韓小龍

(中鐵十八局集團(tuán) 隧道工程有限公司,重慶 400700)

TBM是目前隧道施工中常用的設(shè)備，和其他設(shè)備相比，TBM可利用破巖刀具施加的機(jī)械力，對(duì)隧道巖土直接進(jìn)行切割，形成碎碴巖土，再通過(guò)鏟碴裝置運(yùn)輸?shù)剿淼劳獠?，?shí)現(xiàn)隧道施工的不斷掘進(jìn)。此外，在TBM上還可以安裝支護(hù)、襯砌、吸塵、通風(fēng)、導(dǎo)向等輔助設(shè)備，隧道挖掘、支護(hù)、襯砌等工序可同時(shí)作業(yè)，從而提升隧道工程施工速度，縮短施工時(shí)間。

1 工程概述

本文涉及的案例工程為新疆某水利工程，采用兩臺(tái)TBMΦ7.83m敞開(kāi)式TBM施工。TBM2掘進(jìn)長(zhǎng)15150m，TBM3總掘進(jìn)長(zhǎng)23550m。其余洞段采用鉆爆法施工，包含TBM組裝段、通過(guò)段、檢修段等?？傮w工程分段平面圖如圖1所示。

圖1 工程平面布置示意圖

案例工程TBM采取洞內(nèi)組裝的方式，開(kāi)挖直徑Φ7.83m，為中鐵工程集團(tuán)生產(chǎn)的敞開(kāi)式TBM，總重量約1500T，總長(zhǎng)298m，由刀盤(pán)、主機(jī)、加利福尼亞道岔、后配套等組成。采用洞內(nèi)組裝的方式，從人員、技術(shù)、安全等方面制定組裝方案，保證TBM按期完成組裝并順利實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)。

2 TBM裝機(jī)的重難點(diǎn)

雖然TBM和其他施工設(shè)備相比，具有很多的優(yōu)勢(shì)，但裝機(jī)的難度也比較大，就案例工程而言，TBM裝機(jī)中存在的重難點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

2.1 大型部件吊裝難度大

TBM裝機(jī)中涉及到很多大型部件如刀盤(pán)、機(jī)頭架、主大梁等，這些部件重量大、尺寸大，吊裝時(shí)安全和質(zhì)量控制的難度也就比較大，是TBM裝機(jī)的重難點(diǎn)之一。

2.2 防寒措施難度大

就案例工程而言，TBM裝機(jī)的各種部件，在2017年年底運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，此時(shí)外界氣溫比較低，最低可達(dá)零下40℃，氣溫低，做好防寒措施是TBM裝機(jī)的重難點(diǎn)。

3 TBM組裝施工的要點(diǎn)

3.1 合理確定組裝順序

在案例工程的TBM組裝中，TBM2和TBM3都在組裝洞中完成組裝，具體的組裝順序如圖2所示。

圖2 整機(jī)組裝順序圖

從圖2中能夠獲得很多信息，比如：當(dāng)TBM3安裝完成之后，要及時(shí)跟進(jìn)TBM3的連續(xù)皮帶機(jī)安裝。當(dāng)TBM2安裝完成之后，也要及時(shí)開(kāi)展連續(xù)皮帶機(jī)安裝。但TBM2需待連續(xù)皮帶機(jī)大件全部進(jìn)洞之后，再進(jìn)行支洞皮帶機(jī)安裝，最后進(jìn)行兩臺(tái)TBM和皮帶機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始聯(lián)動(dòng)調(diào)試，確認(rèn)達(dá)到組裝的要求之后，再進(jìn)行其他部件的組裝[1]。

3.2 步進(jìn)機(jī)構(gòu)組裝作業(yè)

步進(jìn)機(jī)構(gòu)是安放固定主機(jī)的重要部件，對(duì)場(chǎng)地的平整度要求較高，組裝前應(yīng)提前做好測(cè)量工作，確保步進(jìn)小車(chē)中心線與安裝軸線相重合，并處理好場(chǎng)地平整度，否則將影響主機(jī)的穩(wěn)定性。同時(shí)考慮放置位置應(yīng)留有足夠的空間，避免與刀盤(pán)焊接發(fā)生位置干涉。步進(jìn)機(jī)構(gòu)底板放置完成后需要對(duì)內(nèi)表面的焊接部位進(jìn)行打磨，以保證在TBM步進(jìn)過(guò)程中與底護(hù)盾的摩擦減至最小，并對(duì)與底護(hù)盾相結(jié)合的位置涂刷潤(rùn)滑油脂。具體放置如圖3所示。

圖3 步進(jìn)機(jī)構(gòu)放置示意圖

3.3 底護(hù)盾組裝作業(yè)

