ＣＯＮＳＴＲＵＣＴ１０Ｎ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 施工技术 国内首台双护盾ＴＢＭ结构及组装技术 周若愚，周清 （中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安７１００３２） ［摘要］以兰州水源地建设工程国内首台自主设计及生产的双护盾ＴＢＭ隧道施工为例，详细介绍了 双护盾ＴＢＭ的结构特点，阐述了主机及后配套的准备工作及现场组装技术。该机技术对工程施工顺利完 成有着重要意义，填补了国内双护盾ＴＢＭ的空白。 ［关键词］双护盾ＴＢＭ结构特点组装技术 ［中图分类号］Ｕ４５５．３ ９ ［文献标志码］Ｂ ［文章编号］１００１—５５４Ｘ（２０１６）０５—００６１—０４ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｆｉｒｓｔ ｄｏｕｂｌｅ ｓｈｉｅｌｄ ＴＢＭ ＺＨＯＵ Ｒｕｏ－ｙｕ，ＺＨＯＵ Ｑｉｎｇ 双护盾ＴＢＭ又称伸缩盾ＴＢＭ，可用于硬、软 续表１ 岩层的施工，对山体断层多、地质复杂情况有很好 名称 外形尺寸／ｍｍ 数 最大件 量 重量／总重／ｔ 备注 的适应性。对双护盾ＴＢＭ设计特点及现场安装技 ｔ 术的准确把握，可促进工程的顺利建设。 总重包括辅 兰州水源地工程以刘家峡水库作为引水源向 撑紧盾 ４８７０×２１００ Ｘ ３９８０ ３ ５０ １４９．２ 推缸５０ｔ 撑紧缸２３．２ｔ 兰州市供水，工程包括取水口、输水隧道主洞、分 尾盾 ５３２０×２７００Ｘ ２６５０ ２ ２ ３．５ 水井、输水支线等。整个施工洞段长１４．１ｋｍ，人 刀盘 ５４００字坡设计，隧道内径４．６ｍ、开挖洞径５．４９ｍ，采用 （上部） Ｘ ２３５０Ｘ １７００ １ ４０ ４０ 四边形管片衬砌，管片厚度０．３ｍ、环宽１．５ｍ，管 刀盘 ５５００ 片与围岩之间的空隙用豆砾石充填并回填注浆。工 （下部） Ｘ ３２００Ｘ １７００ １ ３４．５ ３４．５ 总重包括溜 渣槽４．５ｔ 程隧道采用中国铁建重工集团公司设计生产的双护 主驱动 ３８２０×３８２０×１８００ １ ６０ ６０ 盾ＴＢＭ施工，为国内首台自主研发及设计制造的 管片拼 装机 ４４００Ｘ ３４００ Ｘ ７２００ １ ２５ ２５ 双护盾ＴＢＭ。 １双护盾ＴＢＭ的结构特点 １．１刀盘 该双护盾ＴＢＭ主要结构由刀盘、盾体、连接 刀盘采用低合金高强度钢板焊接的扁平式结 桥和后配套等组成，整个设备全长３１０ｍ。主要部 构，分上、下两部分，面板上布满网状式的耐磨焊 件尺寸及重量见表１。 条，通过高强度螺栓将刀盘法兰与主驱动连接，刀 表Ｉ 主要部件尺寸及重量表 盘面板上布置多个背装式注水喷嘴，用于刀盘除尘 名称 外形尺寸／及降温。 ｍｍ 数 最大件 量 重量／总重／ｔ 备注 ｔ 该设备采用用大容积刮渣铲斗，保证石渣能 前盾 ５Ｏｏｏ×４７００Ｘ２ｏｏ０ ３ １６ ４５ 总重包括稳 定靴 ＤｏＩ：１０．１４１８９０．ｃｎｋｉ．ｃｍ１９８１．２０１６．０５．００５ 伸缩盾 ５１００［收稿日期］２０１５—１２—１５ Ｘ ２２７０Ｘ １８３０ ３ １３ ５３ 总重包括主 推缸２２ｔ ［通讯地址］周若愚，西安灞桥区米秦路１５号水电三局制 安分局 ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ２０１ ６．５ ６ １ 施工技术 ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬｏＧＹ 通过溜渣槽进入接渣斗，并用皮带输送机排除到主 机外。 （１）前盾。 前盾主要由盾体及主驱动组成，承载刀盘向 前掘进时的支撑反力和掘削转矩。 在前盾上半部分增添稳定器液压缸，可解决 掘进中盾体的振动问题，保持平稳运行。 １．２盾体 盾体主要由前盾、伸缩盾、撑紧盾、尾盾组 成，采用锥形设计，为焊接结构件，并在底部增加 耐磨条保护。