观景口水利枢纽超长距离硬岩顶管施工回退技术

2021-10-27巨宏伟

中国水利 2021年19期

巨宏伟

（中铁十八局集团隧道工程有限公司，401120，重庆）

重庆市观景口水利枢纽输水隧洞施工中，有2条隧洞长度超过2 000 m，分别为3号无压隧洞（长3 224 m）和6号无压隧洞（长2 178 m），采用了长距离硬岩顶管机对顶施工方法。当顶管机掘进至预定位置后，采用顶管机回退技术，使顶管机成功从隧洞退出。

一、顶管回退技术原理

长距离顶管机可回退技术原理为：通过对顶管机的结构进行特殊设计，使刀盘可拆分，并将顶管机主机增加扩径盾体，实现主机与扩径盾在洞内分离；当顶管机主机回拖时用专门设计的回拖机运输，实现顶管机与刀盘中心块快速回退；当顶管机主机与刀盘中心块完成回退后，再将洞内掌子面的刀盘边块和扩径块体进行拆解，然后运出洞外，完成整个顶管机回退过程。

二、顶管机回退流程和技术要点

根据顶管机回退的总体规划和施工条件，确定顶管机回退的总体流程，分系统、分部位、分时段地进行顶管机回退。回退时要采取安全保障措施，确保顶管机顺利回退与转场。

顶管机回退主要步骤：回退准备工作→中继间拆除及闭合→洞内管线拆除→后配套台车回退→风管及水管拆除→主机分离回退→刀盘边块及扩径盾拆除回退。

1.回退准备工作

（1）人员组织准备

在顶管机回退时每天安排3个班组进行作业，每班安排15人，每班8 h。拆卸工作开始前，要做好技术交底工作，让参与拆卸的每一个工人了解拆卸工作流程、拆卸技术要点和安全注意事项等。

（2）工器具准备

顶管机回退拆卸的常规工器具主要是重型开口扳手、千斤顶、导链、吊带、钢丝绳、割枪、电焊机等。

专用工具准备包括液压扭矩扳手、刀盘螺栓拆卸专用扳手、回退液压泵站及卷扬机、主机行走轮、专用手拉葫芦、刀盘边块及扩径盾运输小车等。

（3）设备行走通道准备

顶管机回退前要做好行走通道的准备工作，主要为中继间通道和管节之间的接缝处理，隧洞内的中继间若为钢结构中继间，台车和主机回拖轮的行走位置用钢板进行铺设；管节之间的间隙则用砂浆进行填充，保证回拖设备的胶轮可以顺利通过。

（4）技术准备

在顶管机回退前将设备相关技术图纸和资料准备好。

2.中继间拆除及闭合

洞内中继间拆卸及闭合从1号中继间依次向后拆卸和闭合，拆卸一个闭合一个；没有启用并且与主机相近的中继间可以提前拆除并闭合。中继间的拆除及闭合要在尽可能短的时间内完成，以免管节在静止时间过长后摩阻力增大，造成中继间闭合失效。

中继间油缸及支座拆除后，油缸卡子要复位，保证油管拆卸及安装时不被污染。拆除后的中继间油缸及支座可以和管路一起运出洞外。

中继间油缸要从上至下依次拆卸，同时要及时拆卸行程传感器及控制盒等电气设备，避免在拆卸过程中发生损坏。进排浆伸缩管也要同步拆卸。

3.洞内管线运输及杂物清除

洞内管线主要包括进排浆管路、膨润土管路、阀站、信号电缆、高压电缆、测量水管等，洞内的管线根据需要依次进行拆除，排浆管路及膨润土管路拆除后利用平板车运出洞外。同步要将洞内的杂物全部清理出洞，为后续主机回退运输留出足够的通道。管线运输可以采用小的三轮车或者自制的运输小车，以提高运输效率。

4.后配套台车回退

顶管机后配套拖车等配套设备在主机分离过程中，根据现场实际情况对不使用的后配套台车进行回退。回退前，首先将后配套拖车之间的连接板、管路及电缆拆除，拆除后的管路及线缆固定在相应台车上，并依次进行回退。回退过程中要保持台车平衡，防止台车倾覆。

5.主机拆除及回拖

在主机拆除时首先启动刀盘，将刀盘上的12号边刀转动到刀盘的正上方并拆除7～15号刀具，再将刀盘中心块与边块及扩径盾尾挡板连接螺栓拆除；然后再将主机与扩径盾尾挡板及首节管防扭装置拆除，拆除完成后在盾尾底部安装特制木垫板，保证主机顺利回退。

