大直徑TBM刀盤與主機(jī)隧道內(nèi)分離方法及工程實(shí)踐

吳朝來/WU Chao-lai

（中鐵隧道局集團(tuán)有限公司設(shè)備分公司，廣東 廣州 511462）

引漢濟(jì)渭嶺南TBM 段位于陜西省寧陜縣，全長18.275km，主要以Ⅰ、Ⅱ類圍巖為主，占到隧道總長的90%以上，采用羅賓斯公司生產(chǎn)直徑為?8.02m 的敞開式TBM 掘進(jìn)。為解決TBM長距離出渣和通風(fēng)問題，標(biāo)段中間設(shè)一座4 號(hào)支洞，在支洞三岔口上游方向設(shè)主洞檢修洞。

項(xiàng)目第一段掘進(jìn)段施工完成后進(jìn)行設(shè)備檢修時(shí)，TBM 主軸承已累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)超過7 200h，達(dá)到最大設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命的1／2，同時(shí)因圍巖強(qiáng)度高使設(shè)備長期處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，為確保順利完成第二掘進(jìn)段的施工任務(wù)，需在洞內(nèi)對(duì)TBM 刀盤與主機(jī)進(jìn)行分離，以實(shí)施主軸承外密封的檢查更換。

1 停機(jī)位置的選定

若在檢修洞位置進(jìn)行分離，因刀盤與巖壁頂部及側(cè)邊距離過大，導(dǎo)致錨固極其困難，實(shí)施刀盤與軸承分離工作安全風(fēng)險(xiǎn)較大。若在下游掌子面位置進(jìn)行分離，錨固操作簡單，安全性高，但需在刀盤檢修工作全面完成后才能進(jìn)行，且其與主洞連續(xù)皮帶機(jī)儲(chǔ)存?zhèn)}距離過長致使輸送帶安裝極其不便。在確保安全的前提下，同時(shí)盡可能降低對(duì)設(shè)備整體檢修工作的影響，確定在TBM 主要檢修事項(xiàng)完成后，TBM 向下游步進(jìn)，待后配套通過主洞連續(xù)皮帶機(jī)布置基礎(chǔ)后，在步進(jìn)洞斷面較小的位置（刀盤側(cè)邊與巖壁距離30cm 左右）停機(jī)進(jìn)行刀盤與主機(jī)的分離。

為確保設(shè)備在停機(jī)前的姿態(tài)控制，在步進(jìn)期間由測(cè)量人員全程監(jiān)控，確保步進(jìn)板、機(jī)頭架、刀盤、隧道底面處于同一中線上。

2 刀盤固定

刀盤采用打錨桿、支撐鋼結(jié)構(gòu)、鋪設(shè)鋼板等方式進(jìn)行固定，刀盤固定設(shè)計(jì)方案如圖1 所示。

圖1 刀盤固定總體示意圖

2.1 刀盤底部固定

刀盤底部采用20mm×2000mm×4000mm（厚×長×寬）鋼板進(jìn)行鋪墊，現(xiàn)場(chǎng)施作如圖2 所示。

圖2 刀盤底部支撐圖

重要支撐工序如下。

1）刀盤底部橫向鋪設(shè)4 000mm 寬鋼板，隧道掘進(jìn)方向鋪設(shè)長2 000mm、厚20mm 的鋼板。

2）刀盤耐磨環(huán)處采用鋼板與刀盤底部鋪設(shè)的干板焊接固定。

2.2 刀盤前部固定

刀盤前部固定采用工字鋼并排焊接方式，斜撐底部并排使用H150 工字鋼與鋼板進(jìn)行搭接焊接，現(xiàn)場(chǎng)施作如圖3 所示。

圖3 刀盤前部斜支撐

1）如下圖所示位置斜撐與刀盤呈30°角使用雙排焊接工字鋼延伸至洞底面，左右各1 根。

2）左右兩根工字鋼與鋼板進(jìn)行連接焊接，斜撐之間連接焊接。

3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)斜撐支架進(jìn)行三角支撐加固，所有焊接點(diǎn)采用滿焊焊接，工程師主要把控焊接質(zhì)量。

