姜金言，姜彬，田野

（1.青島市地鐵十三號(hào)線有限公司，山東 青島 266555；2.蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

敞開式TBM掘進(jìn)途中主軸承更換方案研究

姜金言1,2，姜彬1，田野1

（1.青島市地鐵十三號(hào)線有限公司，山東 青島 266555；2.蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

TBM在我國(guó)隧道施工中應(yīng)用已有二十幾年，其中出現(xiàn)過TBM主軸承故障導(dǎo)致工程工期延誤的案例。文章從TBM掘進(jìn)施工途中主軸承損壞被迫更換的實(shí)際出發(fā)，系統(tǒng)闡述了主軸承更換的總體土建方案及換裝作業(yè)順序，著重介紹了刀盤固定、主軸承運(yùn)輸、換裝作業(yè)等，對(duì)今后TBM施工途中主軸承發(fā)生故障時(shí)更換與處理節(jié)省時(shí)間具有一定的指導(dǎo)意義。

敞開式TBM；主軸承；更換方案

主軸承是全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）最核心的部件。掘進(jìn)過程中主軸承損壞并被迫更換是任何施工單位都不愿意碰到的。在我國(guó)隧道TBM施工的工程實(shí)踐過程中，發(fā)生了多起掘進(jìn)途中主軸承損壞被迫更換事故。如遼寧大伙房輸水一期工程三臺(tái)TBM，蘭渝鐵路工程TBM左線等。TBM制造商提供的更換方案過于繁雜且實(shí)施成本過高。本文以某工程敞開式TBM連續(xù)皮帶機(jī)出渣施工、同步模筑襯砌工程為例，從方案的土建布置及換裝作業(yè)順序的角度出發(fā)，研究TBM掘進(jìn)途中主軸承的更換方案，以期對(duì)今后工程實(shí)踐遇到類似問題能有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

1 工程概況、換裝作業(yè)難點(diǎn)及準(zhǔn)備

1.1 工程概況

某工程采用敞開式硬巖TBM掘進(jìn)機(jī)+連續(xù)皮帶機(jī)出渣+同步模筑襯砌模式施工，掘進(jìn)中途主軸承損壞需要更換。

1.2 換裝作業(yè)難點(diǎn)及準(zhǔn)備

根據(jù)工程特點(diǎn)及掘進(jìn)機(jī)實(shí)際情況，研究部署更換總體方案，確定更換作業(yè)的重點(diǎn)及難點(diǎn)，做好重點(diǎn)難點(diǎn)解決措施，排除不確定性因素，整體方案中主軸承運(yùn)輸、刀盤固定、換裝作業(yè)順序?yàn)檎w換裝作業(yè)的難點(diǎn)。為順利完成換裝作業(yè)，針對(duì)機(jī)器特性，確定主軸承運(yùn)輸、刀盤固定、更換作業(yè)的具體步驟及相關(guān)參數(shù)。

2 更換總體方案

2.1 制造商換裝方案

國(guó)內(nèi)TBM施工過程中遇到主軸承故障問題時(shí)，首先會(huì)咨詢制造廠商的建議方案，制造商往往會(huì)提供一些比較保守的方案，制造商建議方案一般要求在刀盤及附近區(qū)域做擴(kuò)大洞室，安裝行吊，拆卸吊裝。這種方案不但施做繁瑣，而且一般花費(fèi)時(shí)間較多，不只是浪費(fèi)資金，更對(duì)總工期不利。

2.2 換裝方案

在掘進(jìn)機(jī)后方保證一定的安全距離處（一般20m左右）施做換裝作業(yè)洞室和主軸承暫存洞室，主軸承首先運(yùn)輸?shù)綍捍娑词視簳r(shí)儲(chǔ)存，把刀盤固定在掌子面，然后掘進(jìn)機(jī)整體后退使刀盤脫離掘進(jìn)機(jī)，主機(jī)及后配套整體后退至換洞室后方，進(jìn)行換裝作業(yè)，而后步進(jìn)至掌子面與刀盤對(duì)接、調(diào)試，完成更換作業(yè)。總體方案示意圖如圖1。

圖1 總體方案示意圖

3 具體實(shí)施方案

3.1 刀盤的固定

刀盤固定的目的是為了確保刀盤順利與主軸承脫離，等主軸承更換完后，能夠保證刀盤順利與主軸承對(duì)接安裝。防止刀盤拆卸過程中產(chǎn)生下沉和移位，采取四點(diǎn)鎖定、三點(diǎn)支撐的總體固定方法，刀盤底部采用加墊板方式固定防止刀盤下沉，見圖2（a）使用φ22砂漿錨桿進(jìn)行鎖定防止刀盤縱向產(chǎn)生偏移，見圖2（b）。

3.2 主軸承洞內(nèi)運(yùn)輸方案

圖2 刀盤加固示意圖

圖3 運(yùn)輸圖

主軸承在洞外利用龍門吊吊裝至按照刀盤運(yùn)輸而特別改制的有軌板車上，然后運(yùn)至洞內(nèi)。內(nèi)燃機(jī)車牽引依次通過襯砌臺(tái)車、通風(fēng)機(jī)支架及皮帶機(jī)主驅(qū)動(dòng)平臺(tái)等。

