TBM双护盾工程现场快速组装及滑行技术浅析

TBM双护盾工程现场快速组装及滑行技术浅析

杨志光

甘肃省水利水电勘测设计研究院甘肃兰州730000

摘要：本文针对兰州水源地项目工程引进国内首台自主设计及生产制造的双护盾TBM进行隧道施工为例，介绍双护盾TBM的结构特点，介绍主机及后配套的准备工作及现场组装技术。通过对TBM双护盾工程现场的准备工作、组装方案、主机安装工作和后配套安装工作及滑行进行了详细的说明,论述了双护盾TBM快速安装工作及滑行的技术。及对整个工程的完成的促进意义。

关键词：TBM双护盾现场组装技术TBM滑行

1.工程概况

兰州市水源地建设工程将刘家峡水库作为引水水源地，向兰州市供水。工程包括取水口、输水隧洞主洞、分水井、芦家坪输水支线、彭家坪输水支线及其调流调压站、芦家坪水厂和彭家坪水厂等。

本工程TBM施工控制长度（主洞）10.26km，掘进长度7.45m，滑行安装管片长度2.81m。

2.TBM工业广场施工布置

工业广场主要布置TBM检修车间、刀具车间、备件库房、豆石存放场、水泥存放场等。

2.1供水布置

TBM机组施工用水量约为15～25m³/h，采用500m³高位水池接DN150钢管自流供水，TBM施工日用水量约为400～500m³。

2.2供电布置

TBM进洞口变电站输出端的线路（进洞20kV、工业广场等10kV）。备用电源，备用1台50kW和2台200kW柴油发电机组，停电时保证施工照明、洞内排水、通风及生活用电。

2.3施工厂区布置

（一）机修及刀具车间

工业广场布置检修和刀具车间，检修机车、TBM刀具。出渣车辆的检修统一到附近的专业机械修配保养厂检修。

（二）TBM安装施工场地

根据现场条件，TBM组装在洞外进行，TBM组装场地宽度20米，长度250米；TBM主机安装区域底部结构要求具有足够的刚度和承载力，主机组装场地浇筑30cm厚钢筋混凝土底板，能够承受TBM主机的重量。

2.4总体组装及滑行方案

TBM在厂家组装后，按结构单元拆成整体单元运输，减少现场拼装量。工业广场布置1台跨距18m，起吊重量16t，起吊范围约80米的龙门吊，完成后配套的卸装任务。另外配置两台50t汽车起重机进行后配套组装。在主机吊装时，根据重量租赁100t和250t汽车起重机组装。在组装前根据洞口场地的实际情况，确定掘进机组装的位置。本工程TBM在洞外组装，在洞口开挖平整场地，铺设运行轨道，作为TBM主机及后配套组装区域，由于整机全长415m，而TBM组装平台长度只有250m，为了缩短安装工期，后配套安装区布置2条轨道用于摆放后配套台车，后配套组装可与主机组装同时进行。

在洞轴线的轨道上进行TBM主机及后配套组装，组装从主机至20#台车，完成主机、连接桥及后配套的所有设备，并进行设备部件的调试。用步行架将组装好的TBM（从主机至20#台车）滑行至洞内。同时洞轴线右侧的轨道上组装其余后配套台车（21#台车～43#台车），用机车通过道岔牵引至与20#台车连接，将TBM后配套连接为一体。然后步进滑行至掌子面。

2.5施工准备

2.5.1组装场地准备

掘进机组装场地在掘进机组装开始前完成土建施工。

TBM安装在支洞口外场地进行组装，根据现场地形条件，安装场地宽度20米，组装场地要提前完成填平、碾压和硬化施工,强度满足组装和滑行的需要。TBM主机安装区域底部结构要求具有足够的刚度和承载力，能够承受TBM主机的重量；其他区域也具有足够的强度满足TBM大件设备安装、存放和运输的要求。

在TBM组装过程中，对各个零部件的吊装是一个重点。根据TBM各部件的尺寸及重量，考虑最大件的起吊，配套的吊装设备：50T汽车起重机、租赁100t和250T的汽车起重机，16T龙门吊。其他小型设备根据现场实际需求安排。

