TBM 洞內(nèi)拆卸和運(yùn)輸技術(shù)芻議

許士哲

（中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司，重慶 400700）

重慶軌道交通六號(hào)線二期工程銅鑼山隧道位于重慶市南岸區(qū)，全長5 633.373m，采用復(fù)合式單護(hù)盾TBM 與鉆爆法相結(jié)合施工，左線TBM 掘進(jìn)長度2 692m、右線2 736m，貫通點(diǎn)位于K8+900 處。

國內(nèi)外關(guān)于TBM 拆卸方案有兩種：一是洞外拆卸法；二是洞室拆卸法。洞外拆卸法需要TBM出洞完成后開始施工作業(yè)[1]，工序時(shí)間長，對(duì)于工期緊張的項(xiàng)目并不適用。若按常規(guī)施工工序——TBM 完成后再進(jìn)行車站施工，周期較長，不能滿足要求，因此車站與TBM 施工要同時(shí)進(jìn)行。車站一旦施工后，TBM 設(shè)備難以掘進(jìn)到達(dá)接收井，必須進(jìn)行洞內(nèi)拆卸運(yùn)輸至接收井口。另外，對(duì)于傳統(tǒng)的洞內(nèi)拆卸TBM，投入的人力、物力、財(cái)力增加，在TBM 的分隔過程中安全隱患多、風(fēng)險(xiǎn)大[2]。因此研究一種可行的洞內(nèi)拆機(jī)法意義重大。

該標(biāo)段選用美國羅賓斯生產(chǎn)的TBM，其刀盤開挖直徑φ6 280mm，前盾體A 環(huán)φ6 250mm ×4 390mm×3 305mm， 中 盾 體B 環(huán)φ6 250mm ×4 390mm×2 965mm，中盾體C 環(huán)φ6 250mm× 4 390mm×3 035mm， 尾 盾 體D 環(huán)φ6 250mm× 4 390mm×3 985mm，盾體內(nèi)部設(shè)備及連接橋和后配套拖車由1～6 共7 節(jié)后配套拖車組成。常規(guī)的TBM 設(shè)備拆卸施工在設(shè)備到達(dá)接收井口后，由大型吊裝設(shè)備輔助進(jìn)行，但本標(biāo)段TBM 至車站到達(dá)接收井，必須經(jīng)過正在施工的車站段，車站施工主體結(jié)構(gòu)與鋼管柱兩側(cè)間距僅6m，而TBM 設(shè)備直徑6.3m，TBM 設(shè)備無法正常到達(dá)接收井。由于施工工期緊張，為確保施工進(jìn)程以及TBM 拆卸后的整機(jī)完備性，對(duì)大直徑TBM 錨索法洞內(nèi)拆卸及運(yùn)輸施工技術(shù)進(jìn)行研究。

2.1 拱頂?shù)趿涸O(shè)計(jì)

TBM 洞內(nèi)分離吊裝的吊梁機(jī)構(gòu)包括滑軌、滑軌滑道上多個(gè)倒鏈滑車和分散設(shè)置在滑軌上部的多個(gè)錨固件，每個(gè)錨固件通過轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件與滑軌轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在每個(gè)倒鏈滑車上設(shè)有用于安裝倒鏈的倒鏈掛軸。

滑軌有兩根，平行設(shè)置在TBM 洞內(nèi)對(duì)應(yīng)TBM兩側(cè)拱頂位置，并通過錨固件固定在TBM 洞壁上。錨固件是由錨索、錨索板和錨索套組成，錨索板通過錨索固定在TBM 洞內(nèi)對(duì)應(yīng)TBM 兩側(cè)拱頂位置，并通過錨索套固定。每個(gè)錨固件通過左、右對(duì)稱的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件與滑軌連接，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件沿著滑軌滑道延伸的方向并排安裝，每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件是由轉(zhuǎn)動(dòng)插銷、焊接在錨固件上帶孔單吊耳、對(duì)應(yīng)焊接在滑軌上的帶孔雙吊耳組成，錨固件上單吊耳置于滑軌雙吊耳之間，兩者孔相對(duì)應(yīng)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)插銷固定。滑軌采用32C 工字鋼制成，多個(gè)錨固件等距設(shè)置在滑軌上方。錨索板由所述錨索套通過液壓頂外部加壓，固定安裝在預(yù)埋TBM上方拱頂?shù)腻^索上。錨索套與錨索板固定安裝完成后，再在錨固板上焊接吊耳安裝滑軌。轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件與工字鋼的焊接需要打坡口堆焊，保證質(zhì)量；滑軌安裝好后，在工字鋼上安裝倒鏈滑車，倒鏈掛軸用于懸掛倒鏈。吊耳及吊梁裝置如圖1 所示。

