敞开式TBM受限空间拆机关键技术

云南水力发电

YUNNAN WATER POWER59

敞开式TBM受限空间拆机关键技术

李世民，赵斐，赵炳河

(中国水利水电第十四工程局有限公司，云南昆明675000)

摘要：在空间和起重条件受限的拆卸间内，通过顶拱局部扩挖浇筑混凝土直边墙作为受力传力结构，采用门式固定双梁起重吊具和 单轨滑动电动葫芦吊梁组作为吊装承载结构，合理优化拆机方案依次单向顺序拆除TBM主机、连接桥及后配套，完成洞内140t最大 件吊装，实现大型敞开式TBM安全、高效拆机。

关键词：开敞式；TBM;受限空间；正向；拆机中H分类号：TV554+.2; TU621

文献标识码：B

文章编号：1006-3951(2019)02-0059-04

DOI： 10.3969/j.issn. 1006-3951.2019.02.016

1概述

甘肃引大入秦水磨沟输水隧道、引黄入晋总 干与南干部分隧道、新疆大阪输水隧道、青海引 大济湟总干渠、万家寨引黄等工程采用了双护盾 TBM,西康铁路秦岭I线隧道、南疆铁路吐库二 线中天山隧道、兰渝铁路西秦岭隧道、辽宁大伙 房引水、LXB调水等工程采用了敞开式TBM。如今, 我国隧道施工技术快速发展，已经采用和规划采 用TBM掘进施工的长大隧道也越来越多。

随着国内外隧洞工程规模的不断扩大，隧洞 采用多台TBM分段同时连续掘进施工，由于受工 程布置、地形及地质条件的限制，敞开式TBM经 过长距离的连续掘进贯通后，存在洞内或洞外拆 除方案。在TBM洞外拆除或宽敞的拆卸间内拆除, 基本不受起吊空间或场地限制，可采用大型移动 式桥机、龙门吊及汽车吊等起吊及运输设备，实 现TBM多工作面快速拆卸。然而，在空间和吊装 条件受限的拆卸间内，采用锚杆吊点吊装[1]单件 重量达到140t的大型敞开式TBM,安全得不到保 障，受围岩限制较大。因此，优化起吊方式，采 用门式固定起重机构和单轨滑动吊梁，进行开挖 直径8m以上大型敞开式TBM拆卸，应用前景更 广阔。

主洞采用两台直径8.53m海瑞克生产的敞开式 TBM施工。敞开式TBM经施工支洞运人主洞，在 扩大洞室内组装，完成第一掘进段后步进[2]至检 修洞室，检修后完成第二掘进段后步进至拆卸洞 室内拆除。其中，TBM2是在TBM1的组装洞内进 行常规拆机，本文将以TBM1在空间受限的拆卸 间拆机施工为例进行阐述。

TBM拆机洞室主要规划布置有拆卸间、倒车 洞等，以满足TBM1拆机施工。TBM1拆卸间布 置在主支洞交叉下游2.05km处的主洞上，拆卸间 为圆拱直墙型，开挖断面长40m x宽10.9m x高 10.8m，顶拱局部进行了起吊扩挖；拆卸间上游 20m位置右侧设置长15m的喇叭型TBM运输倒车 洞（开挖断面为宽6.6m X高5.3m)，倒车洞满足 主驱动（长5_9m、宽5.6m、高2.6m )运输车辆掉头； 施工支洞坡度11 _948%，作为拆机运输通道，开挖 断面长650m x宽6.6m x局6m。见图1。

3洞内受限空间拆机关键施工技术

敞开式TBM拆卸间在TBM贯通前完成土建

项目，并安装2 x 100t门式固定双梁起重吊具和2 个20t纵向单轨滑动电动葫芦吊梁组，满足TBM 结构件吊装。TBM贯通后，安装步进系统，依照 “自上而下、先外后内；先主流，后分支；先主体、 后框架结构，’拆卸原则，依次逐一进行刀盘边块， 刀盘中心块、护盾、主驱动、撑靴系统、推进油缸、 主梁、连接桥、1 ~ 7号台车拆卸。拆机主要方法

2工程概况

本项目主体工程为MB长大引水隧道工程，

* 收稿日期：2018—08—10

作者简介：李世民（1984)，男，云南昭通人，高级工程师，主要从事水利水电施工技术管理工作。

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6800「BM运输: 倒车洞

7

11723

2 TBM

V

拆机动出方向4

方向

40000 TBM拆卸洞段

(a)

|_>i_____________10900__________J

(b)

图1 TBM拆机间结构示意图

如下：

1)

拆除主机部分，在步进到位后采2 x loot门式固定双梁起重吊具或专用拆卸钢结构

吊具拆除刀盘、护盾、主驱动、连接法兰等，利

用步进滑板推进油缸，辅助TBM前后滑动，实现

各部件的吊装和装车运输。

2) TBM主机其他部分，主要包括撑靴、撑靴

油缸、水平推进油缸等，在L2主梁上焊接专用吊

具和手拉葫芦进行拆除，锚杆钻机、主电机、拱

架安装器等采用20t单轨吊机电动葫芦吊梁拆除。

3)

