劉 芳，羅曉軍

（1.遼寧省水利工程建設質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站，遼寧沈陽110003；2.遼寧省葠窩水庫管理局，遼寧遼陽111000）

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敞開式TBM轉(zhuǎn)場檢修及步進的關(guān)鍵問題

劉 芳1，羅曉軍2

（1.遼寧省水利工程建設質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站，遼寧沈陽110003；2.遼寧省葠窩水庫管理局，遼寧遼陽111000）

摘要：文章基于遼寧某重點水利工程5臺敞開式TBM轉(zhuǎn)場施工過程中的經(jīng)驗，總結(jié)了滑板式步進的保障措施及羅賓斯機型檢修需注意的問題，可供后續(xù)施工人員參考。

關(guān)鍵詞：敞開式TBM；步進；檢修

1 背景及目的

1.1 背景

敞開式 TBM每掘進5～8km距離則需停機大范圍檢修一次，檢修后設備方可進行下一段隧洞開挖工作。兩段TBM掘進隧洞間隔段常采用鉆爆法開挖，長度在300～4500m不等。在鉆爆段內(nèi)，由于洞壁不規(guī)則，TBM無法依靠撐靴向前推進，而需依靠步進進行步進式前進。然而，因土建施工及TBM檢修項目的影響，后續(xù)設備掘進效率受到較大制約以致影響總體施工工期，對施工單位造成一定程度的經(jīng)濟損失。

1.2 目的

如何保證設備快速步進的同時完成設備檢修任務，確保后期掘進過程中的穩(wěn)定運行成為TBM轉(zhuǎn)場施工期間的重要技術(shù)難點。本文結(jié)合遼寧某重點水利工程5臺羅賓斯敞開式TBM轉(zhuǎn)場過程中的使用經(jīng)驗，總結(jié)分析了滑板式步進過程中的影響因素及羅賓斯機型檢修應關(guān)注的問題。

2 TBM步進施工及設備檢修普遍存在問題

2.1 步進及其工作原理

敞開式TBM步進裝置的原理是運用步進滑板與混凝土地面的摩擦系數(shù)大于滑板與鋼板間摩擦系數(shù)特點，實現(xiàn)步進裝置的推動作用［1］。在步進作業(yè)時，主要依靠步進油缸推動機頭架在步進滑板上依靠滑動摩擦前進。由于鋼板與步進油缸行程有限，每個步進行程結(jié)束之后，左右護盾下方的舉升油缸伸出將主機部分頂起，以便步進油缸能將鋼板向前拖動。如此循環(huán)，TBM即可不斷向前移動。

2.2 土建施工對步進的影響

2.2.1 底板質(zhì)量對步進的影響

首先，底板及導向槽的澆筑質(zhì)量直接影響著TBM步進的速度。目前 TBM步進底板澆筑后普遍平整度較差，TBM步進過程中平整度誤差傳導至主機導致其將上下起伏，同時步進油缸的壽命亦受到極大影響，當步進油缸前后高度差達到一定量時，油缸將出現(xiàn)不可逆的損害。其次，左右底板高度差亦尤為重要，當千斤頂油缸向外伸出時，若作業(yè)底板高度差較大，整個刀盤及護盾部分將向一側(cè)傾斜，甚至倒向洞壁，這將迫使步進過程終止。最后，確保導向槽直線度，因為主機部分將嚴格按照導向槽方向行走，一旦導向槽存在直線度誤差，誤差將傳遞給主機，并對主機結(jié)構(gòu)件造成額外應力形成安全隱患。

2.2.2 傳統(tǒng)超欠挖測量方式的缺陷

傳統(tǒng)方法測量步進段超欠挖一般以直角坐標法、激光斷面儀法為主，該辦法雖然可在理論上測量隧洞超欠挖數(shù)據(jù)，但在實際施工中存在較大缺陷。從理論上看傳統(tǒng)檢測方法僅可保證隧洞欠挖處理按照設計圖紙執(zhí)行。但在實際施工中，TBM步進是延底板導向槽行走，導向槽在澆筑過程中必將存在精度誤差，該誤差在TBM步進過程中將通過步進滑板逐級傳遞到TBM刀盤乃至后方結(jié)構(gòu)件上并導致刀盤前進過程中出現(xiàn)欠挖區(qū)域。

