鐘 汶 均，　吳　濤，　徐 曼 玲,　焦 永 春

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第九支隊，四川 成都　611130；2.中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，重慶　401320；3.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都　611130)

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TBM洞內(nèi)滑軌式步進(jìn)施工技術(shù)

鐘 汶 均1，吳濤2，徐 曼 玲2,焦 永 春3

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第九支隊，四川 成都611130；2.中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，重慶401320；3.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都611130)

以西藏旁多水利樞紐灌溉輸水洞開敞式TBM為例，介紹了TBM預(yù)埋滑軌步進(jìn)原理、工作流程、步進(jìn)中遇到的問題及采取的措施與對策，最終實(shí)現(xiàn)了TBM安全、快速、經(jīng)濟(jì)的步進(jìn)施工。

旁多水利樞紐；開敞式TBM；滑軌式步進(jìn)

TBM(Full Face Rock Tunnel Boring Machine)為全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的簡稱，較傳統(tǒng)鉆爆方式在長隧道施工中具有無可比擬的優(yōu)越性能，其將會得到愈來愈廣泛的運(yùn)用。TBM組裝、調(diào)試完成后，整機(jī)步入始發(fā)洞實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)的過程為步進(jìn)施工，其步進(jìn)的快慢直接影響到TBM功能的發(fā)揮。國內(nèi)近年來所運(yùn)用的TBM其步進(jìn)施工技術(shù)根據(jù)各自組裝、步進(jìn)條件主要采取以下幾種類型：(1)洞內(nèi)組裝，油缸推進(jìn)+弧形滑道+局部滑行支撐架的步進(jìn)方式；(2)洞內(nèi)組裝，電機(jī)驅(qū)動+整體支撐托架的步進(jìn)方式；(3)洞外組裝，油缸推進(jìn)+軌道滾輪小車定位、支撐的步進(jìn)方式。筆者介紹了西藏旁多水利樞紐灌溉輸水洞采用洞內(nèi)組裝、油缸推進(jìn)+預(yù)埋滑軌及防偏方式步進(jìn)取得了較好的效果。

1　工程概況

旁多水利樞紐工程地處拉薩河中游河段，是拉薩河干流水電梯級開發(fā)的龍頭水庫，工程開發(fā)以灌溉、發(fā)電為主，兼顧防洪及供水。工程區(qū)全線位于海拔4 000 m以上，被譽(yù)為“西藏三峽”。該工程灌溉輸水洞為無壓隧洞，主洞全長16.827 km，縱坡1‰，其中主洞中間段的9.96 km選用德國海瑞克公司生產(chǎn)的開敞式TBM，開挖直徑為4 m，設(shè)備總長為190.5 m，整機(jī)重量約450 t。

設(shè)備在#2支洞(主洞與外界的通道)與主洞交叉段的組裝洞進(jìn)行組裝。由于該處的地質(zhì)條件無法滿足就地始發(fā)要求，遂將始發(fā)位置由設(shè)備組裝洞端部向前方調(diào)整，最終TBM需要步進(jìn)150 m，屬于近距離步進(jìn)。

2　步進(jìn)原理

主機(jī)部分的重心施壓主要集中于前部刀盤及護(hù)盾，后部為后支腿支撐，其底部均為弧面。步進(jìn)段采用弧形混凝土底板，弧形面使TBM姿態(tài)穩(wěn)定，不產(chǎn)生橫向翻滾并提供導(dǎo)向約束，促使TBM沿弧形中心線方向前行。在底板弧形面設(shè)置滑軌，從而有效地減少了主機(jī)端步進(jìn)摩擦阻力。

TBM的步進(jìn)使用兩組步進(jìn)油缸(25 t×4，行程1.2 m)，以焊接在滑軌道上的推力支座的反作用力推動整機(jī)向前步進(jìn)。由于步進(jìn)油缸的總推力大于整機(jī)與軌道間的摩擦阻力，故在推進(jìn)油缸的作用下實(shí)現(xiàn)TBM沿滑軌向前步進(jìn)。

3　TBM步進(jìn)方案及流程

3.1步進(jìn)段土建施工

圖1　步進(jìn)洞示意圖

步進(jìn)洞設(shè)置于TBM組裝洞靠始發(fā)位置側(cè)，要求洞室開挖及混凝土弧形底板必須在TBM組裝之前完成。根據(jù)方案設(shè)計，步進(jìn)洞采用城門洞形，成型尺寸為5 m×5 m，底板采用50 cm厚C25混凝土，其中間在弧形面45°位置預(yù)埋了兩根滑軌，滑軌采用I40工字鋼，外露底板混凝土弧形面高約2～3 cm，兩側(cè)底板與弧形面混凝土同步施工，一次性成型。步進(jìn)洞結(jié)構(gòu)及滑軌斷面見圖1、2。

圖2　步進(jìn)洞底板滑軌斷面圖

3.2步進(jìn)前的準(zhǔn)備

步進(jìn)前的準(zhǔn)備工作具體為：

(1)盾體與后支撐間連接。采用DYWIDAG張緊拉桿將盾體和后支撐連接固定，防止在推進(jìn)裝置和后支撐間出現(xiàn)張緊力的作用。

(2)后支撐安裝滑靴。在后支撐的底部支撐腳處安裝滑靴，實(shí)現(xiàn)滑靴在預(yù)埋滑軌上跟進(jìn)，以減少主機(jī)后側(cè)施壓端與地面的摩擦阻力。

