隧道工程TBM装机的重难点及组装施工

韩小龙

(中铁十八局集团 隧道工程有限公司,重庆 400700)

TBM是目前隧道施工中常用的设备，和其他设备相比，TBM可利用破岩刀具施加的机械力，对隧道岩土直接进行切割，形成碎碴岩土，再通过铲碴装置运输到隧道外部，实现隧道施工的不断掘进。此外，在TBM上还可以安装支护、衬砌、吸尘、通风、导向等辅助设备，隧道挖掘、支护、衬砌等工序可同时作业，从而提升隧道工程施工速度，缩短施工时间。

1 工程概述

本文涉及的案例工程为新疆某水利工程，采用两台TBMΦ7.83m敞开式TBM施工。TBM2掘进长15150m，TBM3总掘进长23550m。其余洞段采用钻爆法施工，包含TBM组装段、通过段、检修段等。总体工程分段平面图如图1所示。

图1 工程平面布置示意图

案例工程TBM采取洞内组装的方式，开挖直径Φ7.83m，为中铁工程集团生产的敞开式TBM，总重量约1500T，总长298m，由刀盘、主机、加利福尼亚道岔、后配套等组成。采用洞内组装的方式，从人员、技术、安全等方面制定组装方案，保证TBM按期完成组装并顺利实现掘进。

2 TBM装机的重难点

虽然TBM和其他施工设备相比，具有很多的优势，但装机的难度也比较大，就案例工程而言，TBM装机中存在的重难点，主要体现在以下两个方面。

2.1 大型部件吊装难度大

TBM装机中涉及到很多大型部件如刀盘、机头架、主大梁等，这些部件重量大、尺寸大，吊装时安全和质量控制的难度也就比较大，是TBM装机的重难点之一。

2.2 防寒措施难度大

就案例工程而言，TBM装机的各种部件，在2017年年底运输到现场进行组装，此时外界气温比较低，最低可达零下40℃，气温低，做好防寒措施是TBM装机的重难点。

3 TBM组装施工的要点

3.1 合理确定组装顺序

在案例工程的TBM组装中，TBM2和TBM3都在组装洞中完成组装，具体的组装顺序如图2所示。

图2 整机组装顺序图

从图2中能够获得很多信息，比如：当TBM3安装完成之后，要及时跟进TBM3的连续皮带机安装。当TBM2安装完成之后，也要及时开展连续皮带机安装。但TBM2需待连续皮带机大件全部进洞之后，再进行支洞皮带机安装，最后进行两台TBM和皮带机系统开始联动调试，确认达到组装的要求之后，再进行其他部件的组装[1]。

3.2 步进机构组装作业

步进机构是安放固定主机的重要部件，对场地的平整度要求较高，组装前应提前做好测量工作，确保步进小车中心线与安装轴线相重合，并处理好场地平整度，否则将影响主机的稳定性。同时考虑放置位置应留有足够的空间，避免与刀盘焊接发生位置干涉。步进机构底板放置完成后需要对内表面的焊接部位进行打磨，以保证在TBM步进过程中与底护盾的摩擦减至最小，并对与底护盾相结合的位置涂刷润滑油脂。具体放置如图3所示。

图3 步进机构放置示意图

3.3 底护盾组装作业

步进机构放置完成后，即可进行底护盾的放置(放置的时候需要注意预留刀盘位置以保证在吊装后前部主机重量与刀盘的重量集中受力点位于步进架上面)，放置完成后应保证水平度、垂直度，并及时清理各螺栓孔、底护盾销孔，对其与主机接触面进行防腐防锈处理。其方法如下：

需将底护盾平整的安放在步进机构上，需要2-3人将底护盾连接面用清洗剂清洗完成，再对加工面和孔进行彻底清理并去毛刺。确认润滑回油管安装孔都已经清理干净并且完好。将管滑入孔内并保证配合完好。在下底支撑的底部安装人员出入孔盖。安装底护盾的销子。将孔做必要的清理后，安装连接销子，紧固压盖的螺栓。安装底护盾销防脱键，并涂抹防自锁剂。用水平尺对底护盾进行纵向及横向放平，有不平的地方可以用钢板进行垫平，垫平后对底护盾边缘进行检查，确保与机头架进行连接时不会发生滚动。吊装如图4所示。

