TBM 洞內(nèi)拆卸和運輸技術(shù)芻議

許士哲

（中鐵十八局集團隧道工程有限公司，重慶 400700）

重慶軌道交通六號線二期工程銅鑼山隧道位于重慶市南岸區(qū)，全長5 633.373m，采用復(fù)合式單護盾TBM 與鉆爆法相結(jié)合施工，左線TBM 掘進長度2 692m、右線2 736m，貫通點位于K8+900 處。

國內(nèi)外關(guān)于TBM 拆卸方案有兩種：一是洞外拆卸法；二是洞室拆卸法。洞外拆卸法需要TBM出洞完成后開始施工作業(yè)[1]，工序時間長，對于工期緊張的項目并不適用。若按常規(guī)施工工序——TBM 完成后再進行車站施工，周期較長，不能滿足要求，因此車站與TBM 施工要同時進行。車站一旦施工后，TBM 設(shè)備難以掘進到達接收井，必須進行洞內(nèi)拆卸運輸至接收井口。另外，對于傳統(tǒng)的洞內(nèi)拆卸TBM，投入的人力、物力、財力增加，在TBM 的分隔過程中安全隱患多、風險大[2]。因此研究一種可行的洞內(nèi)拆機法意義重大。

該標段選用美國羅賓斯生產(chǎn)的TBM，其刀盤開挖直徑φ6 280mm，前盾體A 環(huán)φ6 250mm ×4 390mm×3 305mm， 中 盾 體B 環(huán)φ6 250mm ×4 390mm×2 965mm，中盾體C 環(huán)φ6 250mm× 4 390mm×3 035mm， 尾 盾 體D 環(huán)φ6 250mm× 4 390mm×3 985mm，盾體內(nèi)部設(shè)備及連接橋和后配套拖車由1～6 共7 節(jié)后配套拖車組成。常規(guī)的TBM 設(shè)備拆卸施工在設(shè)備到達接收井口后，由大型吊裝設(shè)備輔助進行，但本標段TBM 至車站到達接收井，必須經(jīng)過正在施工的車站段，車站施工主體結(jié)構(gòu)與鋼管柱兩側(cè)間距僅6m，而TBM 設(shè)備直徑6.3m，TBM 設(shè)備無法正常到達接收井。由于施工工期緊張，為確保施工進程以及TBM 拆卸后的整機完備性，對大直徑TBM 錨索法洞內(nèi)拆卸及運輸施工技術(shù)進行研究。

2.1 拱頂?shù)趿涸O(shè)計

TBM 洞內(nèi)分離吊裝的吊梁機構(gòu)包括滑軌、滑軌滑道上多個倒鏈滑車和分散設(shè)置在滑軌上部的多個錨固件，每個錨固件通過轉(zhuǎn)動方向一致的轉(zhuǎn)動構(gòu)件與滑軌轉(zhuǎn)動連接，在每個倒鏈滑車上設(shè)有用于安裝倒鏈的倒鏈掛軸。

滑軌有兩根，平行設(shè)置在TBM 洞內(nèi)對應(yīng)TBM兩側(cè)拱頂位置，并通過錨固件固定在TBM 洞壁上。錨固件是由錨索、錨索板和錨索套組成，錨索板通過錨索固定在TBM 洞內(nèi)對應(yīng)TBM 兩側(cè)拱頂位置，并通過錨索套固定。每個錨固件通過左、右對稱的兩個轉(zhuǎn)動構(gòu)件與滑軌連接，兩個轉(zhuǎn)動構(gòu)件沿著滑軌滑道延伸的方向并排安裝，每個轉(zhuǎn)動構(gòu)件是由轉(zhuǎn)動插銷、焊接在錨固件上帶孔單吊耳、對應(yīng)焊接在滑軌上的帶孔雙吊耳組成，錨固件上單吊耳置于滑軌雙吊耳之間，兩者孔相對應(yīng)，通過轉(zhuǎn)動插銷固定?；壊捎?2C 工字鋼制成，多個錨固件等距設(shè)置在滑軌上方。錨索板由所述錨索套通過液壓頂外部加壓，固定安裝在預(yù)埋TBM上方拱頂?shù)腻^索上。錨索套與錨索板固定安裝完成后，再在錨固板上焊接吊耳安裝滑軌。轉(zhuǎn)動構(gòu)件與工字鋼的焊接需要打坡口堆焊，保證質(zhì)量；滑軌安裝好后，在工字鋼上安裝倒鏈滑車，倒鏈掛軸用于懸掛倒鏈。吊耳及吊梁裝置如圖1 所示。

