(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津　300222)

眾所周知，全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)(簡(jiǎn)稱TBM)主軸承被稱為是機(jī)器的“心臟”。TBM掘進(jìn)中途發(fā)生的主軸承異常和損壞，都是人們最不愿意碰到的事情。

1　工程概況

西秦嶺特長(zhǎng)隧道是蘭渝鐵路全線控制性工程，為兩座基本平行的分離式單線隧道，左線、右線兩個(gè)單線隧道長(zhǎng)度均為28.36km，每個(gè)單線隧道的20km采用TBM施工。TBM選型為美國(guó)羅賓斯生產(chǎn)的敞開(kāi)式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)，刀盤(pán)直徑10.23m(刀具磨損后最小洞徑10.2m)，每循環(huán)掘進(jìn)行程為1.8m。右線里程DIyK395+116.582 -DIyK423+351.422，全長(zhǎng)28 236.582m。進(jìn)口位于透防鄉(xiāng)潘家溝村，采取鉆爆法施工8 236m；出口位于洛塘鎮(zhèn)老盤(pán)底村，采用直徑為10.20m敞開(kāi)式硬巖TBM掘進(jìn)機(jī)獨(dú)頭施工20km。隧道出口獨(dú)頭TBM掘進(jìn)距離長(zhǎng)(20km)，正洞開(kāi)挖斷面大，施工工期緊、任務(wù)重，對(duì)TBM掘進(jìn)的進(jìn)度指標(biāo)要求較高。目前無(wú)論是隧道長(zhǎng)度，還是隧道TBM開(kāi)挖斷面，該隧道在我國(guó)鐵路建設(shè)史上均屬首次[1]。

2　TBM主軸承更換難點(diǎn)

西秦嶺特長(zhǎng)隧道TBM施工分兩個(gè)階段：第一階段TBM掘進(jìn)約8km后進(jìn)入整修洞室，經(jīng)過(guò)整修與皮帶機(jī)出渣位置調(diào)整后，進(jìn)入第二階段開(kāi)始TBM掘進(jìn)。TBM在第二階段施工至DIyK409+140位置時(shí)，發(fā)現(xiàn)主軸承的磨損較大，需立即更換，否則無(wú)法再進(jìn)行掘進(jìn)施工。

TBM主軸承在洞內(nèi)更換過(guò)程比較繁瑣、復(fù)雜，需要解決2個(gè)難點(diǎn)。

(1)因?yàn)槭仟?dú)頭掘進(jìn)，需要更換的新、舊主軸承要通過(guò)TBM的主機(jī)和后配套，而新、舊主軸承的外包裝直徑7.2m、高2m，TBM的主機(jī)占據(jù)整個(gè)洞室，沒(méi)有交換空間。

(2)在隧道洞內(nèi)更換主軸承需要將舊主軸承與刀盤(pán)脫離，而刀盤(pán)自重275t，在更換新主軸承后與刀盤(pán)對(duì)接時(shí)，刀盤(pán)不能產(chǎn)生下沉、傾斜和移位，否則108個(gè)刀盤(pán)與主軸承連接螺栓不能有效連接。因此固定刀盤(pán)成為難點(diǎn)之一。

3　主軸承更換的工藝流程與工作要點(diǎn)

TBM掘進(jìn)至第二階段DIyK409+140位置停機(jī)。在TBM后方保證20m的安全距離處施做換裝洞室和主軸承儲(chǔ)藏洞室，主軸承運(yùn)輸?shù)絻?chǔ)藏洞室后先行儲(chǔ)藏，固定刀盤(pán)和頂護(hù)盾后脫離掘進(jìn)機(jī)，主機(jī)及后配套整體后退220m至換裝洞室后，進(jìn)行換裝作業(yè)，然后步進(jìn)至掌子面與刀盤(pán)對(duì)接、調(diào)試，完成更換作業(yè)，繼續(xù)TBM掘進(jìn)施工。主軸承更換作業(yè)流程見(jiàn)圖1。

3.1　換裝洞室的施工

換裝洞室計(jì)劃在掘進(jìn)機(jī)尾拖板后方20m安全距離處開(kāi)挖，即：DIyK409+340- DIyK409+365;換裝洞室在正洞斷面基礎(chǔ)上擴(kuò)挖而成，具體尺寸(長(zhǎng)×寬×高)：9m×10.23m×13.23m，采用III級(jí)圍巖綜合洞室支護(hù)參數(shù)支護(hù)。在左側(cè)開(kāi)挖儲(chǔ)藏洞，儲(chǔ)藏洞凈空長(zhǎng)×寬×高=8×7.5×4.3m(解決了難點(diǎn)1)，采用III級(jí)圍巖綜合洞室支護(hù)參數(shù)支護(hù)。為確保TBM后退時(shí)撐靴在儲(chǔ)藏洞處有足夠支撐力，在洞室口增加3榀H150鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)。

圖1　換裝作業(yè)流程圖

3.2　固定刀盤(pán)

