敞开式TBM 拆除技术研究与实践

2024-06-02李森

中国设备工程 2024年10期

李森

（中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司，江苏扬州 225100）

随着地下工程建设的快速发展，全断面硬岩掘进机（TBM）在矿山开采、隧道掘进等领域的应用越来越广泛。然而，TBM 在完成掘进任务后，其拆除工作成为一项技术挑战。敞开式TBM 拆除技术涉及多个领域的知识，包括机械、电气、液压等，且拆除过程中需考虑设备体积大、重量重、结构复杂等因素。因此，研究与实践敞开式TBM 拆除技术，对于提高地下工程建设的整体效率、降低拆除成本、确保施工安全等方面具有重要的现实意义。

1 工程概况

可可盖井田坐落于毛乌素沙漠与陕北黄土高原的交汇之处。这里的地理环境独特，以沙漠滩地为主，其中大约20%的低洼地带为滩地，其余均为第四系全新统风积沙堆积。地势总体呈现出西高东低、北高南低的特征，地形起伏相对较小，海拔在1241 ～1282m，相对高差一般在5 ～10m，最大相对高差为41m，这样的地形条件有利于大气降水的入渗。尽管区内水系不发达，但仍有少量的海子等地表水体分布。值得注意的是，这些海子中的大部分已经干涸，只有个别还存有少量积水。井筒经过的地段并无河流穿越，仅有一个长约550m、宽约85m 的海子，水深不足1m。副斜井的倾角为6°，采用下山施工方式，每隔600m 设置50m 的缓冲平段，斜长总计5305.5m。井筒底部通过平段与南北翼辅助运输大巷相连通，井筒内行驶的是无轨胶轮车。副斜井不仅负责矿井的材料和人员运输、进风等任务，还兼任安全出口的角色。此外，副斜井每600m 设置一条联络平巷，每隔40m 设一个躲避硐室，以确保施工安全。在这样的工程背景下，深入研究TBM 拆除技术，为该工程安全高效施工提供技术保障。

2 矿用敞开式 TBM 概况

矿用敞开式TBM 是一种高度集成的掘进设备，它汇集了隧道施工中的开挖、出渣、喷混、支护和导向等多项功能。结构上，它包含刀盘、主驱动、护盾、大梁、撑靴鞍架、皮带机以及后配套拖车等关键部件，共同构成了一个功能完善的施工体系。在功能上，TBM 通过开挖系统、刀盘驱动系统、出碴系统以及电气控制等模块，实现了隧道的快速、高效掘进。此外，它还配备了激光导向、通风、供水、供电等系统，确保施工过程的精确与安全。矿用敞开式TBM 的出现，极大地提高了隧道施工的效率和质量。

3 敞开式TBM 拆除技术分析与实践

3.1 拆除技术的现状及存在的问题

（1）拆解及运输重难点分析。敞开式TBM 的拆除过程中，拆解和运输是两大技术挑战。TBM 体积庞大、重量大，而工作洞内空间有限，这使得拆解吊装成为施工安全控制的关键环节。在吊装前，必须严格确认拆解吊点的受力能力，确保其满足最大起重量要求，以防止意外事故发生。

（2）应对措施。针对斜井坡度大、部件外运困难的问题，在部件外运时，应根据设备部件的尺寸和重量，选用合适的运输车辆。为确保部件在运输过程中的稳定性，部件在隧道内装完车后，需使用倒链、焊接工装等方式进行加固，确保部件与车辆之间不存在位移风险，再发车运输。通过这些应对措施，可以有效保障敞开式TBM 拆除过程中的施工安全。