2.2 TBM 運(yùn)輸裝置

TBM 運(yùn)輸裝置由行走底架、圓形旋轉(zhuǎn)底架和矩形旋轉(zhuǎn)框架三部分組成。行走底架由四臺(tái)管片小車組成（兩個(gè)一組并排設(shè)置），每組兩臺(tái)管片小車通過設(shè)置在管片小車上方的型鋼支架連接，其底部設(shè)有多個(gè)行走輪；圓形旋轉(zhuǎn)底架焊接在行走底架上方，將兩組管片小車連為一個(gè)整體式的方形行走底架，其直徑（不大于8m）小于TBM 洞口寬度，大于或等于行走底架寬度；矩形旋轉(zhuǎn)架長度（9～10m）大于圓形旋轉(zhuǎn)底架直徑，寬度（3～4m）小于或等于圓形旋轉(zhuǎn)底架直徑[3]。其底部對(duì)稱焊接有左、右弧形旋轉(zhuǎn)塊，兩弧形旋轉(zhuǎn)塊分別設(shè)置在矩形旋轉(zhuǎn)架沿圓形旋轉(zhuǎn)底架旋轉(zhuǎn)時(shí)與圓形旋轉(zhuǎn)底架接觸的兩個(gè)部位，與兩弧形旋轉(zhuǎn)塊的中心點(diǎn)重合，并與圓形旋轉(zhuǎn)底架的圓心同軸，多個(gè)坦克輪均勻分布在左、右弧形旋轉(zhuǎn)塊底部，并在矩形旋轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)過程中，沿其旋轉(zhuǎn)軌跡做環(huán)形運(yùn)動(dòng)。

型鋼支架由平行設(shè)置在每組管片小車上方的兩根40A 工字鋼組成，坦克輪10 個(gè)，兩個(gè)弧形旋轉(zhuǎn)塊上分別設(shè)置5 個(gè)。

2.3 主驅(qū)動(dòng)翻身支架

圖1 主驅(qū)動(dòng)翻身支架現(xiàn)場

主驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)支架的左、右支撐架均由支撐腿、L 型支架和主驅(qū)動(dòng)支撐軌道組成，L 型支架順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°后水平置于支撐腿上方，其豎向支撐桿底端與支撐腿頂端焊接，主驅(qū)動(dòng)支撐軌道設(shè)置在水平狀L 型支架的橫向支撐桿上方。支撐腿由圓鋼加工而成，支撐上述翻身支架工字鋼梁，供主驅(qū)動(dòng)翻身；L 型支架由特質(zhì)工字鋼制作豎梁及橫梁焊接而成；主驅(qū)動(dòng)支撐軌道由加厚型鋼軌焊接在L型支架上的行走軌道，作為上述主驅(qū)動(dòng)翻身支軸的軌道。主驅(qū)動(dòng)翻身支架現(xiàn)場如圖1 所示。

3.1 吊梁安裝及刀盤拆卸吊運(yùn)

用于吊裝TBM 拆分零件的吊梁，分別安裝在TBM 暗挖隧道的頂部，對(duì)應(yīng)于兩側(cè)的拱頂位置。頂部吊耳焊接現(xiàn)場和吊梁整體布置如圖2 所示。

圖2 頂部吊耳焊接現(xiàn)場

刀盤拆卸及吊運(yùn)按照從上到下、從外圈到內(nèi)圈的順序分成7 塊進(jìn)行碳刨刨除。周邊刀塊質(zhì)量相當(dāng)，重量均為5.2t，中心塊質(zhì)量最大為52.744t。中心塊刀盤整體在洞內(nèi)拆除，風(fēng)險(xiǎn)極大，所以先拆除周邊的1～6 塊刀盤，最后拆除中間部分；拆卸后，通過運(yùn)輸裝置將整個(gè)刀盤分解運(yùn)輸出去。

