狭小场地整体式双护盾TBM快速组装技术

狭小场地整体式双护盾TBM快速组装技术

周來來

嘴龙

甘肃临夏

731699)

(中国水利水电第四工程局有限公司兰州市水源地建设工程项目部

内容提要

根据兰州市水源地建设工程TBM1工业广场场地情况，考虑工期紧、任务重，施工中采用TBM

设备快速组装技术，正确、快速地TBM组装技术能极大地减少TBM设备正常运行的故障率，又能达到节约工期的目的。文章从准备工作、TBM设备组成、TBM 组装和TBM调试等方面，详细介绍了 TBM设备快速组装的技术要求。

TBM是一种集机械、电气、液压、自动控制于 一体的用于地下隧道工程开挖的智能化大型成套施工 设备。在狭小场地和工程工期紧张的情况下，首选的 方案就是尽可能的在设备厂家整体式的将设备运至现 场，然后在现场快速组装，如何快速、准确、高效的 完成组装就显得尤为重要。

元运输，减少现场拼装量。工业广场布置1台跨距 18m,起吊重量16t,起吊范围约80m的龙门吊，完 成后配套的卸装任务。另外配置两台50t汽车起重机 进行后配套组装。在主机吊装时，根据重量租赁l〇〇t 和250t汽车起重机组装。

在组装前根据洞口场地的实际情况，确定掘进 机组装的位置。本工程TBM1在洞外组装，在洞口前 方220m范围内开挖平整场地，铺设运行轨道，作为 TBM主机及后配套组装区域，由于整机全长415m， 而TBM组装平台长度只有250m，为了缩短安装工期， 后配套安装区布置2条轨道用于摆放后配套台车，后 配套组装可与主机组装同时进行。

在洞轴线的轨道上进行TBM主机及后配套组 装，组装从主机至20#台车，完成主机、连接桥及后 配套的所有设备，并进行设备部件的调试。用步行架 将组装好的TBM (从主机至20#台车滑行至洞内。同 时洞轴线右侧的轨道上组装其余后配套台车）21#台 车~ 43#台车，用机车通过道岔牵引至与20#台车连接, 将TBM后配套连接为一体。然后步进滑行至掌子面。

1总体组装方案

兰州市水源地建设工程TBM1在5#支洞口外的

工业广场组装，考虑到工期紧及5#支洞口 20m宽狭 长地带等两方面的原因，结合现场实际情况，分两排 同步进行双护盾TBM组装的方案，采用汽车起重机 配合吊装作业。

TBM1整机长约415m,安装场地长约250m, TBM主机及后配套分两段进行组装，TBM主机及部 分后配套长约210m，以开挖支洞轴线作为定位轴线 进行组装，另一段长约200m的后配套组装在右侧的 轨道上，TBM主机及部分后配套滑入支洞后，另一 段通过道岔与前面后配套对接。TBM整机及后配套 全部滑人支洞l〇〇m后，洞内安装连续皮带机储带仓 和洞外出渣系统。因此，5#施工支洞爆法开挖长度在 TBM组装前必须完成550m,才能满足TBM的整体长 度和连续皮带机储带仓和出渣系统的有效连接，形成 连续皮带机系统的运行。

TBM在厂家组装后，按结构单元拆成整体单

2施工准备

收稿日期：2018-1-30作者简介：周永永男（1987-)助理工程师中国水电四局兰

州市水源地建设工程项目部

贺杰男（1990-)助理工程师中国水电四局兰 州市水源地建设工程项目部

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青海水力发电

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TBM1组装场地在组装开始前完成土建施工。 TBM在支洞口外场地进行组装，根据现场地形条件, 安装场地宽度20m,组装场地要提前完成填平，碾压 和硬化施工，强度满足组装和滑行的需要。TBM主机 安装区域底部结构要求具有足够的刚度和承载力，能 够承受TBM主机的重量；其他区域也具有足够的强 度满足TBM大件设备安装、存放和运输的要求。

(1) 洞内场地

支洞常规钻爆的550m洞室开挖及支护完成，在 TBM滑行前要求完成洞内铺底混凝土施工，铺底混 凝土为C30,厚30cm，强度必须达到设计要求，找 平后确认标局。进洞口局程为1742.8m,洞内按2.33% 的下坡找平。