(3)安裝推進(jìn)裝置。推力架安裝于底護(hù)盾后面、焊接在預(yù)埋滑軌上，用于支撐液壓油缸，推進(jìn)盾體前行。液壓動力由TBM液壓動力系統(tǒng)提供。

在完成以上3個步驟后即可以進(jìn)行第一個步進(jìn)行程(圖3)。

圖3　步進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3步進(jìn)施工

在推力支座支撐推力下，步進(jìn)油缸將盾體推向始發(fā)洞。油缸由比例閥控制，在完成第一個油缸行程后，收回油缸；在已收回的油缸的間隙處放置一塊長度為1.1 m的鋼結(jié)構(gòu)間隔塊，油缸頂緊中間支撐，繼續(xù)推動盾體步進(jìn)；在完成第二個行程后，收回油缸，將間隔塊向后推至與推力支架相接，在步進(jìn)油缸和間隔塊的軌道上放置長度為1 m的圓柱支撐，油缸頂緊中間支撐，繼續(xù)推動盾體步進(jìn)；在完成第三個行程后，將1 m長的圓柱支撐取出，更換成長度為2 m的圓柱支撐，步進(jìn)完成第四個行程。由此方式重復(fù)第三、第四個行程直至推力支座達(dá)到后支腿滑靴處。綜上所述，每焊接一次推力支座可以完成六次步進(jìn)行程，實(shí)現(xiàn)總推進(jìn)達(dá)6 m。為防止圓柱支撐滑動，可將其點(diǎn)焊到軌道和間隔塊上。

在完成一個步進(jìn)循環(huán)后，將推力支座切割，焊接至下一個步進(jìn)循環(huán)支座處；將滑軌上原推力支座及固定圓柱支撐的焊點(diǎn)磨平，以便于后面后支腿滑靴和滑橇臺車的通過。推進(jìn)期間，在滑軌上涂抹潤滑油脂，很大程度上能夠減小摩擦阻力。

當(dāng)撐靴位置進(jìn)入始發(fā)洞、撐緊在邊墻上時，調(diào)整主機(jī)使其處于掘進(jìn)姿態(tài)，此時，所有的步進(jìn)設(shè)備可以拆除。

4　步進(jìn)中遇到的問題及采取的對策

(1)TBM主機(jī)出現(xiàn)偏斜。偏斜原因分析：一方面是由于弧形面及滑軌施工測量定位偏差，兩側(cè)滑軌高差過大；另一方面是因?yàn)樵O(shè)備自身重心不居中；另外，還存在后配套臺車的影響。為滿足步進(jìn)需要，在現(xiàn)場采取了必要的防偏、糾偏措施：①滑橇防偏，在刀盤護(hù)盾及后支腿偏斜一側(cè)焊接防偏滑橇，支撐于步進(jìn)洞水平底板，防止主機(jī)跑偏；②撐靴調(diào)偏，主機(jī)偏斜一側(cè)，在撐靴與墻壁間

隙墊木方，通過撐靴的支撐作用力實(shí)現(xiàn)調(diào)偏；③輔助調(diào)偏，兩側(cè)步進(jìn)油缸調(diào)整伸長差以及后支腿偏斜方向一側(cè)的支撐千斤頂?shù)确绞秸{(diào)偏。

(2)摩擦阻力大影響步進(jìn)速度。經(jīng)分析，摩擦阻力大是由多因素引起的，主要為：①受刀盤側(cè)重力作用造成預(yù)埋滑軌變形而導(dǎo)致接觸面混凝土摩擦力增加；②防偏、糾偏措施增加了步進(jìn)阻力；③受后配套1-5#臺車影響。為實(shí)現(xiàn)步進(jìn)要求，首先，在滑軌面焊接鋼板以增加厚度，并在阻力較大的接觸面涂抹潤滑脂；其次，設(shè)置后配套拖拉油缸，主要方式為首先主機(jī)步進(jìn)，后配套拖拉油缸伸出，后配套不動；而后，主機(jī)不動，后配套拖拉油缸收回，牽引后配套前行。該方案極大地解決了主機(jī)與后配套步進(jìn)阻力疊加的問題，收到了較好的效果。

5　結(jié)　語

該工程為小直徑、近距離TBM步進(jìn)，現(xiàn)場采用預(yù)埋滑軌+油缸推進(jìn)的步進(jìn)方案并結(jié)合步進(jìn)過程中所遇到的問題進(jìn)行了分析、處置，最終實(shí)現(xiàn)了TBM安全、快速、經(jīng)濟(jì)的步進(jìn)施工，所取得的經(jīng)驗(yàn)希望能為類似條件的TBM步進(jìn)施工提供參考。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-07-12

TV554;TV52;TV554+.2

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1001-2184(2016)04-0027-02

鐘汶均(1978-)，男，四川南充人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

吳濤(1983-)，男，四川成都人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

徐曼玲(1982-)，女，天津市人，工程師，碩士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

焦永春(1986-),男，青海西寧人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.