3.2 拆除方案的制定

（1）第一阶段。在拆除方案的制定过程中，第一阶段是基础。首先，需在TBM 掘进段后配套台车尾端的围岩较好处设置吊运梁，如图1、图2，这里布置了2列2 台10T 单轨吊机，并使用起吊锚索作为纵向滑动吊点的固定点。锚索的选择参考了支护锚索的受力情况，确保其能够承受所需的重量。随后，开始拆除8 号台车上的水管卷盘、管路、3 部皮带架、电缆等部件，以及台车的钢结构件、连续皮带架拆机平台和从动滚筒。在拆除过程中，确保及时将部件运输至洞外，避免影响后续工作。接下来，拆除8 号台车的上部平台，割除两侧框架，并尽快将其运出。最后，断开其余台车之间的连接，使用胶轮车依次将台车拉至指定位置，按照之前的步骤拆除剩余台车。这一阶段的拆除工作需细致且有序，以确保整个过程的安全与效率。

图1 台车吊运梁布置图

图2 台车吊运梁固定

（2）第二阶段。在制定拆除方案的第二阶段中，主要聚焦于后支撑、主梁二和主梁一的拆卸工作。首先，为了确保拆卸过程的安全与稳定，在洞内设置了8 个32t 的6 轮滑车组吊点和4 个10t 的手拉葫芦吊点，作为主要的起吊设备。这些吊点的布置经过精心设计和计算，以确保能够承受拆卸过程中产生的巨大力量。接下来，是后支撑的拆卸工作。将鞍架部分用道木垛和4 个50t 的螺旋千斤顶垫平垫实，以确保稳定性。然后，使用吊点将后支撑平稳地放至地面，再将其吊起并装车运出。这一过程中，特别注意了安全措施的落实，确保人员和设备的安全。在完成后支撑的拆卸后，开始进行L2梁与鞍架的整体拆卸。在拆卸L2 梁之前，将L1 梁主推油缸铰座下部用木垛和4 个32t 的千斤顶垫平垫实，以确保稳定性。然后，使用55t 的卸扣和32t 的动滑轮组将吊点与L2 梁连接固定，拆除与L1 梁的连接螺栓，将L2 梁与L1 梁分离，并等待装车上运。最后是L1 梁的拆卸工作。同样采用55t 的卸扣和32t 的动滑轮组将吊点与L1 梁连接固定，将L1 梁与主驱动间的连接螺栓拆除，使两者分离。然后，利用鞍架的吊点，将L1 主梁向后牵拉至合适位置，等待装车上运。在整个拆卸过程中，要严格遵循安全操作规程，确保人员和设备的安全。同时还注重拆卸效率的提高，尽量减少对工程进度的影响。

（3）第三阶段。在拆除方案的第三阶段，主要是主机的详细拆卸步骤。按照预先设定的顺序，主推油缸首先被拆卸，接着是刨除刀盘的分块焊缝，并随后进行刀盘吊耳的焊接工作。完成这些步骤后，撑靴和刀盘相继被拆除，随后是主机皮带及溜渣槽的移除。在整个过程中，特别关注顶护盾、主轴承和侧护盾的拆卸顺序，以确保整个拆卸过程的稳定性和安全性。

对于刀盘的拆卸，采用了由4 个独立单元组成的85t 卸扣和80t 动滑轮组进行整体拆卸吊装。拆卸前，所有滚刀均被拆除并装车运出。停机后，刀盘被调整至正确位置，利用碳弧气刨刨开拆机时边块的焊缝，而连接螺栓则保持不拆除。随后，进行吊耳的焊接，并挂好滑车组，同时，在刀盘下边块进行稳定可靠的支护。最后，使用80t8 轮滑车组将刀盘拆除。

主驱动的拆卸同样需要精细操作。采用两个独立单元的80t 动滑轮组，并配合联动的双32t 动滑轮组进行拆运、移位、放平及装车上运。在拆除驱动电机后，安装吊耳、挂好并带紧滑轮组，利用液压张紧扳手对称拆除与底护盾的连接螺柱。随后，适当起吊主驱动，拉走下护盾，并在主驱动下部安装翻身吊耳。这一阶段的拆卸工作对技术和安全要求极高，需要凭借丰富的经验和严谨的操作来确保整个过程的顺利进行。