2.2 TBM 運輸裝置

TBM 運輸裝置由行走底架、圓形旋轉(zhuǎn)底架和矩形旋轉(zhuǎn)框架三部分組成。行走底架由四臺管片小車組成（兩個一組并排設(shè)置），每組兩臺管片小車通過設(shè)置在管片小車上方的型鋼支架連接，其底部設(shè)有多個行走輪；圓形旋轉(zhuǎn)底架焊接在行走底架上方，將兩組管片小車連為一個整體式的方形行走底架，其直徑（不大于8m）小于TBM 洞口寬度，大于或等于行走底架寬度；矩形旋轉(zhuǎn)架長度（9～10m）大于圓形旋轉(zhuǎn)底架直徑，寬度（3～4m）小于或等于圓形旋轉(zhuǎn)底架直徑[3]。其底部對稱焊接有左、右弧形旋轉(zhuǎn)塊，兩弧形旋轉(zhuǎn)塊分別設(shè)置在矩形旋轉(zhuǎn)架沿圓形旋轉(zhuǎn)底架旋轉(zhuǎn)時與圓形旋轉(zhuǎn)底架接觸的兩個部位，與兩弧形旋轉(zhuǎn)塊的中心點重合，并與圓形旋轉(zhuǎn)底架的圓心同軸，多個坦克輪均勻分布在左、右弧形旋轉(zhuǎn)塊底部，并在矩形旋轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)過程中，沿其旋轉(zhuǎn)軌跡做環(huán)形運動。

型鋼支架由平行設(shè)置在每組管片小車上方的兩根40A 工字鋼組成，坦克輪10 個，兩個弧形旋轉(zhuǎn)塊上分別設(shè)置5 個。

2.3 主驅(qū)動翻身支架

圖1 主驅(qū)動翻身支架現(xiàn)場

主驅(qū)動翻轉(zhuǎn)支架的左、右支撐架均由支撐腿、L 型支架和主驅(qū)動支撐軌道組成，L 型支架順時針旋轉(zhuǎn)90°后水平置于支撐腿上方，其豎向支撐桿底端與支撐腿頂端焊接，主驅(qū)動支撐軌道設(shè)置在水平狀L 型支架的橫向支撐桿上方。支撐腿由圓鋼加工而成，支撐上述翻身支架工字鋼梁，供主驅(qū)動翻身；L 型支架由特質(zhì)工字鋼制作豎梁及橫梁焊接而成；主驅(qū)動支撐軌道由加厚型鋼軌焊接在L型支架上的行走軌道，作為上述主驅(qū)動翻身支軸的軌道。主驅(qū)動翻身支架現(xiàn)場如圖1 所示。

3.1 吊梁安裝及刀盤拆卸吊運

用于吊裝TBM 拆分零件的吊梁，分別安裝在TBM 暗挖隧道的頂部，對應(yīng)于兩側(cè)的拱頂位置。頂部吊耳焊接現(xiàn)場和吊梁整體布置如圖2 所示。