后配套台车、连接桥及其辅助设备接桥采用4个平板车行走机构和型钢支撑改造成

支撑行走机构，后配套采用八字支撑排架轨枕及

HW300轨道梁支撑行走。利用拆卸间前端地面布

置的l〇t卷扬机按节依次托至单轨吊梁下进行拆除。

在不影响TBM主体结构拆卸的同时进行TBM

上的电气系统、液压系统及延伸材料结构（风、水、

电及皮带系统）等的拆除。在不发生冲突的前提下，

可以根据现场条件灵活调整，穿插进行，以提髙

拆卸效率，节约拆卸时间。

敞开式TBM贯通前进行拆卸间及倒车洞土建

施工、拆卸吊装装置安装、步进装置就位等工作，

贯通后步进至拆卸吊装装置下部，准备拆卸。TBM

拆机主要包括主机、连接桥和后配套台车及其附 件，累计拆卸重量约796t，敞开式TBM洞内拆机 工艺流程如图2所示。

图2

开敞式TBM1洞内正向拆机流程图

3.1 TBM大件洞内固定式起吊技术

TBM拆卸洞长度为40m，洞室围岩主要为侏 罗系上统林子头组安山岩，肉红色，微风化〜新 鲜岩，坚硬岩，斑状结构，块状构造。洞室围岩

节理较发育，节理面多呈平直粗糙状，多微张， 少量闭合，岩屑充填或无充填。岩体完整性差，

围岩稳定性差。局部滴水，顶拱和边墙局部存在 少量超挖及掉块现象。由于拆卸洞顶围岩稳定性

差，采用扩挖锚固吊点和分散锚固吊点及手拉葫

芦起重方法吊装140t主驱动安全系数较低，因此，

解决大件吊装方式是拆机的核心技术，也是重难 点所在。

在受限的拆卸洞室内，为保证直径8.5m的

敞开式TBM主驱动140t安全吊装，顶部扩挖设

置2 x 100t门式横向双梁起重吊具（最大起吊高度

l〇m，起吊范围中线两侧1.65m)，以满足安全吊

装和拆机[3]。顶部扩挖在拆卸间3/5位置处，扩挖

高度3.8m、顶宽4m、底宽10m，扩挖位置浇筑宽

度4m、厚度0.5m的C25素混凝土边墙，作为起

重吊具的承载结构。

一种用于硬岩掘进机洞内拆机的门式起重吊

具包括门式起重吊具、滑轮组、改向滑轮、l〇t卷

扬机等。门式起重吊具采用20〜50mm钢板加工

制作，两侧对称的八字支腿与双主梁通过螺栓连

接，T型移动横梁安装在两根主梁之间，设有轨槽

和滑轨，并通过安装主梁两端联系梁上的电动液

用，连

李世民，赵斐，赵炳河敞开式TBM受限空间拆机关键技术61

压推杆伸缩实现横向移动。TBM拆机使用的两套 滑轮组为6槽12绳，即六六滑轮组，则总吊装绳 为24绳，起吊钢丝绳安全系数按照6进行验算， 钢丝绳的型号 6 x 37S+FC 0 28-1872MPa。

如图4所示，两侧对称的八字支腿1与双主 梁5通过螺栓连接，布置在主梁的端部下侧；T型 移动横梁6安装在两根主梁之间，使T型移动横 梁上的轨槽12和双梁顶面的滑轨7对应，滑轨上 涂抹油脂降低移动摩擦阻力，并通过安装主主梁 两端连系梁上的电动液压推杆11伸缩实现横向移 动；形成门式双梁横向移动式吊具。滑轮组及吊 钩15采用插销9与T型移动横梁连接，起吊钢丝 绳与主梁中部联系梁13上的固定端10采用钢丝 固定卡连接固定，缠绕在滑轮组上，并通过支腿 连系梁上的直径为570mm导向滑轮4和地面上的 改向滑轮与地面卷扬机连接，通过靠边墙摆放的

1200

图中，1.八字支腿2.支腿连系梁3.支腿固定板4.导向滑轮5.主

梁6. T型移动横梁7.滑轨8.电动液压推秆9.吊钩插销10.钢丝 绳固定端11.电动液压推杆预留孔12.滑槽13.主梁中部联系梁14.主

梁两端联系梁15.吊钩及滑轮组 图4门式横向双梁起重吊具结构示意图

图5 TBM拆机间2 x 100t吊梁及卷扬装置图

卷扬机实现起吊。使用时，人工采用钢丝绳和卸 扣栓好起吊结构件，挂入挂钩，并安全确认后， 启动l〇t卷扬机，以每秒lm的速度起吊。3.2固定吊点条件下主驱动拆卸技术