2.2.3 積水對步進滑板的破壞

由于機頭架與步進滑板間布滿起到潤滑作用的黃油，施工段常存在積水，一旦黃油遇水油脂會乳化失效并加速丟失。刀盤支撐下部鋼板與步進滑板處于干磨狀態(tài)，很可能導致在步進段尚未完成前滑板被磨穿或底護盾下方鋼板被磨變形。

2.3 機械部件的檢修對后續(xù)掘進的影響

在TBM轉(zhuǎn)場過程中，主機檢修工作分兩個階段進行，分別是檢修準備階段和檢修階段。檢修準備工作的任務是檢測并全面掌握TBM設備技術(shù)狀況，制定合理檢修方案及檢修計劃，完成檢修過程中的人員、設備、配件、材料等資源準備工作。在貫通前1km逐部件、逐系統(tǒng)對TBM設備進行調(diào)查和檢測。調(diào)查工作主要是對設備前期運轉(zhuǎn)情況進行摸底，根據(jù)運轉(zhuǎn)情況判斷設備可能的狀態(tài)；檢測工作是通過一定的技術(shù)手段對每個部件、每個系統(tǒng)進行檢測，檢測方法主要是使用檢測儀器進行帶載、空載檢測、外觀目測、抽樣拆檢等方法。TBM主機部分主要檢測部件為刀盤、主軸承及其密封、推進油缸、錨桿鉆機平臺、水平油缸十字銷軸、鞍架耐磨條、噴混凝土系統(tǒng)。

步進洞段距離長短根據(jù)相關(guān)工程的具體情況有所不同，一般步進距離保持在0.3～4km之間。設備貫通后，按照羅賓斯技術(shù)規(guī)范要求，在TBM正式步進開始前，施工單位需拆除推進油缸與撐靴的連接銷軸，以防油缸活塞及活塞桿在步進過程中始終跟隨主梁和撐靴鞍架的前移往復伸縮。由于拆除連接銷軸費時費力，許多施工單位常常不按技術(shù)要求執(zhí)行。在此情況下，推進油缸活塞將在主梁帶動下反復前后伸縮，因此時油缸內(nèi)已無充足的液壓油，殘留的部分油脂僅堆積在油缸底部，加之設備步進速度要遠大于掘進速度，因此油缸伸縮速度、磨損速度將大大加快，其磨損部位為活塞上部圓周；如混導向槽澆筑過程中存在水平方向偏差，則油缸亦將出現(xiàn)側(cè)向磨損。

在掘進行程里，撐靴撐住洞壁，后支撐收起，主梁重力由鞍架承受并傳遞給撐靴，鞍架主要為下方耐磨條磨損；換步行程中，后支撐落下，撐靴縮回并隨鞍架向前行走，此時鞍架及撐靴重力由主梁承受，鞍架上方耐磨條磨損。因此，在一段距離的掘進施工后，鞍架上下耐磨條均存在不同程度磨損，需在轉(zhuǎn)場檢修前購買備件、制定相應更換方案并在TBM轉(zhuǎn)場過程中及時更換。

上述情況將為設備后續(xù)掘進埋下隱患，對掘進效率造成較大影響。

3 TBM步進檢修的改進方案

3.1 土建施工的改進方案

3.1.1 底板混凝土的質(zhì)量控制

TBM步進段土建施工必須嚴格按照圖紙要求施工，TBM前步進裝置寬5743mm，需特別注意底部不允許欠挖，開挖底板澆筑時嚴格控制平整度，在澆筑完成后，需對整個步進段進行尺寸復測，左右兩側(cè)底板高差保持在5cm以內(nèi)。