主机与刀盘边块及扩径盾分离前，首先拆卸下刀盘上的滚刀，以减轻机头的重量，降低主机内盾与刀盘及扩径盾的分离难度，在主机内盾与刀盘及扩径盾分离成功后用专用工具进行回拖，当主机的中盾回拖出扩径盾后，在中盾位置安装行走拖车；行走拖车安装成功后，继续对主机进行回拖，当刀盘回拖到前扩径盾与中盾连接处时安装主机回拖轮。在主机分离过程中可以使用铰接油缸对主机姿态进行调整，提高主机从扩径盾中分离效率。

顶管机回退步骤：顶管机主机拆卸准备工作→刀盘中心块与边块分离→扩径盾与内盾分离→内盾脱离第一个3 m→内盾脱离第二个3 m并正常回退。

（1）顶管主机拆卸准备工作

顶管机在到达掘进位置前10 m，主机调向应平缓，铰接油缸差值不宜太大；顶管机到达掘进位置后，刀盘与掌子面保证留有部分间隙，以免刀盘受到顶力影响拆除困难；调整主机姿态并将铰接油缸全部收回；关闭主机进排浆液压闸阀。

停止掘进前，首先应将铰接油缸全部伸出，留出最大空间；然后运行进排浆系统，将刀盘内部的石渣物料全部循环清理干净，同时将进排浆管路内部的泥渣也清理干净。完成该项工作后，将1号和2号中继间油缸持续泄压，降低刀盘的压力，防止木垫板回弹造成刀盘与掌子面紧贴而无法拆卸刀盘。

1号和2号中继间泄压完成后，在准备拆卸刀盘边块与中心块前，将铰接油缸全部收回，使刀盘与掌子面留有足够的空间，确保刀盘边块不受力。

（2）刀盘边块与中心块分离

通过刀盘控制面板（点动模式）将刀盘1号边块转动到正上方（12号刀），再拆除刀盘中心块与边块连接螺栓。

（3）扩径盾与内盾脱离

扩径盾与主机前盾脱离前按图纸拆除相应的螺栓及结构件，并在扩径盾和主机尾部底下位置安装木板，在脱离时可以使主机顺利从扩径盾内滑出。所有拆除后的螺栓在结构面分开后，将螺栓安装到原来位置或者整理收集存入库房内。拆除扩径盾与主机前盾的连接螺栓、拆除连接挡板、拆除防偏转装置。

主机与扩径盾体结构件螺栓拆除后，主机通过混凝土管上吊点安装手拉葫芦将其脱离，回拖小车与内盾尾部通过螺栓连接。

（4）内盾回拖第一个3 m

用手拉葫芦将主机向后拉约3 m的位置后，在刀盘位置安装行走轮，见图1。

图1 回退第一个3 m示意图

（5）内盾回退第二个3 m并正常回退

用手拉葫芦将主机再向后拉大约3 m的位置，主机全部进入混凝土管节后，实现正常回退，见图2。

图2 回退第二个3 m及正常回退示意图

6.刀盘边块拆除及回退

刀盘边块拆除前，在前三节混凝土管安装吊点，为刀盘边块转运做好准备工作。刀盘边块在拆除时先临时固定于掌子面上，收缩扩径前盾给拆除预留足够空间，刀盘拆除的顺序为上边块、左右边块及下边块。拆卸平台就位后将上边块连接螺栓拆除，拆除后的边块运到后部利用混凝土管上的吊点转至平板车上运到洞外。

7.扩径盾拆除及回退

扩径盾主要结构分为前扩径盾、前扩径盾转接环、尾盾及尾盾转接环，拆除时依次从前扩径盾开始向后拆除，除前盾及尾盾分块拆除外，转接环需要分块氧焊拆除。

在拆除扩径盾前，必须将扩径盾定位销全部拆除并做好记录，扩径盾分块进行编号。

前扩径盾拆除先从顶部开始，自制平台必须牢固、稳定，在拆除螺栓后通过固定在洞壁的倒链及千斤顶等工具将顶部分块安全平稳地落到地面上。

前扩径盾顶部拆除后，分别从左右两侧对称拆除，最后拆除底部扩径分块，在拆除前扩径盾后，通过掌子面或者洞壁的吊点使用手拉倒链，将前扩径盾转接环从尾盾中拉出，然后将转接环固定牢固，转接环为一整体钢制结构，拆除时需要借助氧焊对转接环进行分割，在分割时，焊口应平直整齐，为后续焊接做好准备，严禁进行破坏性分割。尾盾及尾盾转接环的拆除顺序参考前扩径盾及转接环的拆除顺序。