地下洞室TBM开挖及支护

1，TBM设备组成

TBM通过机械方式破岩，可以实现破岩掘进、出渣、初期支护一体化的连续作业，是隧洞工程先进的大型施工设备。

开敞式TBM主要由主机，辅助设备和后配套设备组成。

主机包括：刀盘、护盾、主梁、主轴承及驱动系统、支撑和推进系统、主机皮带机、步进机架及润滑、液压、控制、电气和高压供电系统等。主机总长24米，重620吨。

辅助设备包括：钢拱架安装器、锚杆钻机、钢筋网安装设备、超前钻机、地质勘探钻机、底部清渣机、应急喷射混凝土、二次通风除尘、激光导向、数据采集传输系统等。

后配套设施包括：连接桥、门架台车、配套皮带机、高压电缆卷筒、轨道、物流机车、注浆设备、混凝土输送泵、吊机及材料供应、喷射混凝土、冷却、供水、排水、瓦斯监测、消防、通讯、电视监视和照明系统等。

2、组装前的准备工作

（1）详细编制（TBM组装及调试施工组织设计）。TBM设备组装是一个及繁重又复杂的系统工程。为确保TBM设备组装与调试的顺利进行，在设备进场前，根据制造商的技术要求，详细编制了（TBM组装及调试施工组织设计），主要包括组装场地布置、主机各部件的组装顺序、组装技术标准和要求、关键设备组装工序及要点以及组织机构、资源配置和进度计划等。

（2）安装场地准备。硬化安装场地地面，尤其是主机安装和步进段，要具有承重620吨主机的能力。安装一组规格为43KG/M\轨距970MM的钢轨4道，长12.5米。前端安放前支撑临时支座，并供前、后各两组4排主机步进滚轮构（DDLY）行进，轨道纵、横平整度误差不大于0.15%。

（3）安装机、器具准备。关键的设备包括：80T*2门式起重机1台，跨度12米，起重高度10米；40、8吨汽车吊各1台等起重运输设备；除随机订购的各种专业工具外，还应准备现场组装所需一切工、器具及经ROBBINS确认的所需各种油品。

（4）组装人员准备。TBM设备庞大繁杂，既有笨重的钢构件，也有精密的控制设备和仪表、复杂的电气、液压等管路系统，是大型高新技术产品，必须由技术熟练的设备安装人员才能完成设备的组装和调试。为此，组织了电气、机械、液压等各工种专业人员64人的组装队伍。其中各专业技术骨干分别参加了海外和场内组装的技术培训，全员参加了现场组装的技术培训。此外，ROBBINS代表7人和外聘专家2人常驻施工现场。

2 、TBM组装顺序

TBM设备，凡处在关键线路上的部件，必须严格按照规定的程序组装，凡不在关键线路上的部件，在不影响关键线路部件组装的前提下，可以安排平行作业进行；否则将招致组装工作混乱、贻误工期，乃至造成的设备、人员事故。

TBM组装程序的关键线路是：

（1）前支撑安装。前支撑即主轴承齿轮箱及护盾的组成，前支撑安装是TBM主机的首件安装，也是定位节的安装。主机其余部件安装的定位放线均以此件为基准。（2）主梁安装。主梁分3节，首先将第一节主梁前端与支撑中心套管通过法兰对接；然后安装第2节主梁下方的鞍架和撑靴系统，待其高程、水平和中心线调整定位后，再将第2节主梁吊放到鞍架顶部的滑道内，并通过法兰与第1节对接；第3步是通过法兰将第3节主梁与第2节主梁对接；最后将TBM的后支撑装入第3节主梁。

后支撑可以通过液压系统升降，是TBM主机稳定和换步的重要机构。

（3）后配套系统安装。后配套系统共有11节门架（gantry）台车及其各种辅助设备，长97米，重365T。其中最关键的是第1节门架台车，其上部为连接桥的后连接点，又系转渣皮带机的始端。该节门架台车安装完成后，才能通过连接桥将主机和后配套