(2) 洞外场地

在TBM进场前要求完成洞外组装区域铺底混凝 土施工，铺底混凝土为C30,厚30cm,强度必须达 到设计要求，找平后确认标高。高程为1742.8m。

洞外距洞口向外25m处开始为TBM主机安装区 域，需提前进行洞外40m长底面浇筑C30的混凝土， 厚度30cm,安装前强度必须达到设计要求。

(3) 临时存放场地

主机进场后，各个部件要堆放有序，不能影响 组装进度和车辆的出人。尤其是刀盘的摆放要留有足 够的空间来完成焊接，调平。

(4) 组装场地布置

双护盾TBM在洞外工业广场组装，考虑到洞外 场地，将刀盘拼装工位布置到洞口右侧，保证洞口交 通通畅。主机部分按照组装顺序依次摆放主驱动、前 盾、撑紧盾、尾盾、喂片机、管片吊机等部件，依次 转运组装。

在TBM组装过程中，对各个零部件的吊装是一 个重点。根据TBM各部件的尺寸及重量，考虑最大 件的起吊，配套的吊装设备：50t汽车起重机、租赁 100t和250t的汽车起重机，16t龙门吊。其他小型设 备根据现场实际需求安排。

3组装技术要求

为了保证TBM组装顺利、安装质量要求达到设

计指标，在整个组装过程中应遵循以下技术要求：8

(1) TBM设备的定位安装

由测量布置好洞内的测量控制网，准确定位设 备的安装位置，按测量尺寸进行安装，调整水平、高 程等尺寸，控制尺寸误差在图纸要求范围之内。

(2) 正确组装顺序

组装之前应认真研究图纸图册，确认部件装配 关系后（前后、左右、上下的先后顺序进行正确装配， 以免盲目装配造成返工。

(3) 平稳吊运、吊装

主要起吊件如：刀盘、主驱动、前盾、伸缩盾、 撑紧盾、尾盾等，由于体积大、重量重，在起吊时要 先查看图纸确定其重量，选择相匹配的起吊钢丝绳及 手拉葫芦，进行起吊安装作业。在保证钢丝绳的容绳 量的同时，需要起重工和起吊司机密切配合，上下协 调，统一指挥，确保安全。

(4) 设备及附件清洗

验收拆箱时注意保持其原有设计尺寸，避免损 伤结构件原有加工精度，安装前以适当的方式对设备 的结构面认真清洗；螺栓及螺纹孔应除镑清洗干净； 接合面安装时进行打磨，并应除镑清洗；液压元件的 清洗必须用干净清洗剂，液压元件擦拭严禁用棉纱， 必须用不脱毛的布或涤纶毛巾擦拭。

(5) 螺栓联接

严格按照图纸要求，根据螺栓直径和强度等级 要求拧紧螺栓，达到规定的紧固力矩。一般分两次拧 紧至规定的力矩，每次拧紧均用记号笔做好标识。

(6) 液压、电气系统安装

在厂家技术人员的指导下，严格按照图纸及相 关的技术规范要求进行液压及电气系统的安装，符合 要求。

4 TBM组装方案

主机组装与后配套组装分别在各自的场地同时 展开，TBM各部件运输到场后，主机部件摆放于主 机组装基础之后，后配套部件根据组装顺序，主要摆 放于后配套组装区域；经过开箱验收后开始组装，采 取边运输边开箱验收边组装的方式。TBM主要部件 尺寸及重量见表1。

4.1主机组装

青海水力发电

表1

名称

数量11

6

TBM主要部件尺寸及重量表

尺寸>

宽X商)mm

重量6526x1.997381154251317101028191881322132415151414141414101514.514.514.52121212121

含除尘器、

含液压泵站、除尘风机、油脂泵

含主泵站

含注浆、干粉罐吊运、小螺机

含液压柜、主控室

不含配重含豆粒石泵

含豆粒石吊运系统、豆粒石皮带机

含变频柜含变压器含变压器含空压机含空压机、冷却水系统含主配电柜、应急发电机

含变压器含二次注浆含高压开关柜、洗手间

含休息室含电缆卷筒含热水箱含冷水箱含污水箱含配重、最重含配重、最重含配重、最重含配重、最重含配重、最重含减速机不含电机

含主推油缸（14 ) +铰接油缸（4)含撑靴（4) +米字梁+附推油缸（19)

