敞開式TBM 拆除技術(shù)研究與實(shí)踐

李森

（中鐵十五局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225100）

隨著地下工程建設(shè)的快速發(fā)展，全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）在礦山開采、隧道掘進(jìn)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。然而，TBM 在完成掘進(jìn)任務(wù)后，其拆除工作成為一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。敞開式TBM 拆除技術(shù)涉及多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，包括機(jī)械、電氣、液壓等，且拆除過程中需考慮設(shè)備體積大、重量重、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素。因此，研究與實(shí)踐敞開式TBM 拆除技術(shù)，對(duì)于提高地下工程建設(shè)的整體效率、降低拆除成本、確保施工安全等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

可可蓋井田坐落于毛烏素沙漠與陜北黃土高原的交匯之處。這里的地理環(huán)境獨(dú)特，以沙漠灘地為主，其中大約20%的低洼地帶為灘地，其余均為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙堆積。地勢(shì)總體呈現(xiàn)出西高東低、北高南低的特征，地形起伏相對(duì)較小，海拔在1241 ～1282m，相對(duì)高差一般在5 ～10m，最大相對(duì)高差為41m，這樣的地形條件有利于大氣降水的入滲。盡管區(qū)內(nèi)水系不發(fā)達(dá)，但仍有少量的海子等地表水體分布。值得注意的是，這些海子中的大部分已經(jīng)干涸，只有個(gè)別還存有少量積水。井筒經(jīng)過的地段并無河流穿越，僅有一個(gè)長約550m、寬約85m 的海子，水深不足1m。副斜井的傾角為6°，采用下山施工方式，每隔600m 設(shè)置50m 的緩沖平段，斜長總計(jì)5305.5m。井筒底部通過平段與南北翼輔助運(yùn)輸大巷相連通，井筒內(nèi)行駛的是無軌膠輪車。副斜井不僅負(fù)責(zé)礦井的材料和人員運(yùn)輸、進(jìn)風(fēng)等任務(wù)，還兼任安全出口的角色。此外，副斜井每600m 設(shè)置一條聯(lián)絡(luò)平巷，每隔40m 設(shè)一個(gè)躲避硐室，以確保施工安全。在這樣的工程背景下，深入研究TBM 拆除技術(shù)，為該工程安全高效施工提供技術(shù)保障。

2 礦用敞開式 TBM 概況

礦用敞開式TBM 是一種高度集成的掘進(jìn)設(shè)備，它匯集了隧道施工中的開挖、出渣、噴混、支護(hù)和導(dǎo)向等多項(xiàng)功能。結(jié)構(gòu)上，它包含刀盤、主驅(qū)動(dòng)、護(hù)盾、大梁、撐靴鞍架、皮帶機(jī)以及后配套拖車等關(guān)鍵部件，共同構(gòu)成了一個(gè)功能完善的施工體系。在功能上，TBM 通過開挖系統(tǒng)、刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、出碴系統(tǒng)以及電氣控制等模塊，實(shí)現(xiàn)了隧道的快速、高效掘進(jìn)。此外，它還配備了激光導(dǎo)向、通風(fēng)、供水、供電等系統(tǒng)，確保施工過程的精確與安全。礦用敞開式TBM 的出現(xiàn)，極大地提高了隧道施工的效率和質(zhì)量。

3 敞開式TBM 拆除技術(shù)分析與實(shí)踐

3.1 拆除技術(shù)的現(xiàn)狀及存在的問題

（1）拆解及運(yùn)輸重難點(diǎn)分析。敞開式TBM 的拆除過程中，拆解和運(yùn)輸是兩大技術(shù)挑戰(zhàn)。TBM 體積龐大、重量大，而工作洞內(nèi)空間有限，這使得拆解吊裝成為施工安全控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在吊裝前，必須嚴(yán)格確認(rèn)拆解吊點(diǎn)的受力能力，確保其滿足最大起重量要求，以防止意外事故發(fā)生。

（2）應(yīng)對(duì)措施。針對(duì)斜井坡度大、部件外運(yùn)困難的問題，在部件外運(yùn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備部件的尺寸和重量，選用合適的運(yùn)輸車輛。為確保部件在運(yùn)輸過程中的穩(wěn)定性，部件在隧道內(nèi)裝完車后，需使用倒鏈、焊接工裝等方式進(jìn)行加固，確保部件與車輛之間不存在位移風(fēng)險(xiǎn)，再發(fā)車運(yùn)輸。通過這些應(yīng)對(duì)措施，可以有效保障敞開式TBM 拆除過程中的施工安全。