鑒于步進滑板結(jié)構(gòu)上部為半圓弧型，其半徑、弧度與刀盤及機頭架相配合。若 TBM貫通時精度誤差較大，刀盤移至步進滑板過程中將形成卡滯情況，在滑板與導向槽已安裝完畢無法移動的情況下，刀盤及機頭架部分質(zhì)量約達300t，水平移動難度極大。另外，應考慮到貫通面圍巖穩(wěn)定性的問題。若巖石較破碎，TBM貫通后刀盤及機頭架受重力影響會出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，其下沉度在3～5cm左右。因此，建議在TBM貫通前應開挖Φ 0.3～0.5m，長度30m的導洞并及時調(diào)整刀盤位置，使之貫通時水平誤差盡量減小，垂直誤差應比設計標準高出8～10cm。

3.1.2 欠挖檢測

就步進段超欠挖問題，建議采用模擬刀盤法施工。該方法完全模擬了TBM步進過程中的刀盤各點的軌跡，有效地確認了欠挖區(qū)域，施工單位可提前處理，為TBM步進做好準備。

3.1.3 排水

對于長距離、有坡度的步進段，污水無法實現(xiàn)自流排水，施工人員需在洞內(nèi)安裝排水泵將污水排至主支洞交叉口，利用交叉口處集水池排水設備通過隧洞內(nèi)的多級梯級排水排除洞外。正常施工排水采取1套排水管路，如遭遇突發(fā)涌水可采取2套排水管路同時運行，確保設備和人員安全。

3.2 拆除推進油缸與撐靴連接銷軸

在拆卸連接銷時，需在銷軸下方焊接U型架，將20t千斤頂固定在U型架底部。操作手需以換步方式前后移動撐靴，與此同時千斤頂逐步施加作用力，選擇銷軸摩擦力最小位置停止撐靴移動并通過千斤頂逐步施加作用力將銷軸取出。銷軸取出時切忌不可在固定位置強行施加外力以防相關(guān)零件造成不可逆損壞。

3.3 更換鞍架耐磨條與水平十字銷軸

羅賓斯設備設有水平撐靴十字銷軸，其作用在于為撐靴及水平油缸提供前后旋轉(zhuǎn)的自由度。但在面對不良地質(zhì)時，撐靴受洞壁破碎圍巖影響，其位置常有前后擺動或傾斜，當其位移較大時，十字銷軸擋圈及軸瓦易因此損壞。故在檢修過程中施工單位需制定相應更換準備。在更換過程中，需在鞍架下方搭建腳手架，拆卸鞍架連接螺栓，之后使用千斤頂分別頂出前后鞍架中心部位并更換銷軸。在此期間需確保撐靴向外伸出并撐住洞壁，通過洞壁提供的支撐反力將前后鞍架的左右部分壓緊在主梁滑道上，鞍架與滑道間的摩擦力有效抵消鞍架自身重力并保證了左右鞍架有效固定。

4 結(jié)語

本工程采用了多臺TBM施工，其中TBM5步進距離超過2800m，TBM6步進距離多達4412m，在采用了文中的改進方案后分別用時56天、57天既完成了全部轉(zhuǎn)場工作；TBM8步進距離2800m，因施工過程中土建質(zhì)量差，整個步進轉(zhuǎn)場耗時105天，對后續(xù)工期影響嚴重。如何做好步進施工是控制TBM工期的關(guān)鍵因素之一。本文針對TBM步進系統(tǒng)的前期準備及TBM易損結(jié)構(gòu)件的更換進行了分析并提出了建議，希望可以為施工人員提供參考，也為其他類似工程提供借鑒經(jīng)驗。

參考文獻

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中圖分類號：U455.3+1

文獻標識碼：B

文章編號：1008-1305（2016）02-0103-02

DOI：10.3969/j.issn.1008-1305.2016.02.041

收稿日期：2016-02-15

作者簡介：劉 芳（1971年—），女，高級工程師。