3.2 盾體A、B、D 環(huán)上部分離及吊運(yùn)

（1）盾體A 環(huán)上部分離及吊運(yùn)。盾體A 環(huán)上部質(zhì)量為52.136t，最大外形尺寸為6 280mm× 4 390mm×3 305mm。運(yùn)輸通過暗挖段時(shí)，兩側(cè)最小間距6m，A 環(huán)上部最大寬度6.3m，該部分最大寬度大于兩側(cè)的最小間距。專用運(yùn)輸裝置用于運(yùn)輸盾體A 環(huán)，裝置上矩形旋轉(zhuǎn)框架順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，使其與行走底架垂直，旋轉(zhuǎn)后的矩形旋轉(zhuǎn)架寬7.2m，大于A 環(huán)寬度，然后通過4 個(gè)20t 倒鏈將A 環(huán)吊至運(yùn)輸裝置的矩形旋轉(zhuǎn)架上，再利用倒鏈掛著旋轉(zhuǎn)架的兩個(gè)對(duì)角，將其回轉(zhuǎn)90°，使其恢復(fù)原位，同時(shí)將A 環(huán)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，縮小運(yùn)輸寬度，保證A 環(huán)在暗挖段運(yùn)輸中順利通過。

（2）盾體B 環(huán)上部分離及吊運(yùn)。在盾體A 環(huán)上部拆除完成后，刨除B 環(huán)上部周邊焊縫，拆除鉸接油缸與盾體C 環(huán)之間的連接銀；B環(huán)上部質(zhì)量29t，最大外形尺寸為6 280mm× 4 390mm×2 965mm，其寬度與A 環(huán)相差無幾，可用A 環(huán)的起吊運(yùn)輸法將B 環(huán)運(yùn)出暗挖隧道。

（3）盾體D 環(huán)上部分離及吊運(yùn)。盾體A、B環(huán)上部全部吊運(yùn)完成后，D 環(huán)上部也要盡快吊出，這樣便于盾體內(nèi)附件和螺旋機(jī)的拆除；其吊運(yùn)方法同A 環(huán)上部；在盾體A、B、D 環(huán)上部拆卸過程中，將刀盤的其余部分全部拆卸并運(yùn)輸出TBM 暗挖隧道，對(duì)于內(nèi)部影響盾體拆卸的附件也要同時(shí)拆除。

3.3 螺旋機(jī)拆卸及吊運(yùn)

本工程拆卸的羅賓斯螺旋機(jī)尺寸為19m×1.4m×1.6m，重量為41t，屬于超長超重部件。用滑車上的六個(gè)倒鏈，將螺旋機(jī)及其驅(qū)動(dòng)部件分別懸掛，在節(jié)段上設(shè)置兩個(gè)吊裝點(diǎn)，水平懸掛兩根5t 倒鏈，將螺旋機(jī)向后拉出前護(hù)板，然后將其緩慢放平，使用6 個(gè)20t 倒鏈向后移動(dòng)，螺旋機(jī)后端由小車支撐，用倒鏈和小車同時(shí)將其移出盾體，然后直接從TBM 尾部運(yùn)出TBM 隧道。

3.4 主驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)支架安裝

刀盤拆除完畢后，將盾體A環(huán)與B環(huán)焊縫刨開，通過千斤頂使盾體A 環(huán)向前移動(dòng)800～850mm，盾體B、C、D 環(huán)向后移動(dòng)2 400～2 500mm，并將主驅(qū)動(dòng)器翻轉(zhuǎn)支架安裝在盾體之間的空隙中。主驅(qū)動(dòng)器翻轉(zhuǎn)支架通常包括左、右支撐架，均為反向7 型支撐，主驅(qū)動(dòng)器支撐軌道部分焊接在其橫向支撐桿上；左、右支撐架分別安裝在TBM 主驅(qū)動(dòng)器兩側(cè)，底部焊接固定在底部的預(yù)制板，左、右支撐架分別對(duì)稱焊接在左、右主驅(qū)動(dòng)器翻轉(zhuǎn)支撐軸下方，TBM 主驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)主驅(qū)動(dòng)器翻轉(zhuǎn)支撐軸都與兩個(gè)支撐框架上的主驅(qū)動(dòng)器支撐軌道接觸，并能沿主驅(qū)動(dòng)器軌道進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；翻轉(zhuǎn)支架寬度與主驅(qū)動(dòng)外徑平齊，高度在主驅(qū)動(dòng)水平中線下翻轉(zhuǎn)滾輪半徑值位置。