圖2 頂部吊耳焊接現(xiàn)場

刀盤拆卸及吊運按照從上到下、從外圈到內(nèi)圈的順序分成7 塊進行碳刨刨除。周邊刀塊質(zhì)量相當，重量均為5.2t，中心塊質(zhì)量最大為52.744t。中心塊刀盤整體在洞內(nèi)拆除，風險極大，所以先拆除周邊的1～6 塊刀盤，最后拆除中間部分；拆卸后，通過運輸裝置將整個刀盤分解運輸出去。

3.2 盾體A、B、D 環(huán)上部分離及吊運

（1）盾體A 環(huán)上部分離及吊運。盾體A 環(huán)上部質(zhì)量為52.136t，最大外形尺寸為6 280mm× 4 390mm×3 305mm。運輸通過暗挖段時，兩側(cè)最小間距6m，A 環(huán)上部最大寬度6.3m，該部分最大寬度大于兩側(cè)的最小間距。專用運輸裝置用于運輸盾體A 環(huán)，裝置上矩形旋轉(zhuǎn)框架順時針旋轉(zhuǎn)90°，使其與行走底架垂直，旋轉(zhuǎn)后的矩形旋轉(zhuǎn)架寬7.2m，大于A 環(huán)寬度，然后通過4 個20t 倒鏈將A 環(huán)吊至運輸裝置的矩形旋轉(zhuǎn)架上，再利用倒鏈掛著旋轉(zhuǎn)架的兩個對角，將其回轉(zhuǎn)90°，使其恢復(fù)原位，同時將A 環(huán)旋轉(zhuǎn)一個角度，縮小運輸寬度，保證A 環(huán)在暗挖段運輸中順利通過。

（2）盾體B 環(huán)上部分離及吊運。在盾體A 環(huán)上部拆除完成后，刨除B 環(huán)上部周邊焊縫，拆除鉸接油缸與盾體C 環(huán)之間的連接銀；B環(huán)上部質(zhì)量29t，最大外形尺寸為6 280mm× 4 390mm×2 965mm，其寬度與A 環(huán)相差無幾，可用A 環(huán)的起吊運輸法將B 環(huán)運出暗挖隧道。

（3）盾體D 環(huán)上部分離及吊運。盾體A、B環(huán)上部全部吊運完成后，D 環(huán)上部也要盡快吊出，這樣便于盾體內(nèi)附件和螺旋機的拆除；其吊運方法同A 環(huán)上部；在盾體A、B、D 環(huán)上部拆卸過程中，將刀盤的其余部分全部拆卸并運輸出TBM 暗挖隧道，對于內(nèi)部影響盾體拆卸的附件也要同時拆除。

3.3 螺旋機拆卸及吊運

本工程拆卸的羅賓斯螺旋機尺寸為19m×1.4m×1.6m，重量為41t，屬于超長超重部件。用滑車上的六個倒鏈，將螺旋機及其驅(qū)動部件分別懸掛，在節(jié)段上設(shè)置兩個吊裝點，水平懸掛兩根5t 倒鏈，將螺旋機向后拉出前護板，然后將其緩慢放平，使用6 個20t 倒鏈向后移動，螺旋機后端由小車支撐，用倒鏈和小車同時將其移出盾體，然后直接從TBM 尾部運出TBM 隧道。

3.4 主驅(qū)動翻轉(zhuǎn)支架安裝

刀盤拆除完畢后，將盾體A環(huán)與B環(huán)焊縫刨開，通過千斤頂使盾體A 環(huán)向前移動800～850mm，盾體B、C、D 環(huán)向后移動2 400～2 500mm，并將主驅(qū)動器翻轉(zhuǎn)支架安裝在盾體之間的空隙中。主驅(qū)動器翻轉(zhuǎn)支架通常包括左、右支撐架，均為反向7 型支撐，主驅(qū)動器支撐軌道部分焊接在其橫向支撐桿上；左、右支撐架分別安裝在TBM 主驅(qū)動器兩側(cè)，底部焊接固定在底部的預(yù)制板，左、右支撐架分別對稱焊接在左、右主驅(qū)動器翻轉(zhuǎn)支撐軸下方，TBM 主驅(qū)動器和兩個主驅(qū)動器翻轉(zhuǎn)支撐軸都與兩個支撐框架上的主驅(qū)動器支撐軌道接觸，并能沿主驅(qū)動器軌道進行旋轉(zhuǎn)；翻轉(zhuǎn)支架寬度與主驅(qū)動外徑平齊，高度在主驅(qū)動水平中線下翻轉(zhuǎn)滾輪半徑值位置。