3.3 运输方案

（1）运输方案设计。在运输方案的设计中，针对台车及其他拆除的零散部件，选择使用双头车或5T 胶轮车进行运输，以便将部件拉至巷道外部。对于由中间平台拆除后拼装而成的台车，则在其底部加装滚轮，并通过铲板车进行牵引，以确保在巷道中的平稳运输。此外，主轴承和其他大型设备部件则采用150t 矿用平板动力车进行运输，使其能够顺利运至洞外。这款矿用平板动力车系列产品专为煤矿大型设备运输而设计，具有出色的综合性能和技术，处于国际领先水平。其运输效率高，能提升20 倍左右的矿用设备运送效率，显著降低了生产成本和矿工的劳动强度。该平板动力车的优势在于其独特的井下动车组总体布置方案，由动力车、连接杆和自驱载货平台组成，满足了车辆大载重、小转弯半径和超低承载平台的使用要求。其承载平台采用独立多轮、多驱带转向的驱动方式，转弯半径小，适应井下狭窄巷道的运输需求。同时，牵引车的前后两个驾驶室联合协调控制，确保了牵引车和动力承载平板车的协调运行。此外，还发明了液压缓降蹬车桥，为货物装卸提供了平稳安全的保障。

（2）运输路线。运输方案的路线选择受到施工条件的影响。在未拆除副斜井皮带机的情况下，台车和主梁将通过板车沿副斜井巷道运送至地面。而主驱动和刀盘则需通过联络通道进入主斜井巷道，再运输至地面。然而，一旦副斜井皮带机拆除完毕，所有设备都将直接通过副斜井巷道运输至地面。这种灵活的运输路线设计确保了施工过程中的高效和便捷。

3.4 施工现场注意事项

（1）高空作业。高空作业是施工现场的关键环节，必须严格遵守安全规定。在进行高空作业前，应确保安全技术教育和交底到位，所有安全技术措施和劳动保护用品必须齐备。设施、设备必须经过检查，确保其完好性。作业人员需经过专业培训并合格，持证上岗。对高空作业的安全技术设施，要定期检查，发现缺陷和隐患要及时解决。有坠落风险的物件必须撤除或固定。在雨天进行高空作业时，必须采取可靠的防滑、防寒和防冻措施。暴风雪及台风暴雨后，应对高空作业安全设施进行检查，确保安全。钢结构吊装前，应进行安全防护设施的逐项检查和验收。

（2）交叉作业。在交叉作业前，首要任务就是安全技术教育和交底，确保安全措施和劳动保护用品的落实。各工种进行上下立体交叉作业时，不得在同一垂直方向上操作，下层作业的位置必须确保安全。在可能受上方施工影响的范围内，应设置双层防护走廊。起重机行驶道路必须坚实可靠，双机抬吊时，要合理分配负荷，并统一指挥。起重机操作员和指挥人员必须遵守操作规程，拒绝违章操作。定期对吊索进行检查，确保吊装安全。高空拆卸构件时，操作人员必须注意力集中，防止工具或零部件坠落伤人。构件安装后，必须检查连接质量，确保无误后，才能摘钩或拆除临时固定工具。此外，应设置专门的吊装区，禁止无关人员进入。

（3）焊接作业。焊接作业是施工现场常见的工艺之一，但也伴随着一定的安全风险。在进行焊接作业前，作业人员必须按规定穿戴相应的劳动保护用品。线路搭接要规范，避免引起触电或损坏设备。由于焊接会产生火花，因此，要注意清除周围的易燃物，并放置灭火器以防万一。电焊机外壳必须接地良好，电源装拆应由专业电工进行。电焊机应使用单独开关，并放在防雨的匣箱内。焊钳与把线必须绝缘良好，连接牢固，潮湿地点作业时，应站在绝缘胶板或木板上。严禁在带压力的容器或管道上施焊，焊接带电设备时必须先切断电源。对于贮存过易燃易爆、有毒物品的容器或管道，必须先进行清理，并打开排气孔口。焊接预热工件时，应有隔热措施。把线、地线禁止与钢丝绳接触，地线接头必须连接牢固。更换场地或移动把线时，应切断电源，并采取安全措施。