3.5 其他施工步驟

（1） 內(nèi)部附件拆卸及吊運(yùn)。主要包括刀盤電機(jī)、減速機(jī)、推進(jìn)油缸和人員倉的拆卸及吊運(yùn)。

（2）A 環(huán)下部的分離及吊運(yùn)。吊運(yùn)方式同上部，待其通過運(yùn)輸裝置翻轉(zhuǎn)后再運(yùn)出暗挖隧道。

（3）主驅(qū)動(dòng)分離及吊運(yùn)。用20t 倒鏈將主驅(qū)動(dòng)進(jìn)行90°倒轉(zhuǎn)，并依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行角度調(diào)整，最終將主驅(qū)動(dòng)運(yùn)出隧道。

（4）拼裝機(jī)分離及吊運(yùn)。用4 個(gè)20t 倒鏈將拼裝機(jī)吊起，割除雙臂梁H200 工字鋼支撐，并將拼裝機(jī)吊出雙臂梁，臨時(shí)存放在盾尾后部。

（5）C 環(huán)上部分離及吊運(yùn)。其起吊和運(yùn)輸方法同A 環(huán)。

（6）井支架及懸臂梁分離及吊運(yùn)。使用20t 倒鏈吊起井支架，并拆下支架與C 環(huán)之間的螺栓，然后抬起井支架，再用另一根20t 倒鏈將井支架翻轉(zhuǎn)，將其放平至運(yùn)輸車，然后使用滑軌倒鏈將兩個(gè)懸臂梁分別吊到運(yùn)輸裝置的矩形旋轉(zhuǎn)架上。

（7）C、D、B 環(huán)下部分離及吊運(yùn)。其分離及吊運(yùn)方法同A 環(huán)上部。

（8）臺(tái)車及后配套分離及吊運(yùn)。臺(tái)車和備用零件的分離與轉(zhuǎn)運(yùn)直接進(jìn)行，臺(tái)車分離與盾體拆卸同步作業(yè)、互不干擾。臺(tái)車運(yùn)輸?shù)跹b完成后將連接橋運(yùn)輸至始發(fā)井，按連接橋后半部、前半部的順序進(jìn)行分離吊裝。

（1）洞內(nèi)拆卸TBM 法將拆機(jī)作業(yè)與車站施工同時(shí)進(jìn)行、互不影響；在工期很緊的情況下可大大縮短時(shí)間，確保TBM 施工在計(jì)劃時(shí)間內(nèi)完成。

（2）吊運(yùn)裝置采用特殊吊梁，通過錨索張拉工裝，盾體拱頂安裝行走滑輪，并配制專門的運(yùn)輸裝置實(shí)施洞內(nèi)拆卸，解決了洞內(nèi)大型設(shè)備無法操作時(shí)也能快速方便地對(duì)TBM 進(jìn)行拆卸及吊運(yùn)，使洞內(nèi)拆機(jī)與井口拆機(jī)的效果相媲美。整機(jī)完備性良好，拆卸后的TBM 可重新組裝繼續(xù)使用，解決了現(xiàn)有洞內(nèi)TBM 拆卸后整機(jī)完備性差的問題，避免了后期TBM 修復(fù)成本過高。

（3）切割后的TBM 采用特殊吊裝工具吊運(yùn)，并通過專門運(yùn)輸裝置運(yùn)輸。該運(yùn)輸裝置的上支架可旋轉(zhuǎn)，能將尺寸大于洞內(nèi)凈空尺寸的超寬TBM部件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，使其順利運(yùn)出TBM 暗挖隧道，減少了TBM 分切和運(yùn)輸成本。

TBM 洞內(nèi)拆卸和運(yùn)輸技術(shù)妥善解決了在工期緊迫，TBM 設(shè)備無法順利到達(dá)接收井進(jìn)行常規(guī)拆裝，以及作業(yè)環(huán)境和空間受限下洞內(nèi)拆卸的問題。該方法安全可靠，拆卸后的TBM 可重新拼裝繼續(xù)使用，最重要的是縮短了TBM 施工工期，使整個(gè)項(xiàng)目工期得到保障。