步進(jìn)機(jī)構(gòu)放置完成后，即可進(jìn)行底護(hù)盾的放置(放置的時(shí)候需要注意預(yù)留刀盤(pán)位置以保證在吊裝后前部主機(jī)重量與刀盤(pán)的重量集中受力點(diǎn)位于步進(jìn)架上面)，放置完成后應(yīng)保證水平度、垂直度，并及時(shí)清理各螺栓孔、底護(hù)盾銷(xiāo)孔，對(duì)其與主機(jī)接觸面進(jìn)行防腐防銹處理。其方法如下：

需將底護(hù)盾平整的安放在步進(jìn)機(jī)構(gòu)上，需要2-3人將底護(hù)盾連接面用清洗劑清洗完成，再對(duì)加工面和孔進(jìn)行徹底清理并去毛刺。確認(rèn)潤(rùn)滑回油管安裝孔都已經(jīng)清理干凈并且完好。將管滑入孔內(nèi)并保證配合完好。在下底支撐的底部安裝人員出入孔蓋。安裝底護(hù)盾的銷(xiāo)子。將孔做必要的清理后，安裝連接銷(xiāo)子，緊固壓蓋的螺栓。安裝底護(hù)盾銷(xiāo)防脫鍵，并涂抹防自鎖劑。用水平尺對(duì)底護(hù)盾進(jìn)行縱向及橫向放平，有不平的地方可以用鋼板進(jìn)行墊平，墊平后對(duì)底護(hù)盾邊緣進(jìn)行檢查，確保與機(jī)頭架進(jìn)行連接時(shí)不會(huì)發(fā)生滾動(dòng)。吊裝如圖4所示。

圖4 底護(hù)盾的吊裝

3.4 機(jī)頭架安裝

機(jī)頭架是TBM組裝中的大尺寸構(gòu)件，組裝難度比較大，在案例工程的TBM組裝中，針對(duì)大尺寸構(gòu)件采取了如下方法，取得了良好效果：機(jī)頭架的單件重量就達(dá)到120t，在安裝之前，需要先進(jìn)行翻轉(zhuǎn)操作，將機(jī)頭架吊運(yùn)到底護(hù)盾上方；為保證組裝的質(zhì)量，需要保證機(jī)頭架除外部一排螺栓之外，其余部分螺栓的連接需要由專(zhuān)門(mén)人員在主機(jī)內(nèi)部完成組裝任務(wù)，為保證吊裝的精度和安全性，務(wù)必加強(qiáng)對(duì)接觸面、螺絲孔、鍵槽等的檢查，并做好保護(hù)措施。在進(jìn)行機(jī)頭架翻轉(zhuǎn)時(shí)，需在機(jī)頭架底端墊一層250mm的方木，頂端墊兩層200mm的方木，底部護(hù)盾上要安裝好定位鍵，并做好表面清潔工作，以保證安裝的精度[2]。翻轉(zhuǎn)完成之后，及時(shí)進(jìn)行機(jī)頭架起吊、移動(dòng)，每個(gè)方向上至少安排2人，對(duì)螺栓孔進(jìn)行校正，確認(rèn)達(dá)到設(shè)計(jì)精度之后，帶入螺栓。為提升安裝質(zhì)量需要等全部螺栓都安裝完成之后，再下放機(jī)頭架，最后進(jìn)行緊固操作，具體的機(jī)頭架與底護(hù)盾的連接如圖5所示。

圖5 機(jī)頭架與底護(hù)盾的連接(mm)

3.5 主大梁組裝作業(yè)

主大梁也是TBM組裝的大尺寸構(gòu)件，組裝難度比較大，為保證主大梁組裝質(zhì)量，案例工程TBM組裝中采用了如下方法：先將TBM主機(jī)皮帶機(jī)接碴端頭固定到主大梁內(nèi)控比較合適的位置，及時(shí)清理機(jī)頭架和主大梁的連接面，清理完之后及時(shí)復(fù)檢，達(dá)到要求之后，將主大梁水平吊裝到機(jī)頭架的后側(cè)，調(diào)整對(duì)位位置，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的精度之后安裝，并緊固連接螺栓[3]。為保證主大梁起吊的安全性，在主大梁起吊之前，安裝好臨時(shí)支撐，焊接支撐和主梁底部連接面需要穩(wěn)固到一起，經(jīng)檢驗(yàn)合格之后，再解除吊鉤，完成主大梁組裝工作，主大梁和機(jī)頭架對(duì)接組裝示意圖如圖6所示。