备注含刀具

(长

1

2

刀盘刀盘集渣斗主驱动电机前盾总成伸缩（外+内）盾

支撑盾扭矩梁管片拼装机设备桥1设备桥21#拖车

2#拖车3#拖车

345

1112111111111111111111111111111111

6

7

8

9

10

11

12

13141516171819

4#拖车

5*拖车6#拖车7#拖车8#拖车

9#拖车10#拖车11#拖车12#拖车13#拖车14#拖车15#拖车16#拖车17*拖车18#拖车19#拖车20#拖车21#拖车22#拖车23#拖车24#拖车25#拖车26#拖车27*拖车

2021

22

232425262728293031323334353637

X5480 x 5480 x 20001818x1510x815720 x 860 x 24405400 x 5400 x 28055400 x 5400 x 22355300x5300x36002148 x 2776 x 6605820x3103x301012184x4240x300012095 x 2200 x 344187x3540x38809187x3540x368511187x39x368510187 x 38 x 36859187x39x36859187x3540x36859187x3825x36509187x3825x36509187 x 3825 x 36509187x3825x36509187 x 3825 x 36509187 x 3825 x 36509187x3825x36509187 x 3825 x 36509187 x 3825 x 36509187 x 3825 x 36509187 x 3825 x 36509187 x 3825 x 36509187x3842x36509187x3905x33139187x3905x33139187x3905x33139187x3905x33139187x3905x33139187x3905x33139187x3905x33139187x3905x3313

9

青海水力发电

续表1

序号3839404142434445474849505152

名称28#拖车29#拖车30#拖车31#拖车32#拖车33#拖车34#拖车35#拖车36#拖车37*拖车38#拖车39#拖车40#拖车41#拖车42#拖车

数量111111111111111

(长

X

1/2018

尺寸

宽X高)mm

重量0)2121212121141214141414141313备注含配重、最重含配重、最重含配重、最重含配重、最重含配重、最重含皮带机柜含连续皮带机含配重含配重含配重含配重含配重含风机柜含水管卷筒、二次风机

含储风筒

9187x3905x33139187x3905x33139187x3905x33139187x3905x33139187x3905x33139187x3930x33139187x4013x33139187x3620x33139187x3620x33139187x3620x33139187x3620x33139187x3620x33139187x3845x33139187x3328x35609187x3328x3559

7.3

TBM盾体组装采用100t和250t汽车起重机，后 配套采用50t汽车起重机进行吊装。刀盘拼装时采用 一台100t汽车起重机，刀盘拼装完成后整体吊装时 采用一台250t汽车起重机进行吊装。

(1)刀盘拼装、焊接

整个刀盘的吊装分2块，将刀盘分块水平放置 在安装区域前端，按要求组合焊接在一起。刀盘进场 后先进行调平，首先将两块刀盘下面按照等腰三角形 各摆三块钢块，分别用千斤顶顶起，在测量人员的测 量下调节千斤顶进行调平。调平后将法兰盘的螺栓利 用液压扳手紧固。

刀盘焊接时需保温，同时考虑到是冬季施工, 刀盘焊接区域搭设一个6mx6m的保温棚。焊条 加热使用自控远红外电焊条烘干炉，可装焊条重 50kg。保温使用的保温筒，可装5kg焊条，加热速 度120^/18min,保温180 ±20^。刀盘焊接完成后， 再将连接处的凹槽全部填满，最后在边缘需要焊接耐 磨条。焊接工作在保温棚中进行以达到保温目的。

刀盘焊接完成后，整体起吊与主驱动连接。在组装刀盘的同时按照以下程序组装：①将前 护盾底块在混凝土基座上的步行架上就位；②将外伸10

缩护盾下块安装与前盾下块上；③将已经组装好的主 驱动就位于前护盾低块上；敝装前盾上半块；⑤在 一定位置，将支撑盾安装于步行架上；⑥安装伸缩护 盾内盾和下半部分主推进油；⑦安装主机皮带机和撑 靴系统；⑧安装支撑盾上块和主推进油缸上半部分和 辅推油缸；⑨将已经组装好的刀盘安装于主驱动上； ⑩安装管片安装器；⑪安装伸缩护盾上半块；⑫安 装尾盾；⑬安装主机其他附属设备