盾体结构见图１。 １．前盾２．伸缩盾３．撑紧盾４．尾盾 图１盾体结构简图 （２）伸缩盾。 的 ２５０ｍｍ拖拉液压缸连接，安装主泵站、主控 伸缩盾安装于前盾尾壳中，连接前盾和撑紧 室、管片吊机等，为管片的拼装及钢轨储存预留操 盾，可在尾壳中通过主推液压缸前后移动，实现 作空间；通过在连接桥上增添后配套皮带机，可将 ＴＢＭ和管片衬砌同时进行。 主机输出的石渣转运到连续皮带机上，运出洞口。 １．４后配套 在伸缩盾上半部分设有４个观察口，可观察围 岩及清理堆积盾体上的岩渣；并用２根扭矩梁横穿 伸缩盾，将刀盘掘进中产生的转矩传递至扭矩梁， 并通过转矩液压缸消除，对保证隧道正常掘进有重 要意义。 整个双护盾ＴＢＭ后配套有２５节台车，主要配 置液压系统、水泥注浆系统、电气系统、水系统、 通风系统、辅助系统等，通过后配套系统可为掘进 机正常运行提供保障。 （１）液压系统。 （３）撑紧盾。 撑紧盾又称支撑盾，通过撑靴液压缸推动前盾 倔进；撑紧力无级可调，可根据洞壁情况进行调整。 在后配套２号台车中安装盾体主泵站，分别配 备主推进液压缸系统（９０ｋＷ）、辅推进液压缸系 为应对复杂岩层情况，在撑紧盾外壁周围设 统（９０ｋＷ）、冷却系统（５．５ｋＷ）、撑靴液压缸 超前钻孔位置，可以超钻孔、注浆，对不良地质进 系统（７．５ｋＷ）、主机皮带系统（５５ｋＷ）、管片 行超前加固，并对ＴＢＭ前方围岩进行超前探测。 （４）尾盾。 拼装及注浆系统（３０ｋＷ）和复位系统（９０ｋＷ）， 并安装１台电动润滑脂泵对运动机构轴承、密封等 进行自动润滑。 尾盾安装于撑紧盾后部，主要用于管片拼装 机的安装及运行，可保护管片区域人员，并在尾盾 （２）水泥注浆系统。 在４号台车中安装柱塞砂浆泵、砂浆搅拌罐、 物料吊机等，通过管道直接注入管片中，可保证管 片平稳、一次成型。 （３）电气系统。 后增添由弹簧钢板制成的密封，防止回填材料及浆 液进入尾盾内部。 １．３连接桥 连接桥由两部分组成，通过管片拼装机上 ６２ 建筑机械２０１６．５ 通过配套主控室对整个掘进机的变频器、盘 柜、通讯及监视系统等进行数据监控，保证整个运 行机构的连续运行。 （４）水系统。 主要有一级水循环系统、二级水循环系统、 况，进行双护盾ＴＢＭ边组装、边滑行工作。 （１）工业广场空间狭小的应对措施。 ＴＢＭ以开挖主洞轴线作为定位轴线进行组 装，洞口组装区域有效可利用长度约为１１０ｍ，而 ＴＢＭ整机长约３ １０ｍ，考虑到在工业广场完成ＴＢＭ 刀盘除尘水系统等组成，一级水系统主要用于冷却 二级水系统及提供工业用水；二级水系统用于冷却 主驱动、主泵站等。 （５）通风系统。 整个掘进机贯穿一次风机及二次风机，通过 的组装工作，主洞先采用钻爆法开挖。 （２）工期的应对措施。 为保证ＴＢＭ的组装工期，综合考虑ＴＢＭ整机 长度，采用最短的常规钻爆开挖量以满足ＴＢＭ组 装场地的需求，初步确定钻爆法开挖长度２００ｍ， 其中扩大洞室１４０ｍ、通过洞室６０ｍ。 （３）组装及滑行整体方案。 除尘风机对刀盘内进行除尘，以及对盾体内部换气 等，保证空气清新及人员安全。 （６）辅助系统。 主要是后配套尾部台车中配套的工具箱、洗 手间、休息室、救生舱等。 工业广场布置１台跨距３２ｍ、起重量５０ｔ、运行 范围约１１０ｍ的门式起重机，采用ＴＢＭ边组装、边 滑行的方式。 ２整体组装及滑行方案 ＴＢＭ在洞口外的工业广场组装，由于考虑到 ①第一阶段组装：ＴＢＭ主机及后配套组装， 从主机至甜台车，并对设备部件进行调试。 ②用２台３２ｔ卷扬机，将组装好的ＴＢＭ（从主机 至６样台车）牵引至通过洞段，见图２。 ］４０ｍｌ￣扩大涸富 工期紧及广场空间狭小等原因，结合现场实际情 Ｉ ｌ ｅ ｌｌ …ｌ Ｉ Ｊ 垒 图２双护盾ＴＢＭ滑行示意图 ③第二阶段组装：后配套组装，从７＃台车至 １８＃台车，用卷扬机将其牵引与６＃台车连接。 ④第三阶段组装：ＴＢＭ剩余部分的组装。 ⑤最后将ＴＢＭ连接为一个整体。 所用工具。 ①洞内场地。 主洞钻爆施工的１４０ｍ扩大洞室及６０ｍ通过洞 室完成开挖及支护，并进行洞内铺底原２０ｃｍ混凝 土施工。 ３组装工艺 ３．１组装准备 洞内弧形底面浇筑３００ｍｍ厚的混凝土，并安 装滑行轨道，见图３。 （１）场地准备。 ②洞外施工。 在ＴＢＭ进场前完成洞外组装区域铺底混凝土 施工。 在预挖的主洞布置滑行轨道，两轨径向夹角 为２４。，并布置ｌ台跨距３２ｍ的５０ｔｌ＇］式起重机，配 备１台１００ｔ汽车起重机和２台３２ｔ卷扬机，以及组装 洞外由洞口向外２５ｍ处为ＴＢＭ主机安装区域， ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ２０１ ６ ５ ６３ 施工技术ｌ ｃ。 Ｒ岍 Ｔ刚 。ＧＹ 需提前完成弧形底面混凝土浇筑。 审 审 ‘ ．／ 景Ｉ ／Ｌ、， 。 ２２５４ 图３弧形地面浇筑 ３．２组装方案 （１）前盾和主驱动。 ＴＢＭ盾体均分成３块，各部分先用螺栓连接再 焊接。先把前盾底块部分吊到组装区滑轨上，主轴 承完成预组装后再把主驱动吊人前盾安装位置，局 部安装固定后再安装前盾左右侧块，并与底块用螺 栓连接再焊接，最后再安装前盾顶块，同时完成主 驱动与前盾连接。 （２）伸缩盾。 伸缩盾分内外两层，先安装外盾及内盾的下 块，将主驱动电机、主推进液压缸，液压管线及主 机皮带机安装后，再安装伸缩内盾及伸缩外盾上 部，最后将外盾与前盾焊接。 （３）撑紧盾。 撑紧盾由底块、２个侧块和顶块组成，安装时 先把底块吊到托架上（组装区滑轨），调整位置后 将撑紧盾内的安装器大梁支座固定，再吊装两侧 块、撑靴液压缸及撑靴，待主机皮带机安装后最后 吊装顶块及其他辅助设备。 （４）主机皮带输送机。 主机皮带输送机系统在平台上拼装，然后用 吊机和电动葫芦安装在指定位置，最后安装前盾、 伸缩盾、撑紧盾、尾盾等未完成部分。 （５）刀盘拼装、焊接。 整个刀盘分为２块，水平放置在安装区域前 端，按要求组合焊接。 （６）尾盾。 尾盾在地面组装平台上预组装后整体吊装， 调整后焊接在撑紧盾上。 然后进行主机附属设备的安装，如液压系 统、电气系统、通风及除尘系统，气、水供应系 ６４ 建筑机械２０１６ ５ 统等。 （７）管片拼装机。 管片拼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已 安装的支撑座上，再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。 （８）后配套组装。 后配套组装在铺设的轨道上进行，采用汽车 式及门式起重机配合进行。待２节连接桥组装后， 再将主机及后配套连接，使ＴＢＭ成为一个整体， 最后安装皮带机。 （９）整机调试。 ＴＢＭ整机组装后，进行对掘进机各个系统及 整机进行调试，使整机在无负载工况下正常运行。 调试过程先分系统进行，然后对整机运行进行测 试，测试过程中应详细记录各系统的运行参数，及 时分析解决发现的问题。 ４结束语 双护盾ＴＢＭ设有前后护盾，在前后护盾之间 设有伸缩盾，后护盾配置支撑靴。能使隧道掘进、 衬砌、出碴、运输作业完全在护盾的保护下连续一 次完成，实现安全、高效、快速施工。同时双护盾 ＴＢＭ采用计算机控制、遥控、传感器等技术，具 有自动化程度高、对周围地层影响小、有利于环境 保护的优点。 通过对双护盾ＴＢＭ整机的现场装配，积累 了双护盾ＴＢＭ组装经验，为兰州水源地引水工程 的顺利完成提供了有力保障，填补了国内双护盾 ＴＢＭ现场组装及施工的技术空白。 ［参考文献］ ［１］茂承觉．全断面岩石掘进机发展概况［Ｊ］．工程机 械，１９９２，（６）． ［２］山西省万家寨引黄工程管理局．双护盾ＴＢＭ的应用与 研究［Ｊ］．水利水电，２０１１，（１０）． ［３］山文镕．达坂岩石隧洞全断面掘进机（ＴＢＭ）施工技 术［Ｊ］．水利水电，２０１３，（１）． 营