3.2 拆除方案的制定

（1）第一階段。在拆除方案的制定過程中，第一階段是基礎(chǔ)。首先，需在TBM 掘進(jìn)段后配套臺(tái)車尾端的圍巖較好處設(shè)置吊運(yùn)梁，如圖1、圖2，這里布置了2列2 臺(tái)10T 單軌吊機(jī)，并使用起吊錨索作為縱向滑動(dòng)吊點(diǎn)的固定點(diǎn)。錨索的選擇參考了支護(hù)錨索的受力情況，確保其能夠承受所需的重量。隨后，開始拆除8 號(hào)臺(tái)車上的水管卷盤、管路、3 部皮帶架、電纜等部件，以及臺(tái)車的鋼結(jié)構(gòu)件、連續(xù)皮帶架拆機(jī)平臺(tái)和從動(dòng)滾筒。在拆除過程中，確保及時(shí)將部件運(yùn)輸至洞外，避免影響后續(xù)工作。接下來，拆除8 號(hào)臺(tái)車的上部平臺(tái)，割除兩側(cè)框架，并盡快將其運(yùn)出。最后，斷開其余臺(tái)車之間的連接，使用膠輪車依次將臺(tái)車?yán)林付ㄎ恢?，按照之前的步驟拆除剩余臺(tái)車。這一階段的拆除工作需細(xì)致且有序，以確保整個(gè)過程的安全與效率。

圖1 臺(tái)車吊運(yùn)梁布置圖

圖2 臺(tái)車吊運(yùn)梁固定

（2）第二階段。在制定拆除方案的第二階段中，主要聚焦于后支撐、主梁二和主梁一的拆卸工作。首先，為了確保拆卸過程的安全與穩(wěn)定，在洞內(nèi)設(shè)置了8 個(gè)32t 的6 輪滑車組吊點(diǎn)和4 個(gè)10t 的手拉葫蘆吊點(diǎn)，作為主要的起吊設(shè)備。這些吊點(diǎn)的布置經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和計(jì)算，以確保能夠承受拆卸過程中產(chǎn)生的巨大力量。接下來，是后支撐的拆卸工作。將鞍架部分用道木垛和4 個(gè)50t 的螺旋千斤頂墊平墊實(shí)，以確保穩(wěn)定性。然后，使用吊點(diǎn)將后支撐平穩(wěn)地放至地面，再將其吊起并裝車運(yùn)出。這一過程中，特別注意了安全措施的落實(shí)，確保人員和設(shè)備的安全。在完成后支撐的拆卸后，開始進(jìn)行L2梁與鞍架的整體拆卸。在拆卸L2 梁之前，將L1 梁主推油缸鉸座下部用木垛和4 個(gè)32t 的千斤頂墊平墊實(shí)，以確保穩(wěn)定性。然后，使用55t 的卸扣和32t 的動(dòng)滑輪組將吊點(diǎn)與L2 梁連接固定，拆除與L1 梁的連接螺栓，將L2 梁與L1 梁分離，并等待裝車上運(yùn)。最后是L1 梁的拆卸工作。同樣采用55t 的卸扣和32t 的動(dòng)滑輪組將吊點(diǎn)與L1 梁連接固定，將L1 梁與主驅(qū)動(dòng)間的連接螺栓拆除，使兩者分離。然后，利用鞍架的吊點(diǎn)，將L1 主梁向后牽拉至合適位置，等待裝車上運(yùn)。在整個(gè)拆卸過程中，要嚴(yán)格遵循安全操作規(guī)程，確保人員和設(shè)備的安全。同時(shí)還注重拆卸效率的提高，盡量減少對(duì)工程進(jìn)度的影響。

（3）第三階段。在拆除方案的第三階段，主要是主機(jī)的詳細(xì)拆卸步驟。按照預(yù)先設(shè)定的順序，主推油缸首先被拆卸，接著是刨除刀盤的分塊焊縫，并隨后進(jìn)行刀盤吊耳的焊接工作。完成這些步驟后，撐靴和刀盤相繼被拆除，隨后是主機(jī)皮帶及溜渣槽的移除。在整個(gè)過程中，特別關(guān)注頂護(hù)盾、主軸承和側(cè)護(hù)盾的拆卸順序，以確保整個(gè)拆卸過程的穩(wěn)定性和安全性。