图4 底护盾的吊装

3.4 机头架安装

机头架是TBM组装中的大尺寸构件，组装难度比较大，在案例工程的TBM组装中，针对大尺寸构件采取了如下方法，取得了良好效果：机头架的单件重量就达到120t，在安装之前，需要先进行翻转操作，将机头架吊运到底护盾上方；为保证组装的质量，需要保证机头架除外部一排螺栓之外，其余部分螺栓的连接需要由专门人员在主机内部完成组装任务，为保证吊装的精度和安全性，务必加强对接触面、螺丝孔、键槽等的检查，并做好保护措施。在进行机头架翻转时，需在机头架底端垫一层250mm的方木，顶端垫两层200mm的方木，底部护盾上要安装好定位键，并做好表面清洁工作，以保证安装的精度[2]。翻转完成之后，及时进行机头架起吊、移动，每个方向上至少安排2人，对螺栓孔进行校正，确认达到设计精度之后，带入螺栓。为提升安装质量需要等全部螺栓都安装完成之后，再下放机头架，最后进行紧固操作，具体的机头架与底护盾的连接如图5所示。

图5 机头架与底护盾的连接(mm)

3.5 主大梁组装作业

主大梁也是TBM组装的大尺寸构件，组装难度比较大，为保证主大梁组装质量，案例工程TBM组装中采用了如下方法：先将TBM主机皮带机接碴端头固定到主大梁内控比较合适的位置，及时清理机头架和主大梁的连接面，清理完之后及时复检，达到要求之后，将主大梁水平吊装到机头架的后侧，调整对位位置，达到设计要求的精度之后安装，并紧固连接螺栓[3]。为保证主大梁起吊的安全性，在主大梁起吊之前，安装好临时支撑，焊接支撑和主梁底部连接面需要稳固到一起，经检验合格之后，再解除吊钩，完成主大梁组装工作，主大梁和机头架对接组装示意图如图6所示。

图6 主大梁和机头架对接组装示意图

先将后支撑油缸、支撑杆、靴板等与大梁三完成装配，并焊接固定(装好后需割开)，以防在吊装时支撑滑落。再整体吊装主大梁三和后支撑，与主梁二对位，并做好主梁二后部临时支撑，装配好大梁三与大梁二的连接螺栓并拧紧，解除吊钩。用吊钩吊住后支撑，割掉焊接固定点，让其缓缓落下，完成主大梁三和后支撑的安装。后支撑尺寸如图7所示，大梁三重18.5T，后支撑附件重16T。

图7 后支撑尺寸图(mm)

3.6 刀盘组装作业

刀盘组装是TBM组装的主要工序，案例工程TBM组装时正值冬季，外界气温比较低，大大提升了焊接的难度。为保证刀盘组装质量，当TBM刀盘分块放置到预先规划的焊接区域之后，及时进行目测检测，确认达到TBM组装的要求之后，将2个分块按照设计图纸进行拼装并预紧连接螺栓，搭设焊接保温棚。

刀盘焊接保温棚的规格为10m×10m×4m，为避免冬季焊接，影响焊接质量，所有的焊接操作，都需要在保温棚中进行。在保温棚顶部安装上3kW轴流风机，以便及时将焊接产生的污风全部排出保温棚。并布置30KW的电热装置，用于提升保温棚中的温度，控制保温棚的温度适中在0℃～10℃之间[4]。用红外线测温枪实时检测保温棚中的温度和焊缝温度，严格控制温度，为刀盘组装焊接营造良好的环境，保证焊接质量。刀盘焊接保温棚示意图如8所示。

图8 刀盘焊接保温棚示意图

主推油缸安装时，将主推油缸缸体端支座连接至撑靴上的油缸支座上，保持起吊状态，安装销轴；调整主推油缸活塞杆端支座与主大梁油缸支座对位，安装活塞杆端销轴，安装定位销。固定后，解除吊装装置。吊装过程中，应时刻注意避免油缸发生碰撞，以免造成油缸进出油口的损坏。

4 TBM组装质量调试

为验证TBM组装质量是否达到隧道工程施工的要求，组装完成之后要及时进行调试。在对连续皮带机和TBM联机调试时，需要高度重视以下内容：

一是保证TBM中所有的设备都通电，检查各系统供电情况是否稳定、正常。

二是可采用人工操作点动模式，依次启动皮带机洞口驱动系统、TBM的尾部连续皮带机驱动系统，以确认驱动电机转向是否符合驱动的要求。

三是当所有的驱动都检查完成，符合要求之后再启动远程控制模式，在主控中心启动、停止整机皮带机出碴系统。检查各紧急拉线、防偏开关的功能是否都能符合要求[5]。

四是逐步提升连续皮带机的运行速度，检查各个系统的滚筒是否发生皮带跑偏问题，如果存在及时调整。

5 结束语

综上，结合工程实践，分析了隧道工程TBM装机的重难点及组装施工，结果表明，TBM是隧道工程施工中常用的基础设备，可实现隧道开挖、衬砌、支护同时进行。但TBM装机的难度也非常大，尤其是在大尺寸构件安装和气温控制上，存在很多问题。这就需要施工单位，能够结合隧道工程实际情况，开展有针对性的调整，制定合理的吊装方法，并且搭设起保温棚，才能保证TBM组装质量，更好的应用到隧道工程施工中。