2.5.2组装场地布置

双护盾TBM在洞外工业广场组装，考虑到洞外场地，将刀盘拼装工位布置到洞口右侧，保证洞口交通通畅。主机部分按照组装顺序依次摆放主驱动、前盾、撑紧盾、尾盾、喂片机、管片吊机等部件，依次转运组装。

2.5.3组装基本技术要求

为了保证TBM组装顺利、安装质量要求达到设计指标，在整个组装过程中应遵循以下技术要求：

（1）TBM设备的定位安装：由测量布置好洞内的测量控制网，准确定位设备的安装位置，按测量尺寸进行安装，调整水平、高程等尺寸，控制尺寸误差在图纸要求范围之内。

（2）正确组装顺序：组装之前应认真研究图纸图册，确认部件装配关系后（前后、左右、上下的先后顺序）进行正确装配，以免盲目装配造成返工。

（3）平稳吊运、吊装：主要起吊件如：刀盘、主驱动、前盾、伸缩盾、撑紧盾、尾盾等，由于体积大、重量重，在起吊时要先查看图纸确定其重量，选择相匹配的起吊钢丝绳及手拉葫芦，进行起吊安装作业。在保证钢丝绳的容绳量的同时，需要起重工和起吊司机密切配合，上下协调，统一指挥，确保安全。

（4）设备及附件清洗：验收拆箱时注意保持其原有设计尺寸，避免损伤结构件原有加工精度，安装前以适当的方式对设备的结构面认真清洗；螺栓及螺纹孔应除锈清洗干净；接合面安装时进行打磨，并应除锈清洗；液压元件的清洗必须用干净清洗剂，液压元件擦拭严禁用棉纱，必须用不脱毛的布或涤纶毛巾擦拭。

（5）螺栓联接：严格按照图纸要求，根据螺栓直径和强度等级要求拧紧螺栓，达到规定的紧固力矩。一般分两次拧紧至规定的力矩，每次拧紧均用记号笔做好标识。

（6）液压、电气系统安装：在厂家技术人员的指导下，严格按照图纸及相关的技术规范要求进行液压及电气系统的安装，符合要求。

3TBM主机各部件具体组装

TBM各部件运输到场，主机部件摆放于主机组装基础之后，后配套部件根据组装顺序，主要摆放于后配套组装区域；经过开箱验收后开始组装，采取边运输边开箱验收边组装的方式。

3.1主机组装

盾体组装采用100t和250t汽车起重机，并配合50t汽车起重机进行吊装。刀盘拼装时采用一台100t汽车起重机，刀盘拼装完成后整体吊装时采用一台250t汽车起重机进行吊装。

（1）刀盘拼装、焊接：整个刀盘的吊装分2块，将刀盘分块水平放置在安装区域前端，按要求组合焊接在一起。刀盘进场后先进行调平，首先将两块刀盘下面按照等腰三角形各摆三块钢块，分别用千斤顶顶起，在测量人员的测量下调节千斤顶进行调平。调平后将法兰盘的螺栓利用液压扳手紧固。

刀盘焊接时需保温，同时考虑到是冬季施工，刀盘焊接区域搭设一个6m×6m的保温棚。焊条加热使用自控远红外电焊条烘干炉，可装焊条重50kg。保温使用的保温筒，可装5kg焊条，加热速度120℃/18min，保温180±20℃。刀盘焊接完成后，再将连接处的凹槽全部填满，最后在边缘需要焊接耐磨条。焊接工作在保温棚中进行以达到保温目的。

（2）前盾和主驱动：TBM盾体部分均分成三块，各部分先用螺栓连接再焊接。首先把前盾的底块部分吊到组装区滑轨上，主轴承在主轴承进行完成预组装后再把主驱动部分吊入前盾安装位置，进行局部安装固定，再把前盾左右侧块安装上去，与底块用螺栓连接再焊接（预留底部焊接空间），最后再将前盾顶块安装，同时完成主驱动与前盾剩下的所有连接。

（3）伸缩盾：伸缩盾分内外两层，先安装伸缩外盾下块，及伸缩内盾的下块，待主驱动电机，主推进油缸，液压管线装好后、主机皮带机装好后，再安装伸缩内盾及伸缩外盾上部，最后将外盾与前盾进行焊接（预留底部焊接空间）。

