TBM主軸承在掘進中的更換及處理技術

李廣臣

（中鐵十八局集團隧道工程有限公司，重慶 400700）

1 工程概況

蘭渝鐵路重點工程西秦嶺特長隧道分為左線、右線兩個單線隧道，長度均為28.36km，每個單線隧道的20km采用TBM施工。TBM選型為美國羅賓斯生產的敞開式全斷面硬巖掘進機，刀盤直徑10.23m（刀具磨損后最小洞徑10.2m），每循環(huán)掘進行程為1.8m。西秦嶺特長隧道是蘭渝鐵路全線控制性工程，為2座基本平行的分離式單線隧道，右線里程DIyK395+116.582 DIyK423+351.422，全長28236.582m。進口位于透防鄉(xiāng)潘家溝村，采取鉆爆法施工8236m；出口位于洛塘鎮(zhèn)老盤底村，采用直徑為10.20m敞開式硬巖TBM掘進機獨頭施工20km。隧道出口獨頭TBM掘進距離長20km，正洞開挖斷面大，施工工期緊、任務重，對TBM掘進的進度指標要求較高。目前無論是隧道長度，還是隧道TBM開挖斷面，該隧道在我國鐵路建設史上均屬首次［1］。

2 主軸承更換的方案

主軸承是隧道掘進機（TBM）的核心部件，體積、重量大，在施工過程中發(fā)生故障后，受隧道空間限制，更換困難［2］。

2.1 方案說明

TBM繼續(xù)掘進至DIyK409+140停機。在掘進機后方保證20m的安全距離處施做換裝洞室和軸承儲藏洞室，軸承運輸?shù)絻Σ囟词液笙刃袃Σ?，刀盤固定掌子面后脫離掘進機，主機及后配套整體后退220m至換裝洞室后，進行換裝作業(yè)，而后步進至掌子面與刀盤對接、調試，完成更換作業(yè)。

2.2 具體方案

2.2.1 主軸承洞內運輸方案

主軸承在洞口利用300t龍門吊吊裝至特制板車，主軸承洞內運輸，采用有軌運輸方式，內燃機車牽引通過4部二襯臺車、風機支架及連續(xù)皮帶機主驅動段。

（1）特制板車設計。

主軸承運輸平板車由2個平板車并列組裝而成，一個為主動平板車，另一個為從動平板車，主動平板車與從動平板車通過固定在主軸承支撐架下的滾子左右移動，機車推主動平板車向前行進，主軸承通過滾子帶著從動平板車向前行進。

（2）主軸承通過襯砌臺車。

本工程采用同步襯砌技術，第一階段現(xiàn)有1部臺車（4#臺車）正在施工剩余的二襯任務，第二階段TBM后方有3部同步襯砌臺車（1#、2#、3#臺車）跟隨TBM同步作業(yè)。為便于主軸承洞內運輸，并且不必拆除洞內4部二襯臺車，分別在第一階段臺車附近、第二階段臺車附近施工專用避車洞（稱之為1#、2#、3#避車洞），避車洞尺寸以滿足容納主軸承專用運輸平板車為準；避車洞與主洞夾角滿足有軌運輸線路轉彎半徑不小于25m；避車洞的具體位置需根據(jù)4部臺車的位置、預計主軸承運輸時二次襯砌所到達的位置確定。

具體方法為：在臺車后方線路右側開挖臨時避讓洞室，待機車運輸主軸承至臺車附近時先行進入臨時避讓小洞室，臺車在退至臨時避讓小洞室后面，臺車后移避讓主軸承在繼續(xù)前行，依次通過各部臺車。

臨時避讓洞室尺寸：凈空寬度7.5m、高度3m、縱向長度8m，采用10cm厚C25噴射混凝土支護。

（3）主軸承通過風機及皮帶機主驅動。

通過風機支架時將現(xiàn)有的橫梁通道用I18工字鋼加寬，并增設臨時立柱，將原有的立柱支撐去掉滿足新軸承通行空間要求。

2.2.2 換裝洞室施工方案

（1）洞室施工。

換裝洞室計劃在掘進機尾拖板后方20m安全距離處開挖，儲藏洞參考避讓洞室尺寸開挖（如圖1所示）。

圖1 換裝洞室斷面圖

（2）吊點布設。

參考國外工地主軸承更換實例，在擴挖洞洞頂布置2根滑軌進行更換作業(yè)。換裝洞室內吊點計劃布設為雙滑軌形式，滑軌間距2.6m，軌長25m，滑軌兩側每隔1m設置2根藥卷式錨桿，長度3.5m，錨桿頭部與滑軌上翼板螺栓連接，并補焊加強，如圖2所示。圖3為錨桿布設圖。

圖2 換裝作業(yè)布置圖

圖3 錨桿布設圖

2.2.3 更換流程

更換流程見圖4。

圖4 換裝作業(yè)流程圖

2.3 計劃工期

該方案需是在掘進機掘進200m開始實施，在掘進機尾托板后方20m安全距離處將正洞擴挖成符合吊裝空間要求的換裝作業(yè)洞，開挖長度25m，同時在換裝作業(yè)洞室中部、線路方向右側開挖軸承存放洞。存放洞室開挖方量為180m3。計劃工期為108天。

3 主要工機具及備件

（1）主要工機具見表1。

（2）主要備件見表2。

2012年11月16日，開始拆卸舊主軸承、安裝新主軸承。經過技術人員的精心計算，項目部在隧道拱部打上40根35m長的錨桿（每根錨桿抗拔力為10t），完全可滿足吊裝主軸承承載重量的技術標準。為了安全起見，又增加了25根錨桿，并通過了長達8h的空吊35t重汽車的靜載試驗。11月30日，新主軸承在主機上安裝成功，2012年12月1日，“科技號”TBM掘進機主機開始與刀盤對接，118個螺準確對位，誤差不能超過3mm，上下左右都不能偏離方向。12月8日23時，最后一個螺栓準確對位。12月9日至12日，經過精心調試，“科技號”TBM掘進機開始正常運轉。

4 結束語

在復雜地質條件下、在秦嶺地下埋深1400m處攻克了“科技號”TBM對接的難關，這在國內外TBM對接史上也是奇跡。長大隧道TBM施工中，主軸承作為機器的核心部件，一旦造成損壞，必將影響TBM正常掘進、施工進度。結合蘭渝鐵路西秦嶺隧道探討TBM主軸承的更換技術，既保證了維修質量，又減少了停機時間。同時警示今后切實注意TBM掘進過程中的維修與保養(yǎng)，從而提高TBM的完好率和使用率。

［1］ 張新彬. 西秦嶺隧道TBM主軸承洞內更換方案研究［J］. 鐵道建筑技術，2014，（S1）：171-173+176.

［2］ 唐與，吳慶山，韓志遠. 支撐式TBM掘進中途的主軸承更換及處理［J］. 現(xiàn)代隧道技術，2009，46（01）：64-70.