系统连接成为一个整体。

（4）连接桥安装。连接主机和后配套系统的箱型钢架构件的总称谓之连接桥。连接桥长60M，其中与主机和后配套搭接32M，跨距28M。其前端设有滑动轮和限位滚动轮，通过两个拖拉油缸与主机尾部的滑动槽连接。前端滑动轮在拖拉油缸作用下可在滑

轮槽内滑行1.8M。连接桥尾端与后配套第1节门架台车呈拖挂车转盘装连接。（5）刀盘吊装。鉴于刀盘总重达110T，考虑到支撑点的静、动平衡及配重，需在主机、后配套及连接桥全部安装完毕后进行吊装。刀盘吊装是TBM大件安装的最后一道

工序。刀盘采用80T*2桥机吊装，须由高级起重工、技术和安全人员严格按照审定的方案吊装。

4 TBM组装的关键措施

（1）抬高后配套台车的安装轨道。在隧洞工程施工中，后配套门架台车位于TBM主机之后。其轨距为3430MM，轨道位于洞底以上800MM高的两侧洞壁上。在现场组装期间，敷设了安装用轨道长度37.5m*2。为保证TBM主机与后配套门架台车行走轨道。规矩安装精度控制在+2MM内，同一横断面两轨面高差不得大于10MM。后配套部位因左侧山体阻挡，必须采用弧线轨道。经厂商计算，后配套台车转弯半径不得小于600M 。

（2）前支撑下护盾弧形座的安装。鉴于前支撑系首部件定位安装的重要性，其安装方案必须进行周密的设计。为此，采用￡=40MM厚的钢板，专门焊制前支撑下护盾弧形座。其底部水平座板平放在4排步进轨道上，前支撑的下护盾安放在弧形做的圆弧内。为确保其稳固的精确定位：1、弧形座与轨道、下护盾之间均用点焊点牢；2、4排钢轨之间的空隙采用型钢砌紧，防止产生横向位移；3、须在前支撑系统在弧形座内就位并确认其稳固后方能开始第1节主梁安装。

（3）刀盘的组合与焊接。刀盘直径8M，重110吨。为了方便运输，制造商将刀盘分成1个中心块和2个边块、并为拼装预留M36螺栓孔。现场组合时，经清洗打磨后，用12.9级高强螺栓严格按规定次序、分3几（31 005、37 895、47 541KPA）预紧扭矩把合。TBM设备制造商ROBBINS根据美国的设备、材料和施工工艺，编制了刀盘焊接的工艺技术要求。该标段组织了国内的焊工，经过制造商严格的培训和考试，并将其技术转化为国内严寒地区的焊接技术，成功地进行了刀盘的焊接，基本实现了刀盘焊接的国产化。根据当时、当地的气候条件，为确保焊接质量，采取的措施包括：在现场搭设防护棚；保证外界气温在5℃以上；用气体保护焊打底层；采用烘干过的E5016焊条；严格按照ROBBINS规定标准施焊。通过无损探伤检测认定合格。其费用仅为外商所需费用的一半。

（4）刀盘吊装前的检查。刀盘吊装是TBM大件安装的最后一道工序，在刀盘吊装前，机械、电气、液压等专业工程师必须按照安装项目清单，逐一检查安装项目是否已全部安装完竣；否则，刀盘安装后将全部封闭与主机的结合面，遗漏项目必须将刀盘拆卸后再进行安装。（5）国内TBM首次采用滚轮步进技术。DDLY是自身带有液压制动系统的滚轮步进机构。在TBM组装和步进期间，整个主机的鞍架置于其上。滚轮步进机构已有4组，每组2排，每排4个滚轮，共32套滚轮，总重60吨，TBM组装完成后，通过滚进步进机构，将TBM 步进到始发洞。滚轮沿下部铺设的3根轨道步进。步进时，尾部滚轮处于制动状态，前部滚轮处于从动状态，推进油缸推进前部主机前进一个行程1.8M；到位后，将前部滚轮制动，使尾部滚轮处于从动状态，收缩油缸，带动主机尾部及后配套系统前行一个行程，完成一个步进循环。在国内，TBM首次采用滚轮步进技术。其优点是：步进方便，速度快捷，可以缩短（TBM通过段及设备转场）步进时间，缩短工期。