(2) 前盾和主驱动

TBM盾体部分均分成三块，各部分先用螺栓连 接再焊接。首先把前盾的底块部分吊到组装区滑轨上， 主轴承在主轴承进行完成预组装后再把主驱动部分吊 人前盾安装位置，进行局部安装固定，再把前盾左右 侧块安装上去，与底块用螺栓连接再焊接（预留底部 焊接空间，最后再将前盾顶块安装，同时完成主驱动 与前盾剩下的所有连接。

(3) 伸缩盾

伸缩盾分内外两层，先安装伸缩外盾下块，及 伸缩内盾的下块，待主驱动电机，主推进油缸，液压 管线装好后、主机皮带机装好后，再安装伸缩内盾及 伸缩外盾上部，最后将外盾与前盾进行焊接（预留底

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部焊接空间。

(4) 撑紧盾

撑紧盾由底块、2个侧块和顶块组成，安装时先 把撑紧盾的底块吊到托架上（组装区滑轨，位置调整 好后，然后将撑紧盾内的安装器大梁支座吊装固定, 将两侧块吊装、撑靴油缸及撑靴吊装，待主机皮带机 安装好后最后吊装顶块’及其他辅助设备。

(5) 管片安装机

管片安装器主要由行走大梁、安装器环梁和安 装器组成，先将行走大梁吊装固定在撑紧盾内以安装 好的支撑座上，将安装器整体吊装套在行走大梁上, 最后将超前钻整体吊装固定。

(6) 尾盾

尾盾先在地面组装平台上预组装好后整体吊装, 调整好后焊接在撑紧盾上。

以上主要结构安装完毕后，进行主机附属设备 的安装，如液压系统的安装、电气系统的安装、通风 及除尘系统管道、气，7JC供应系统等部分的安装。

(7) 主机皮带输送机

主机皮带输送机系统在拼装平台上拼装好，然 后用吊机和电动葫芦配合把主机皮带输送机系统安装 在指定位置，即为前端穿在主驱动内圆内下料口处, 后段固定在连接桥处，最后将前盾、伸缩盾、撑紧盾、 尾盾等未完成部分安装完成。

4.2后配套组装

为了节约组装时间，本工程TBM后配套在主机 组装同时即进行拼装。组装主要采用1台50t汽车起 重机进行吊装。

后配套组装主要包括：除尘风机、液压栗站、 变压器、变频柜、配电柜、空压机、7JC泵站等设备以 及栏杆、爬梯、管线等附件的安装。

(1)

后配套组装在已经铺设好的轨道上进组装采用汽车起重机。从第一节后配套台车开始组装, 逐节完成所有后配套的组装工作，按照1# ~ 2 #连接 桥、1 # ~ 20 #台车钢结构的顺序组装；

(2)

安装相关辅助设备、连接电气液压等管线 的顺序进行。连接桥组装完成后，与主机和后配套 连接，使整套TBM连接为一个整体，最后安装皮带、

硫化皮带。

4.3主机和后配套连接

组装完毕的后配套和主机连接在一起后，安装 从变压器、配电柜至用电设备的电缆，自液压泵站到 液压执行机构的液压管路。

进行整机组装的检查，复核所有设备的安装固 定，检查管路、线缆的连接情况。

5连续皮带出渣系统的安装

本工程采用连续皮带机出渣，后配套皮带机与

连续皮带机相连，设备上留有安装连续皮带机的空间。 所有皮带机配有自动清理、刮渣、防跑偏、耐磨、防滑、 张紧、拉线开关及停机连锁功能。连续皮带机系统包 括变频器、驱动装置、硫化操作台、皮带卷筒、储带 仓（含皮带张紧装置)、支架、托辊、皮带和控制系 统等。

连续皮带安装在TBM主机及后配套全部进人洞 内100m后，安装皮带机及储带仓。

(1 )施工准备

设备，头、尾架，拉紧装置等基础强度达到标 准后，可进行滚筒和设备贼装，安装就位前，应按 施工图、设备随机资料确定设备的纵向、横向中心线 及基准标高点，做为设备安装的基准。