（4）撑紧盾：撑紧盾由底块、2个侧块和顶块组成，安装时先把撑紧

盾的底块吊到托架上（组装区滑轨），位置调整好后，然后将撑紧盾内的安装器大梁支座吊装固定，将两侧块吊装、撑靴油缸及撑靴吊装，待主机皮带机安装好后最后吊装顶块，及其他辅助设备。

（5）管片安装机：管片安装器主要由行走大梁、安装器环梁和安装器组成，先将行走大梁吊装固定在撑紧盾内以安装好的支撑座上，将安装器整体吊装套在行走大梁上，最后将超前钻整体吊装固定。

（6）尾盾：尾盾先在地面组装平台上预组装好后整体吊装，调整好后焊接在撑紧盾上。以上主要结构安装完毕后，进行主机附属设备的安装，如液压系统的安装、电气系统的安装、通风及除尘系统管道、气，水供应系统等部分的安装。

（7）主机皮带输送机：主机皮带输送机系统在拼装平台上拼装好，然后用吊机和电动葫芦配合把主机皮带输送机系统安装在指定位置，即为前端穿在主驱动内圆内下料口处，后段固定在连接桥处，最后将前盾、伸缩盾、撑紧盾、尾盾等未完成部分安装完成。

3.2后配套组装

为了节约组装时间，本工程TBM后配套在主机组装同时即进行拼装。组装主要采用1台50t汽车起重机进行吊装。

组装顺序：后配套组装主要包括：除尘风机、液压泵站、变压器、变频柜、配电柜、空压机、水泵站等设备以及栏杆、爬梯、管线等附件的安装。

（1）后配套组装在已经铺设好的轨道上进行，组装采用汽车起重机。从第一节后配套台车开始组装，逐节完成所有后配套的组装工作。

（2）安装相关辅助设备、连接电气液压等管线的顺序进行。连接桥组装完成后，与主机和后配套连接，使整套TBM连接为一个整体，最后安装皮带、硫化皮带。

3.3主机和后配套连接

组装完毕的后配套和主机连接在一起，安装从变压器、配电柜至用电设备的电缆，自液压泵站到液压执行机构的液压管路。

4TBM滑行

4.1滑行方案

双护盾TBM的滑行方式初步考虑两种方式：一种是平底步进架形式滑行，一种是弧底步进形式滑行。

（一）平底步进架滑行方法

①适用条件：平底步进架滑行适用于TBM直接在隧洞的底板上步进；②主要设备：平底步进滑行需要的主要设备是带有举升油缸的举升架、平底滑动架；③前期准备：平底步进滑行前要在隧洞的底板上铺设供步进架通过的水平混凝土路面，并在路面中间位置预设一个导向槽，以控制平底滑动架的行进方向；④步进原理：将TBM主机与举升架联接；主机、平底滑动架、举升架就位；主机尾部2个推进油缸与平底滑动架连接；步进油缸推出一个行程，举升架以地面为反力，将主机举升一定位移；步进油缸带动平底滑动架向前移动一个行程；举升架缩回，主机落在平底滑动架上；依次循环，完成步进。

（二）弧底步进滑行方法

①适用条件：弧底步进滑行适用于TBM步进通过隧道弧形底板上步进；②主要设备：弧底步进滑行需要的主要设备是步进机架或底管片；③前期准备：弧底步进滑行前要在隧洞底板铺设弧形导台，并在弧形导台里面预置步进滑行导轨。在弧形导台里要预留固定步进机架的插槽；④步进原理：TBM的主机直接放置在弧形导台的步进导轨上，TBM的主推进油缸推进TBM的主机在步进导轨上前进；而TBM主机前进时，为整个步进系统提供反力的是固定在弧形导轨上的底管片或步进机架。经比对后：综合考虑到工期比较紧，洞内空间有限，临建设施比较耗费时间等原因，采用平底步进架方式滑进。

4.2TBM滑行

TBM主机在预先布置好的步行架上进行滑行，在主机滑行的后面布置间距为600mm的工字钢轨枕，在工字钢上面布置间距为900mm的轨道，便于后配套台车滑行。滑移板的导向采用混凝土底板上预留的导向槽导向。