主驱动翻身架钢结构宽度与行走小车轨距匹 配，对TBM组装使用的2 x 100t桥机行走小车进 行改造，在行走小车钢结构上采用HW250型钢焊 接宽度2.5m的“目”型轨道连接架，临时轨道采 用2cm厚钢板切割成宽度7cm的临时轨道并焊接 固定在滑移板（如图5示）。然后，吊装主驱动 及翻身架摆放在行走小车上后，前后限速收放、 缓慢后退，起重设备同步下放承载吊钩，解决门 式固定双梁起重吊具纵向行走受限条件下140t主 驱动安全、高效翻身，以减少拆卸专用设备投入， 缩短拆卸工期。主驱动拆卸施工顺序如下：

1)

拆除驱动电机后，安装吊耳、挂好钢丝绳，将钢丝绳刚好带紧，利用液压张紧扳手对称拆除 与L1梁连接螺柱。

2) 2x 100t起重吊具吊起主驱动，利用步进 推进油缸回缩带动底护盾及主梁通过步进系统整 体后退至24m吊梁辐射范围内。

3 )把主驱动放置在3个叠高的40cm四角支 撑架上，采用螺栓安装主驱动专用翻身架，将翻 身架与主驱动连接成一体。

4) 然后再次吊起，在滑移板上铺设轨道，行 走小车就位。

5)

把主驱动及翻身架吊装在行走小车上，前

松后拉限速后退行走小车，同步下方2 x 100t承载 吊钩，调整翻身支架使主驱动水平，并利用四角 支撑架固定。

6)

拆除翻身架，安装主驱动专用起吊架，将

主驱动装车运出，采用2台130t汽车吊卸车。3.3连接桥整体前移拆卸技术

敞开式TBM洞内拆机过程中，由于洞内空间

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小，大型可移动吊具等布置困难，拆机过程往往 在主机上方安装固定吊点或小范围移动吊点来进 行拆卸，造成在拆除完成主机部分时，连接桥和 后配套台车拆卸，存在支撑的同时移动困难的问 题。因此需要寻求一种既能对连接桥和后配套台 车进行支撑，同时又不影响其行走至吊点下方的 结构。（如图6示）

通过设计敞开式TBM轨行式支撑结构以解决 TBM拆机过程连接桥和后配套台车拆卸时支撑和

图6 TBM主驱动拆卸及堆存图

滑动问题。适用于敞开式TBM拆机时连接桥和后 配套台车行走支撑，它包括四柱支撑、主横梁、 辅横梁、滚轮、轴承、轴承固定槽、行走支架、 固定销、支撑墩。使用该新型支撑固定在TBM连 接桥部位，利用动力驱动TBM连接桥及后配套台 车进行前后滑动，并完成拆卸，解决了洞内TBM 连接桥和后配套台车支撑和滑动问题，加快施工 进度，节约施工成本。

在TBM拆机过程中，往往需要两个或多个行 走支撑结构同时进行支撑，在使用时，可根据情 况将多个支撑通过工字钢或其它型钢相互焊接成 一^个整体，见图7、图8所本。

4拆机进度分析

拆卸间顶拱局部扩挖直边墙浇筑待强后，即

在拆卸间安装门式固定双梁起吊装置和单轨电动

葫芦双吊梁，满足8.5m起吊高度。并在TBM自主 后退的情况下，通过主驱动翻身方案、连接桥整 体前移方案等关键技术的创新，合理安排敞开式 TBM拆卸，自TBM滑行步进到位75天即安全、 高效、快速地完成直径8.5m、长179m (主机+连 接桥+7节后配套）敞开式TBM洞内拆机。

与采用扩挖锚固吊点和分散锚固吊点与手 拉葫芦前后双向拆卸的同工程、同直径的罗宾斯 敞开式TBM9洞内拆机工期缩短了 20天。在长

图中，1.四柱支撑2.主横梁3.辅横梁4.滚轮5.轴承6.轴承固定槽 7.行走支架8.固定销9.支承敏

图7

连接桥支撑行走架结构示意图

图8

连接桥支撑行走架

40m X宽13.4m X高19.76m空间较宽敞的拆卸间 采用移动式桥机和单轨电动葫芦吊梁分阶段、分 区反向拆除的兰渝铁路西秦岭隧道XSQLS2标罗 宾斯TBM335[4](直径10.23m )洞内拆机缩短5天。

5结束语

通过在受限空间条件下大断面敞开式TBM单

(正）向拆机技术探索和总结，成功解决了不良 地质条件下空间受限的拆卸洞空间单向拆除单件 超过120t、直径8.0m以上的大型敞开式TBM洞 内安全、高效及快速拆机，研发的“一种用于硬 岩掘进机洞内拆机的门式起重吊具”等3项实用 新型专利获得授权，“一种洞内拆卸起吊敞开式 TBM的装置及其方法”获得发明专利受理。通过 工程实践，该拆机技术提高了大型敞开式TBM受 限空间拆机施工效率，缓解了工期压力，提升了 现场安全和文明施工管理。

参考文献：

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