圖6 主大梁和機(jī)頭架對(duì)接組裝示意圖

先將后支撐油缸、支撐桿、靴板等與大梁三完成裝配，并焊接固定(裝好后需割開(kāi))，以防在吊裝時(shí)支撐滑落。再整體吊裝主大梁三和后支撐，與主梁二對(duì)位，并做好主梁二后部臨時(shí)支撐，裝配好大梁三與大梁二的連接螺栓并擰緊，解除吊鉤。用吊鉤吊住后支撐，割掉焊接固定點(diǎn)，讓其緩緩落下，完成主大梁三和后支撐的安裝。后支撐尺寸如圖7所示，大梁三重18.5T，后支撐附件重16T。

圖7 后支撐尺寸圖(mm)

3.6 刀盤(pán)組裝作業(yè)

刀盤(pán)組裝是TBM組裝的主要工序，案例工程TBM組裝時(shí)正值冬季，外界氣溫比較低，大大提升了焊接的難度。為保證刀盤(pán)組裝質(zhì)量，當(dāng)TBM刀盤(pán)分塊放置到預(yù)先規(guī)劃的焊接區(qū)域之后，及時(shí)進(jìn)行目測(cè)檢測(cè)，確認(rèn)達(dá)到TBM組裝的要求之后，將2個(gè)分塊按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行拼裝并預(yù)緊連接螺栓，搭設(shè)焊接保溫棚。

刀盤(pán)焊接保溫棚的規(guī)格為10m×10m×4m，為避免冬季焊接，影響焊接質(zhì)量，所有的焊接操作，都需要在保溫棚中進(jìn)行。在保溫棚頂部安裝上3kW軸流風(fēng)機(jī)，以便及時(shí)將焊接產(chǎn)生的污風(fēng)全部排出保溫棚。并布置30KW的電熱裝置，用于提升保溫棚中的溫度，控制保溫棚的溫度適中在0℃～10℃之間[4]。用紅外線測(cè)溫槍實(shí)時(shí)檢測(cè)保溫棚中的溫度和焊縫溫度，嚴(yán)格控制溫度，為刀盤(pán)組裝焊接營(yíng)造良好的環(huán)境，保證焊接質(zhì)量。刀盤(pán)焊接保溫棚示意圖如8所示。

圖8 刀盤(pán)焊接保溫棚示意圖

主推油缸安裝時(shí)，將主推油缸缸體端支座連接至撐靴上的油缸支座上，保持起吊狀態(tài)，安裝銷(xiāo)軸；調(diào)整主推油缸活塞桿端支座與主大梁油缸支座對(duì)位，安裝活塞桿端銷(xiāo)軸，安裝定位銷(xiāo)。固定后，解除吊裝裝置。吊裝過(guò)程中，應(yīng)時(shí)刻注意避免油缸發(fā)生碰撞，以免造成油缸進(jìn)出油口的損壞。

4 TBM組裝質(zhì)量調(diào)試

為驗(yàn)證TBM組裝質(zhì)量是否達(dá)到隧道工程施工的要求，組裝完成之后要及時(shí)進(jìn)行調(diào)試。在對(duì)連續(xù)皮帶機(jī)和TBM聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，需要高度重視以下內(nèi)容：

一是保證TBM中所有的設(shè)備都通電，檢查各系統(tǒng)供電情況是否穩(wěn)定、正常。

二是可采用人工操作點(diǎn)動(dòng)模式，依次啟動(dòng)皮帶機(jī)洞口驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、TBM的尾部連續(xù)皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以確認(rèn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)向是否符合驅(qū)動(dòng)的要求。

三是當(dāng)所有的驅(qū)動(dòng)都檢查完成，符合要求之后再啟動(dòng)遠(yuǎn)程控制模式，在主控中心啟動(dòng)、停止整機(jī)皮帶機(jī)出碴系統(tǒng)。檢查各緊急拉線、防偏開(kāi)關(guān)的功能是否都能符合要求[5]。

四是逐步提升連續(xù)皮帶機(jī)的運(yùn)行速度，檢查各個(gè)系統(tǒng)的滾筒是否發(fā)生皮帶跑偏問(wèn)題，如果存在及時(shí)調(diào)整。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上，結(jié)合工程實(shí)踐，分析了隧道工程TBM裝機(jī)的重難點(diǎn)及組裝施工，結(jié)果表明，TBM是隧道工程施工中常用的基礎(chǔ)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)隧道開(kāi)挖、襯砌、支護(hù)同時(shí)進(jìn)行。但TBM裝機(jī)的難度也非常大，尤其是在大尺寸構(gòu)件安裝和氣溫控制上，存在很多問(wèn)題。這就需要施工單位，能夠結(jié)合隧道工程實(shí)際情況，開(kāi)展有針對(duì)性的調(diào)整，制定合理的吊裝方法，并且搭設(shè)起保溫棚，才能保證TBM組裝質(zhì)量，更好的應(yīng)用到隧道工程施工中。