3.2.1 主軸承運(yùn)輸板車設(shè)計(jì)

由于主軸承直徑較大，主軸承的運(yùn)輸必須特別設(shè)計(jì)運(yùn)輸平板車。運(yùn)輸平板車由兩個(gè)平板車并列組裝制作而成，一平板車為主動(dòng)平板車，一平板車為從動(dòng)平板車，主動(dòng)平板車與從動(dòng)平板車通過固定在主軸承支撐架下的滾子左右移動(dòng)，機(jī)車推主動(dòng)平板車向前行進(jìn)，主軸承通過滾子帶著從動(dòng)平板車向前行進(jìn)。

3.2.2 主軸承通過襯砌臺(tái)車

在采用同步襯砌的施工工程中，當(dāng)主軸承運(yùn)輸通過襯砌臺(tái)車位置時(shí)，為便于主軸承洞內(nèi)運(yùn)輸，并且不用拆除洞內(nèi)襯砌臺(tái)車，在襯砌臺(tái)車附近、施做專用避車洞，避車洞尺寸以滿足容納主軸承專用運(yùn)輸平板車為準(zhǔn)。避車洞與主洞夾角必須滿足不小于有軌運(yùn)輸線路最小轉(zhuǎn)彎半徑。

具體方法如下：在襯砌臺(tái)車后方，運(yùn)輸線路一側(cè)開挖臨時(shí)洞室，機(jī)車運(yùn)輸主軸承至臺(tái)車附近時(shí)，先行進(jìn)入臨時(shí)避讓洞室，然后推動(dòng)襯砌臺(tái)車退至臨時(shí)避讓洞室后面，主軸承退出臨時(shí)避讓洞室繼續(xù)前行，如次通過所有臺(tái)車。見運(yùn)輸圖3（a）、圖3（b）、圖3（c）。

3.2.3 主軸承通過風(fēng)機(jī)及皮帶機(jī)主驅(qū)動(dòng)平臺(tái)

通過風(fēng)機(jī)支架及皮帶機(jī)主驅(qū)動(dòng)平臺(tái)時(shí)，將現(xiàn)有的橫梁通道用工字鋼加寬，并增加臨時(shí)立柱，將原有的立柱支撐去掉，以滿足新軸承通行空間要求。

3.3 換裝洞室施工方案

3.3.1 洞室施工

換裝洞室在掘進(jìn)機(jī)尾拖板后方20m安全距離處開挖，換裝洞室尺寸以掘進(jìn)機(jī)開挖直徑合理確定參見圖4換裝洞室示意圖。儲(chǔ)藏洞參考避讓洞室尺寸開挖。

圖4 換裝洞室示意圖

3.3.2 吊點(diǎn)布設(shè)

參考掘進(jìn)機(jī)廠家提供的國(guó)外工地主軸承更換實(shí)例，在預(yù)括挖洞洞頂布置兩根滑軌以進(jìn)行更換作業(yè)。換裝洞室內(nèi)吊點(diǎn)為雙滑軌形式設(shè)置，滑軌間距2～3m，軌長(zhǎng)長(zhǎng)度不宜小于25m，滑軌兩側(cè)每隔1m設(shè)置2根錨桿，長(zhǎng)度4.5m，錨桿頭部與滑軌上翼板采用螺栓連接，并加強(qiáng)補(bǔ)焊，圖5為換裝作業(yè)布置圖，圖6為錨桿布設(shè)圖。

圖5 換裝作業(yè)布置圖

圖6 錨桿布設(shè)圖

圖7 換裝作業(yè)示意圖

3.3.3 換裝作業(yè)順序及流程

當(dāng)新軸承運(yùn)輸?shù)轿缓?，新舊軸承更換作業(yè)的空間順序按圖7（a）、圖7（b）、圖7（c）、圖7（d）所示進(jìn)行。

換裝作業(yè)流程：刀盤固定—刀盤主軸承分離—主機(jī)退后一段距離—拆除相應(yīng)部件（護(hù)盾、密封驅(qū)動(dòng)等— 拆主軸承—安裝新主軸承—安裝相應(yīng)部件—向前步進(jìn)—對(duì)接、安裝刀盤。

4 結(jié)語

長(zhǎng)大隧道TBM施工途中，需要時(shí)刻注意主軸承的潤(rùn)滑保養(yǎng)，避免因保養(yǎng)原因造成的主軸承損壞。只要在施工過程中對(duì)主軸承密封系統(tǒng)進(jìn)行正常保養(yǎng)，主軸承損壞概率可極小甚至不存在。本文旨在為以后施工生產(chǎn)中遇到被迫更換TBM主軸承時(shí)的總體方案及作業(yè)流程進(jìn)行探討，為今后遇到類似問題以借鑒。

[1]水利部科技推廣中心.全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī).（TBM）[M]北京：石油工業(yè)出版社,2005.

[2]唐與，吳慶山，韓志遠(yuǎn).支撐式TBM掘進(jìn)中途.的主軸承更換及處理[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009,46（1）.

[3]王彥軍.TBM主軸承故障成因分析及維保技術(shù)[J].國(guó)防交通工程與技術(shù)，2011（2）.

U455.31

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1671-0711（2017）04（下）-0165-03