(2) 传动滚筒组、转向滚筒组的安装

首先核对头、尾架，传动滚筒支架，改向滚筒 支架及基础标高，如符合要求即可进行上述支架的 安装。安装后应符合下列要求。头、尾架改向滚筒支 架中心线与输送机纵向中心线重合，其偏差矣3mm。 如合格可进行滚筒组的安装，并达到下列要求：① 滚筒横向中心线与输送机纵向中心线重合，其偏差 矣2mm ;②滚筒轴线与输送机纵向中心线的垂直度 偏差< 20%c ;③滚筒轴线的水平偏差矣1%C ;④两驱

动滚筒轴线的平行度偏差矣〇.4mm。(3) 自动拉紧装置安装

安装顺序：核对钢轨架，所紧装置尺寸及基础 标高等无撕—行走架安装—绞车定位—泵站、操纵

台—拉紧小车—改向滚筒组—滑轮组—穿纲丝绳—安

全罩。

(4) 驱动装置安装

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行，青海水力发电

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在传动滚筒组安装完成并调整好后，可安装对 应的驱动装置。安装顺序为:①将减速机的机架就位， 装上减速机，使减速机中心线与输送机中心线平行， 并使低速轴中心线与传动滚筒中心线在一条直线上， 戴上地脚螺栓及减速机安装螺栓，暂不拧紧；②拆去 联轴器包装，擦净涂油脂，按指定标记穿上螺栓；③ 上述部件安装检查合格后，将机架地脚螺栓，减速机 安装螺栓紧固。将调整螺钉紧固；④将电机架吊装就 位，装上电动机，螺栓暂不拧紧。使电机轴中心线与 减速机髙速轴中心线在一条直线上，且调好距离；⑤ 用千分表测定电动机与减速器的同轴度，应符合以下 要求：测量处最大外径径向跳动端面跳动.调整合格 后，紧固所有螺栓;⑥安装联轴器罩支架及联轴器罩， 调正好后，用螺栓紧固；⑦重新检查上述安装工序， 是否有未拧紧的螺栓，顶丝是否漏装，基础机架是否 垫牢。无误后，才能二次灌浆。

(5) 输送带安装

输送带安装连接应与输送带制造厂密切配合， 共同完成施工。输送带铺放前应确认上、下面后再进 行。连接头尺寸和胶接及硫化方法，可按输送带制造 厂提供的工艺方法施工。

(6) 安装后的检查

输送机安装结束后，应进行全面的现场清理， 清除所有垃圾、杂物，为安装后检查创造良好的环境。 检查应包括以下几方面的内容。转动类部件应全部转 动灵活，各种托辊、安装位置方向是否正确；各销类 是否安装正确，滚筒顶丝是否安装到位，润滑油是否 充足。胶带接头是否合格，胶带是否损伤，直线度是 否超差，胶带上及胶带与滚筒间有无工具、杂物。支架、 基座、螺栓是否全部紧固，支架、平台、过梯、扶手 有无漏焊，油漆有无漏漆现象。拉紧车位置是否正确， 张紧距离是否符合要求，钢丝绳夹数量，安装方法是 否按图施工及钢丝张力、长度是否左右相等。驱动装 置、减速器联轴器等安装是否符合要求。制动器闸瓦 间隙是否合适。清扫器、刮水器、导料槽安装是否正 确。以上检查完成后，再做空负荷运行和调试工作的 准备。

6 TBM整机调试

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整机调试以检查TBM、后配套和相关设备的正 常运行。调试工作要按照事先提供的调试规程进行。 调试成功后将调试结果汇成报告连同有关文件作为 TBM质量验收附件。

在TBM设备运行之前，要对TBM设备主机和 后配套系统进行认真调试。首先是对后配套工作平台 上的电气系统、液压动力系统及与王机系统连接架 等进行全面的连接检验，经检查后进行TBM设备的 调试工作，调试工作包括所有的运行系统，设备调试 由TBM设备生产厂商派专业的人员到现场进行操作， 设备调试流程见图1。

图1 TBM设备调试工艺流程框图

(1)

调试前，要对设备组装的完整性和安全性

等进行检查，确保便调试工作安全、顺利的进行。

(2)

调试时，主要试验设备操作性能、可靠性能、安全性能等，以便对TBM设备掘进施工起到指导作 用。

(3)