主要目的是為確保總重275t的刀盤(pán)順利脫離舊主軸承，待主軸承更換完后保證刀盤(pán)順利與新主軸承對(duì)接。所以，刀盤(pán)必須要固定牢穩(wěn)，確保機(jī)架與設(shè)計(jì)中線和高程不變化。刀盤(pán)拆卸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生下沉和移位，現(xiàn)場(chǎng)采取4點(diǎn)錨桿束鎖定、底部3位支撐鋼墊塊的總體方法(解決了難點(diǎn)2)，左上、右上、左下、右下4個(gè)包廂位置鎖定刀盤(pán)，每處各布設(shè)8根錨桿，使用φ22砂漿錨桿進(jìn)行鎖定，單根錨桿拉拔實(shí)驗(yàn)承重16t以上，主要防止刀盤(pán)縱向產(chǎn)生偏移；刀盤(pán)底部采用分層加焊墊板全包圍方式固定，在刀盤(pán)底部和隧道中線左右各1.19m位置分層焊接墊實(shí)800mm×800mm×40mm鋼板，進(jìn)行焊接填充密實(shí)，防止刀盤(pán)下沉。刀盤(pán)固定示意見(jiàn)圖2。

圖2　刀盤(pán)固定示意圖

3.3　主軸承與刀盤(pán)分離

完成對(duì)刀盤(pán)“3位支撐”和“4點(diǎn)鎖定”后，對(duì)TBM原始方位包括撐靴位置、頂部撐靴油缸伸出長(zhǎng)度，扭矩油缸伸出長(zhǎng)度和側(cè)護(hù)盾后邊沿位置等，刀盤(pán)脫離前做好標(biāo)記。隨后拆除刀盤(pán)雙頭連接螺栓，TBM主機(jī)架后退，最終實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)與主軸承分離。

3.4　整體拆除頂護(hù)盾

將頂護(hù)盾頂?shù)阶罡呶?，在頂護(hù)盾頂部按三角形布置焊接3個(gè)吊耳。利用導(dǎo)鏈起吊護(hù)盾，將滑軌與頂護(hù)盾焊接到一起起吊護(hù)盾與滑軌整體，前移；主機(jī)后退與頂護(hù)盾分離，這就整體拆除了頂護(hù)盾[2]。

3.5　主機(jī)后退

利用推進(jìn)油缸進(jìn)行主機(jī)后退220m到達(dá)換裝作業(yè)區(qū)，通過(guò)主軸承儲(chǔ)藏洞室時(shí)撐靴踩壓部位采用下部油缸浮動(dòng)與鋼支撐鎖口加固等方式通過(guò)。

3.6　依次拆除輔助設(shè)備

依次拆除渣斗；外密封及其壓環(huán)和隔環(huán)；內(nèi)密封及其壓環(huán)和隔環(huán)；主驅(qū)動(dòng)電機(jī)和小齒輪軸；轉(zhuǎn)接基座，使舊主軸承體裸露。

3.7　拆除舊主軸承

(1)主軸承參數(shù)重量26 661kg,直徑6 700mm，厚度550mm；雙頭螺栓545個(gè)。主要工具為M48×400頂絲6個(gè)，專用吊具1套。

(2)用頂絲向外頂主軸承，注意保持各處頂絲旋進(jìn)尺寸一致，以確保主軸承周向均勻地從安裝腔體內(nèi)滑出。同步調(diào)節(jié)各導(dǎo)鏈松緊度，保證主軸承姿態(tài)垂直。

(3)主軸承完全脫離安裝腔體后，翻轉(zhuǎn)主軸承，待其完全水平后，用煤油徹底清理，并轉(zhuǎn)移到指定位置存放。

3.8　安裝新主軸承

(1)舊主軸承轉(zhuǎn)移到位后，新主軸承移送到主機(jī)前部就位。

(2)起吊新主軸承至一定高度，利用輔助導(dǎo)鏈調(diào)整其姿態(tài)至垂直狀態(tài)。

(3)平移主軸承至安裝腔附近，安裝頂絲到安裝腔上，利用頂絲對(duì)正主軸承螺栓孔。

(4)在頂絲后邊加螺母，將主軸承壓入安裝腔內(nèi)。

(5)安裝雙頭螺柱，拆除頂絲。逐步校核螺栓拉拔壓力至標(biāo)準(zhǔn)值。

圖3　換裝作業(yè)示意圖

3.9　依次安裝轉(zhuǎn)接基座，主驅(qū)動(dòng)電機(jī)和小齒輪軸，內(nèi)、外密封，渣斗。

3.10　步進(jìn)、安裝頂護(hù)盾、對(duì)接刀盤(pán)

(1)向前步進(jìn)220m、護(hù)盾安裝完成后，清理主機(jī)前部區(qū)域；

(2)向前步進(jìn)至主機(jī)前端距刀盤(pán)50cm時(shí)停止；

(3)慢速前進(jìn)，同時(shí)調(diào)整主機(jī)姿態(tài)至PPS顯示數(shù)據(jù)與刀盤(pán)脫離前完全吻合；

(4)密切觀察主機(jī)前端，前進(jìn)到與刀盤(pán)表面接觸后立即停機(jī)；

(5)在轉(zhuǎn)接基座上切向掛導(dǎo)鏈，微調(diào)螺栓孔位置；

(6)安裝雙頭連接螺栓；

(7)校核拉拔壓力，最后安裝螺栓保護(hù)帽。

(8)拆除“三位支撐”和“四點(diǎn)鎖定”。

4　結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)大隧道的TBM施工中，主軸承作為機(jī)器的“心臟”部件，一旦造成損壞，必將影響TBM正常掘進(jìn)、施工進(jìn)度。所以必須將維修與保養(yǎng)作為一道工序納入施工程序管理，不能為趕施工進(jìn)度而忽略維修與保養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]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(2).

[2]水利部科技推廣中心.全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM)[M].北京：石油工業(yè)出版社,2005.