮带机运送至5号台车出渣口最终落在渣车内，一环推进完成再运送到洞外渣坑。在推进中由于出渣口到渣车存在一定的高度，渣土下落时难免会出现洒落的情况，特别是碰到出渣过稀时，渣土洒落会更加严重。为保持台车、隧道整洁，这就要求工人经常在出渣口清渣，然后用水冲洗干净。
3.1.2电瓶车尾部
隧道里，施工人员、测量人员基本都在电瓶车轨行区域工作，由于电瓶车头相对车尾距离过远，驾驶室构造缺陷以及车站底板、隧道较为昏暗的原因，驾驶员的视线范围受到极大限制，在倒车过程中对出现的意外情况很难做到及时反应和处理。
3.1.3盾构机吊装
盾构机吊装下井的过程中，由于盾体体积庞大，履带吊将盾体放置在始发架上时需要调整到合适位置，才能依次将前、中、尾盾整齐放置，否则会影响整机组装始发。同时，盾构机吊装容易受到始发井井口面积的制约，增加了吊装的难度和时间，浪费人工成本和空间资源。
3.1.4隧道升温
随着隧道长度的不断增加，隧道环境会从一个半开放的空间转化为接近密闭的工作环境，当长度达到一定数值之后，隧道二次高速风机产生的隧道流通风只能维持隧道内的空气保持在可用条件，隧道内的温度随着盾构机的散热、二氧化碳浓度上升而升高，容易导致工人中暑和设备过热。
3.2优化措施
3.2.1 出渣口围挡装置
结合现场实际情况，利用最简易的机械改造手段设计出一个可行且方便操作的半自动防溅渣装置，并利用停机状态下的盾构机进行安装测试，得到了预想中的效果。此装置高50cm，成方形，紧密包围着5号台车出渣口处，并在台车上面装了一个小马达，通过挂在装置四个角上的钢丝绳实现了电动升降该装置，可随意控制高度，这样便捷的操作可以满足各种实际施工需求。
3.2.2 电瓶车视频监控系统
解决电瓶车驾驶员视野受限的问题，不仅要考虑到实际操作中的安全问题，还要尽量低的节约改造成本，因此，在机车驾驶室增加摄像头监视系统成为了用于改造的最佳选择。驾驶员可以在驾驶室内监视到机车尾部情况，包括拉杆使用情况、机车尾部人员安全情况等的监测，对整个列车编组安全使用及生产情况都有大大的改善。针对现场实际情况考虑，对摄像头进行了相应的改造设计，监视器未对主控面板造成影响，摄像头则安装在列车编组最后一节管片车上。
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3.2.3 盾构机始发接收平移装置
盾体在下井时先将盾体放置在始发架上，位置的摆放根据履带吊的实际情况来确定，前盾下井后要给中盾留有6.45米下井距离，这时需要采用平移装置，由高强螺栓（M24*6cm）将支墩与始发架底座连接紧固，左右各放置一台100T油顶（油顶端部朝向洞门，尾部朝向站台），启动油泵油顶缓缓前伸直至将前盾平移至中盾可下井的位置。 中盾下井后调整油顶方向，在调方向时就需要用到油顶转移平台，方向调整后将前盾向后推与中盾进行连接，中前盾连接完毕后将中前盾向前推，安装螺机，最后吊装尾盾。
3.2.4 隧道内温度控制
隧道控温在实际应用过程中，需要结合隧道内环境及盾构机布局，利用制冷机进行温度控制是目前最为经济的优化手段。先从中盾米字梁接线盒处引出一根电源线，长度20米，到制冷机的开关箱（高温跳闸保护），开关箱可以选择手动启动，也可自动启动。启动时可同时控制压缩机、风机柜和增压泵三台电力设备。自动启动主要控制温度，当温度低于27度则制冷机停止工作，高于27度则自动启动。