對(duì)于刀盤的拆卸，采用了由4 個(gè)獨(dú)立單元組成的85t 卸扣和80t 動(dòng)滑輪組進(jìn)行整體拆卸吊裝。拆卸前，所有滾刀均被拆除并裝車運(yùn)出。停機(jī)后，刀盤被調(diào)整至正確位置，利用碳弧氣刨刨開拆機(jī)時(shí)邊塊的焊縫，而連接螺栓則保持不拆除。隨后，進(jìn)行吊耳的焊接，并掛好滑車組，同時(shí)，在刀盤下邊塊進(jìn)行穩(wěn)定可靠的支護(hù)。最后，使用80t8 輪滑車組將刀盤拆除。

主驅(qū)動(dòng)的拆卸同樣需要精細(xì)操作。采用兩個(gè)獨(dú)立單元的80t 動(dòng)滑輪組，并配合聯(lián)動(dòng)的雙32t 動(dòng)滑輪組進(jìn)行拆運(yùn)、移位、放平及裝車上運(yùn)。在拆除驅(qū)動(dòng)電機(jī)后，安裝吊耳、掛好并帶緊滑輪組，利用液壓張緊扳手對(duì)稱拆除與底護(hù)盾的連接螺柱。隨后，適當(dāng)起吊主驅(qū)動(dòng)，拉走下護(hù)盾，并在主驅(qū)動(dòng)下部安裝翻身吊耳。這一階段的拆卸工作對(duì)技術(shù)和安全要求極高，需要憑借豐富的經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮鱽泶_保整個(gè)過程的順利進(jìn)行。

3.3 運(yùn)輸方案

（1）運(yùn)輸方案設(shè)計(jì)。在運(yùn)輸方案的設(shè)計(jì)中，針對(duì)臺(tái)車及其他拆除的零散部件，選擇使用雙頭車或5T 膠輪車進(jìn)行運(yùn)輸，以便將部件拉至巷道外部。對(duì)于由中間平臺(tái)拆除后拼裝而成的臺(tái)車，則在其底部加裝滾輪，并通過鏟板車進(jìn)行牽引，以確保在巷道中的平穩(wěn)運(yùn)輸。此外，主軸承和其他大型設(shè)備部件則采用150t 礦用平板動(dòng)力車進(jìn)行運(yùn)輸，使其能夠順利運(yùn)至洞外。這款礦用平板動(dòng)力車系列產(chǎn)品專為煤礦大型設(shè)備運(yùn)輸而設(shè)計(jì)，具有出色的綜合性能和技術(shù)，處于國際領(lǐng)先水平。其運(yùn)輸效率高，能提升20 倍左右的礦用設(shè)備運(yùn)送效率，顯著降低了生產(chǎn)成本和礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度。該平板動(dòng)力車的優(yōu)勢(shì)在于其獨(dú)特的井下動(dòng)車組總體布置方案，由動(dòng)力車、連接桿和自驅(qū)載貨平臺(tái)組成，滿足了車輛大載重、小轉(zhuǎn)彎半徑和超低承載平臺(tái)的使用要求。其承載平臺(tái)采用獨(dú)立多輪、多驅(qū)帶轉(zhuǎn)向的驅(qū)動(dòng)方式，轉(zhuǎn)彎半徑小，適應(yīng)井下狹窄巷道的運(yùn)輸需求。同時(shí)，牽引車的前后兩個(gè)駕駛室聯(lián)合協(xié)調(diào)控制，確保了牽引車和動(dòng)力承載平板車的協(xié)調(diào)運(yùn)行。此外，還發(fā)明了液壓緩降蹬車橋，為貨物裝卸提供了平穩(wěn)安全的保障。

（2）運(yùn)輸路線。運(yùn)輸方案的路線選擇受到施工條件的影響。在未拆除副斜井皮帶機(jī)的情況下，臺(tái)車和主梁將通過板車沿副斜井巷道運(yùn)送至地面。而主驅(qū)動(dòng)和刀盤則需通過聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)入主斜井巷道，再運(yùn)輸至地面。然而，一旦副斜井皮帶機(jī)拆除完畢，所有設(shè)備都將直接通過副斜井巷道運(yùn)輸至地面。這種靈活的運(yùn)輸路線設(shè)計(jì)確保了施工過程中的高效和便捷。