3.5 其他施工步驟

（1） 內(nèi)部附件拆卸及吊運。主要包括刀盤電機、減速機、推進油缸和人員倉的拆卸及吊運。

（2）A 環(huán)下部的分離及吊運。吊運方式同上部，待其通過運輸裝置翻轉(zhuǎn)后再運出暗挖隧道。

（3）主驅(qū)動分離及吊運。用20t 倒鏈將主驅(qū)動進行90°倒轉(zhuǎn)，并依據(jù)實際情況進行角度調(diào)整，最終將主驅(qū)動運出隧道。

（4）拼裝機分離及吊運。用4 個20t 倒鏈將拼裝機吊起，割除雙臂梁H200 工字鋼支撐，并將拼裝機吊出雙臂梁，臨時存放在盾尾后部。

（5）C 環(huán)上部分離及吊運。其起吊和運輸方法同A 環(huán)。

（6）井支架及懸臂梁分離及吊運。使用20t 倒鏈吊起井支架，并拆下支架與C 環(huán)之間的螺栓，然后抬起井支架，再用另一根20t 倒鏈將井支架翻轉(zhuǎn)，將其放平至運輸車，然后使用滑軌倒鏈將兩個懸臂梁分別吊到運輸裝置的矩形旋轉(zhuǎn)架上。

（7）C、D、B 環(huán)下部分離及吊運。其分離及吊運方法同A 環(huán)上部。

（8）臺車及后配套分離及吊運。臺車和備用零件的分離與轉(zhuǎn)運直接進行，臺車分離與盾體拆卸同步作業(yè)、互不干擾。臺車運輸?shù)跹b完成后將連接橋運輸至始發(fā)井，按連接橋后半部、前半部的順序進行分離吊裝。

（1）洞內(nèi)拆卸TBM 法將拆機作業(yè)與車站施工同時進行、互不影響；在工期很緊的情況下可大大縮短時間，確保TBM 施工在計劃時間內(nèi)完成。

（2）吊運裝置采用特殊吊梁，通過錨索張拉工裝，盾體拱頂安裝行走滑輪，并配制專門的運輸裝置實施洞內(nèi)拆卸，解決了洞內(nèi)大型設(shè)備無法操作時也能快速方便地對TBM 進行拆卸及吊運，使洞內(nèi)拆機與井口拆機的效果相媲美。整機完備性良好，拆卸后的TBM 可重新組裝繼續(xù)使用，解決了現(xiàn)有洞內(nèi)TBM 拆卸后整機完備性差的問題，避免了后期TBM 修復(fù)成本過高。

（3）切割后的TBM 采用特殊吊裝工具吊運，并通過專門運輸裝置運輸。該運輸裝置的上支架可旋轉(zhuǎn)，能將尺寸大于洞內(nèi)凈空尺寸的超寬TBM部件進行翻轉(zhuǎn)，使其順利運出TBM 暗挖隧道，減少了TBM 分切和運輸成本。

TBM 洞內(nèi)拆卸和運輸技術(shù)妥善解決了在工期緊迫，TBM 設(shè)備無法順利到達接收井進行常規(guī)拆裝，以及作業(yè)環(huán)境和空間受限下洞內(nèi)拆卸的問題。該方法安全可靠，拆卸后的TBM 可重新拼裝繼續(xù)使用，最重要的是縮短了TBM 施工工期，使整個項目工期得到保障。