进水水源来自中盾预留冲洗阀引入，有20米长，经过0.7千瓦的增压泵进入循环水仓，经过水仓再通过铜管，铜管上装有压力表。进入压缩机后，多余的水还可从水仓的回水口排出。压缩机的功率高达48千瓦。进水经过压缩机冷却后进入两个风机柜，其中每台风机由两个风扇组成，每个风扇0.5千瓦，背后是散热片。风机在高速运转时，把冷却后水的温度吹散，以达到制冷效果。水经过风机柜以后已达到它的目的，此时进入回路，经过水仓进入回水管，回水管长有30米，链接在二号拖车油箱散热器的工业水管溢流管的球阀上，经过盾构机的工业用水管排出洞外。
3.2.5 双轨梁与油脂吊装梁防撞限位设计
双轨梁与油脂吊装梁属于盾构机关键部件，位于比较狭窄的操作空间内，在这种情况下，优先采取电器元件加装改造的方式进行优化，规避机械改造需要占用大量空间、方法繁琐的问题。经过对其他设备防撞手段的比较选型，决定在吊装梁位置安装一个行程开关，行程开关串接到双轨梁向后行走电机电路中，当油脂吊装梁吊装油桶时，双轨梁后行电路被切断而无法行走，只有吊装梁复位，电路才会接通恢复正常，形成了有效保护。
4优化效果及推广前景
通过以上优化措施，可以明显改善盾构机性能，提高工效，降低故障率，节约成本，延长设备使用寿命。
（1）出渣口电动围挡对轨道及盾构机进行了渣土隔离，有效减少了清渣人工成本的浪费，保护了轨道区的整洁，控制杂物源头。
（2）后视影像提高了电瓶车的行驶安全，降低安全风险，节约了不必要的人工成本和维修成本。
（3）盾体平移装置的使用，对于盾构机吊装来说，不只是加速了吊装进度，还能在一定程度上保障吊装作业的安全性。
（4）制冷机的使用，在改善人员工作环境的同时，还能对设备进行高温保护，延长设备使用寿命，保护关键元器件。
（5）防撞限位的利用，大幅降低了对双轨梁电机的维修频率，避免了操作失误造成设备损坏，保障盾构机使用效率。
（6）刮泥装置的改进延长了皮带机系统的使用寿命，节约了大量的人工清洁成本。
以上六项优化措施均可在不同条件下的盾构设备上实施，所用的改造原料均可以重复利用，对于成本管控具有很高的参考价值。此外，上述成本分析是基于现有设备改进后得出，在向外推广的过程中，保留着相当大的操作空间，同样的改造方式创造更大的经济价值才是设备优化的最终目的。随手可行的改造措施，简单易懂的优化说明，都将使上述措施的推广前景更为明朗。
5结论
采用盾构法进行隧道施工有自动化程度高、施工速度快、节省人力、不受气候影响和减少对地面建筑物的影响等特点。盾构法施工在地铁建设中的应用前景将越来越广阔。在盾构施工生产过程中，通过总结盾构设备性能状况，对盾构设备性能进行改进并将其推广，可以提高施工工效，降低设备故障率，降低安全风险，提高经济效益。综上所述，结合盾构施工实际情况，分析研究盾构设备优化措施是必要的，有着重大意义。
参考文献：
[1]乔石，邵婉.当前机械结构设计中的创新设计分析[J].中国新技术新产品，2015（22）：189.
作者简介：
李艳斌，男，1988年9月，本科，助理工程师；易尚志，男，1991年6月，本科，助理工程师；张洪，男，1986年9月，大专，助理工程师；张坤，男，1989年9月，本科，助理工程；施恩泽，男，1994年8月，本科
论文作者:李艳斌,易尚志,张洪,张坤,施恩泽
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/4/4
标签：盾构论文; 设备论文; 隧道论文; 拖车论文; 渣土论文; 装置论文; 过程中论文; 《基层建设》2018年第1期论文;