调试过程中，参加调试的机械技术人员和

随机操作人员须时时到位，以主动了解设备的技术状 况、调试程序、操作控制方法等，调试过程由专人负 责记录调试过程的相关数据，并将调试过程相关数据 记录传送项目部信息管理中心进行存储。

(4)

调试结束后，仔细清点调试过程中使用的

辅助器械，避免影响TBM设备掘进施工。

检测工作可分为外观检查、功能检查、技术性 能检查，检测过程中进行调试。一般设备的检测和调 试比较简单，重要的是对液压系统中系统压力的设定。 泵、阀元件的测试和匹配调整，对电气系统中不同电 压等级的确认，对控制元件关联动作的动作时间的调 定，传感元件的位置和性能以及供电安全的检查调试。 调试检测内容按TBM生产厂家提供（下转第16页）

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4.2

TBM设备性能要求

在钻爆段衬砌断面尺寸满足设计要求情况下,

4.3其他辅助系统

在TBM自行式滑行过程中，豆砾石、注浆等系 统的完好率，水平运输系统的供应能力，各种易损备 品备件的储备，滑行过程中可能出现突发情况的应急 处置能力等都将是制约快速滑行的关键。在滑行前必 须根据实际情况进行充分的筹划，为实现快速滑行提 供便利条件。

TBM能够满足撑靴支撑需要以正常采用双护盾模式^ 滑行阶段刀盘静止不转动，PLC通过运算贯入度也发 生了变动，同时滑行过程中总推力较小，根据实际情 况需将推力在一定范围内以避免刀盘在遇到欠挖 段或啃轨时总推力会突然增大，导致损伤主轴承的情 况。本次滑行将总推力限值14000kN调整为3500kN 保护主轴承。

因钻爆段施工环境、施工进度和地质条件 影响，开挖洞泾经常出现大量超挖现象，撑靴无法正 常撑到岩面达到一定的压力（260bar左右）产生反力， 主推油缸无法按正常程序提供推力，不满足双护盾掘 进模式施工条件；如果采用单护盾模式，就降低了滑 行的效率。为此必须依据撑靴的行程和压力的变化关 系，修改撑靴程序逻辑关系改变工作状况满足条件, 才能实现双护盾掘进模式，即在无撑靴提供反力的情 况下，需充分利用主推油缸推力与主机和轨道摩擦力 的关系以及辅推对支撑盾和尾盾的支撑反力，实现双 护盾模式滑行。经计算刀盘、前盾、内外支撑盾总重 约213t，综合考虑各种不利因素摩擦系数取0.25,则 盾体与钢轨形成的摩擦力为53.25t,能够满足双护盾 启用条件。但必须保证在拼装管片过程中及时回伸已 拼完管片的油缸，为支撑盾和盾尾提供反力。

5结语

TBM整体移步式滑行技术充分利用了作用力与

反作用力以及摩擦力的关系，省却了传统滚杆、滚轮 及卷扬机循环安拆时间及人员、材料投人，并且实现 了 TBM主机与后配套的整体连贯滑行，大大缩短施 工工期及施工成本，节约了洞内空间，实现了 11个 工作日滑行610m的滑行成绩。

TBM自行式滑行技术经过对弧面轨道床的设计 研究、设备电气液压系统逻辑关系的研究以及滑行前 的超前筹划，实现了双护盾TBM在钻爆段自行式快 速滑行，历经45个工作日完成了近1.5km滑行任务， 同时创造了单日滑行55.5m的滑行记录

双护盾TBM整体移步式及自行式快速滑行技术 在兰州市水源地项目第2标段得到了成功应用，整个 施工工艺简单可行、经济有效，可为同类工程施工提 供借鉴。

(上接第12页）的详细测试项目进行，并在测试表 上签字以备后查。TBM在完成了上述各项目的检测 和调试，TBM的功能和性能达到设计要求后（具体 应遵照TBM制造厂家提供的操作手册进行)，即可判 定该TBM已具备工作能力。

7结语

在工期紧张、场地受限等条件下，兰州市水源

地建设工程TBM1组装用时15天，创造了国内TBM 整体式组装记录。TBM快速组装技术有效突破了狭 小场地的，达到了节约工期的目的。

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