4）底面兩根工字鋼之間視現(xiàn)場(chǎng)情況搭建橫梁，增加其受力面積和摩擦力。

2.3 頂部錨桿固定

提前于檢修位置選擇固定截面，施作兩排錨桿孔，每排22 個(gè)、間距為1.2m、孔深3m，頂部錨桿固定如圖4、圖5 所示。

圖4 頂部錨桿鎖固

圖5 頂部錨桿固定示意

1）錨桿安裝利用刀盤檢修支架提前安裝，后排錨桿向后彎曲保證TBM 刀盤的順利通過。

2）刀盤向前，使刀盤面板貼緊前排錨桿。

3）使用割槍對(duì)后排錨桿進(jìn)行加熱彎曲，使其貼合刀盤背部。

4）錨桿與刀盤搭接、焊接部位必須是刀盤主受力板，如搭接處有耐磨板必須刨除掉后再焊接錨桿。

5）進(jìn)行錨桿搭接部位焊接工作，每根錨桿搭接及焊接長度不低于20cm。

6）焊接完成后，前后排錨桿間利用鋼筋進(jìn)行交叉型焊接固定。

7）承載力150t，核算錨桿受力。

①截面積核算

反算螺紋鋼抗拉強(qiáng)度如下

式中Nd——錨桿拉力設(shè)計(jì)值，N；

fy——普通鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N／mm2；

As——錨桿總面積，mm2。

As=Nd／fy=1500000／335=44.8cm2，結(jié)論：需12 根以上錨桿方可滿足承載力需求。

②拉應(yīng)力核算

查表，?25 螺紋鋼設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度為335MPa，?25 螺紋鋼錨桿全長粘結(jié)受拉承載

式中n——錨桿數(shù)量；

fms——錨固段注漿體與筋體間極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，取值2.0，MPa；

D——錨桿錨固段鉆孔直徑，mm；

La——錨固段長度，m；

φ——錨固段長度對(duì)極限粘結(jié)強(qiáng)度的影響系數(shù)，取值1.3～1.6；

ε——多根錨桿錨定效果折損系數(shù)，一般為0.6～0.85；

K——錨桿段注漿體與地層間粘結(jié)抗拔安全系數(shù)，取值2.0。

由 式（2）得：Lan=NdK／（πfmsDφε）=1500×2／（2.0×3.14×42×1.3×0.6）=15。

結(jié)論：采用40 根錨桿，錨結(jié)長度＞3.5m，滿足承載力需求。

2.4 步進(jìn)板及三角架固定

步進(jìn)底板位置調(diào)整正確后，需將步進(jìn)底盤與鋪底面進(jìn)行錨固，在步進(jìn)底板兩側(cè)各打12 根錨桿并與進(jìn)底板焊接，防止其位移。

對(duì)于刀盤前部三角支撐也許進(jìn)行地面錨固工作，以防刀盤分離及對(duì)接時(shí)，橫向力導(dǎo)致刀盤位移，左右前端個(gè)打6 根錨桿將其與地面錨固。

3 脫離刀盤

1）脫離刀盤前測(cè)量組要對(duì)刀盤及主梁標(biāo)點(diǎn)測(cè)量，記錄TBM 當(dāng)前姿態(tài)。

2）脫離刀盤前要對(duì)主軸承和刀盤法蘭連接部位做硬性標(biāo)記。

3）使用螺栓拉拔器拆刀盤連接螺栓。

4）在刀盤和機(jī)頭架接縫對(duì)稱焊接兩個(gè)千斤頂支架，安裝50t千斤頂；利用步進(jìn)油缸分離刀盤，50T 千斤頂輔助；如果步進(jìn)油缸帶動(dòng)不了整機(jī)后退，可以利用推進(jìn)油缸后退。

5）整機(jī)后退0.9m，焊接施工平臺(tái)。

4 結(jié)論與討論

MB266-395 隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）在引漢濟(jì)渭嶺南TBM 第一掘進(jìn)段完成施工任務(wù)進(jìn)行轉(zhuǎn)場(chǎng)檢修時(shí)，主軸承使用壽命已達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的1／2，且設(shè)備長期處于高磨蝕極硬巖地質(zhì)條件下高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，為確保剩余段的順利完成，需對(duì)主軸承外密封進(jìn)行檢查更換，該項(xiàng)工作的重點(diǎn)是刀盤固定與分離。因檢修洞或掌子面位置均無法滿足要求，提出了在主洞三岔口下游合適位置進(jìn)行刀盤與主機(jī)的分離方法，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，該方法可在狹小空間下安全高效、快速地完成大直徑TBM刀盤與主機(jī)分離工作，可供其它工程類似情況提供參考。