3.4 施工現(xiàn)場(chǎng)注意事項(xiàng)

（1）高空作業(yè)。高空作業(yè)是施工現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須嚴(yán)格遵守安全規(guī)定。在進(jìn)行高空作業(yè)前，應(yīng)確保安全技術(shù)教育和交底到位，所有安全技術(shù)措施和勞動(dòng)保護(hù)用品必須齊備。設(shè)施、設(shè)備必須經(jīng)過檢查，確保其完好性。作業(yè)人員需經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)并合格，持證上崗。對(duì)高空作業(yè)的安全技術(shù)設(shè)施，要定期檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷和隱患要及時(shí)解決。有墜落風(fēng)險(xiǎn)的物件必須撤除或固定。在雨天進(jìn)行高空作業(yè)時(shí)，必須采取可靠的防滑、防寒和防凍措施。暴風(fēng)雪及臺(tái)風(fēng)暴雨后，應(yīng)對(duì)高空作業(yè)安全設(shè)施進(jìn)行檢查，確保安全。鋼結(jié)構(gòu)吊裝前，應(yīng)進(jìn)行安全防護(hù)設(shè)施的逐項(xiàng)檢查和驗(yàn)收。

（2）交叉作業(yè)。在交叉作業(yè)前，首要任務(wù)就是安全技術(shù)教育和交底，確保安全措施和勞動(dòng)保護(hù)用品的落實(shí)。各工種進(jìn)行上下立體交叉作業(yè)時(shí)，不得在同一垂直方向上操作，下層作業(yè)的位置必須確保安全。在可能受上方施工影響的范圍內(nèi)，應(yīng)設(shè)置雙層防護(hù)走廊。起重機(jī)行駛道路必須堅(jiān)實(shí)可靠，雙機(jī)抬吊時(shí)，要合理分配負(fù)荷，并統(tǒng)一指揮。起重機(jī)操作員和指揮人員必須遵守操作規(guī)程，拒絕違章操作。定期對(duì)吊索進(jìn)行檢查，確保吊裝安全。高空拆卸構(gòu)件時(shí)，操作人員必須注意力集中，防止工具或零部件墜落傷人。構(gòu)件安裝后，必須檢查連接質(zhì)量，確保無誤后，才能摘鉤或拆除臨時(shí)固定工具。此外，應(yīng)設(shè)置專門的吊裝區(qū)，禁止無關(guān)人員進(jìn)入。

（3）焊接作業(yè)。焊接作業(yè)是施工現(xiàn)場(chǎng)常見的工藝之一，但也伴隨著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。在進(jìn)行焊接作業(yè)前，作業(yè)人員必須按規(guī)定穿戴相應(yīng)的勞動(dòng)保護(hù)用品。線路搭接要規(guī)范，避免引起觸電或損壞設(shè)備。由于焊接會(huì)產(chǎn)生火花，因此，要注意清除周圍的易燃物，并放置滅火器以防萬一。電焊機(jī)外殼必須接地良好，電源裝拆應(yīng)由專業(yè)電工進(jìn)行。電焊機(jī)應(yīng)使用單獨(dú)開關(guān)，并放在防雨的匣箱內(nèi)。焊鉗與把線必須絕緣良好，連接牢固，潮濕地點(diǎn)作業(yè)時(shí)，應(yīng)站在絕緣膠板或木板上。嚴(yán)禁在帶壓力的容器或管道上施焊，焊接帶電設(shè)備時(shí)必須先切斷電源。對(duì)于貯存過易燃易爆、有毒物品的容器或管道，必須先進(jìn)行清理，并打開排氣孔口。焊接預(yù)熱工件時(shí)，應(yīng)有隔熱措施。把線、地線禁止與鋼絲繩接觸，地線接頭必須連接牢固。更換場(chǎng)地或移動(dòng)把線時(shí)，應(yīng)切斷電源，并采取安全措施。

4 結(jié)語

綜上所述，本文通過對(duì)敞開式TBM 拆除技術(shù)的深入研究與實(shí)踐，取得了一系列重要成果，顯著提高了拆除作業(yè)的安全性和效率。展望未來，將繼續(xù)探索技術(shù)創(chuàng)新，完善拆除流程，為地下工程領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)智慧和力量。隨著科技進(jìn)步和工程實(shí)踐的不斷深入，敞開式TBM 拆除技術(shù)將迎來更加廣闊的發(fā)展前景。