抽水蓄能電站TBM轉場吊運技術研究

潘福營，王 凱，何萬成，曹明飛，陶仁太，劉傳軍，游青松，郭 瑞

（1.國網新源控股有限公司，北京 100000；2.中鐵工程裝備集團技術服務有限公司，河南 鄭州 450000）

世界首臺超小轉彎半徑硬巖掘進機，應用于抽水蓄能電站地下洞室開挖，為工程的設計、施工和建設管理注入了新理念。TBM 重量大、設備工藝復雜及裝配涉及方面廣（含液壓、電氣、機械及特種作業等）、吊裝難度大、整機零部件多、施工安全質量責任重。尤其在有限的地下洞室內，更增加了拆裝、吊裝和轉運的難度。

1 工程概況

中鐵776 號TBM 掘進段開挖直徑?3.53m。上層排水廊道掘進完成后洞內拆機轉場至中層排水廊道洞內組裝繼續施工，TBM 總掘進里程約為2 334m。TBM 開挖路線詳見圖1、圖2 所示。

1.1 設備簡介

TBM 刀盤開挖直徑3.53m，整機長37m，總重約250t，水平最小轉彎半徑30m，縱向爬坡能力土5%，裝機功率1 452kW，采用了V 型推進系統、超小曲率半徑皮帶機、一體式皮帶機等設計技術。主機全長7m，包括刀盤、主驅動、盾體、推進油缸、撐靴、主機皮帶機等，主機區域負責TBM 開挖、開挖方向的調整執行、設備的支撐推進、刀盤渣料的運輸傳導等功能；后配套全長30m，包括高壓變配電設備、風筒延伸、吊機、控制柜、空氣壓縮系統、污水箱、供水管延伸系統等。主要結構重量、尺寸規格如表1 所示。

表1 主要結構重量、尺寸規格

1.2 設備組裝門式起重機性能

根據主機的主要結構重量，通過施工工藝、工序、經濟性分析，在現有洞室條件下選用MHII32t-5.5m 門式起重機作為安裝的起重機具，其最大起重量為32×1.25=40t。最重的支撐盾部分，將內部部件拆除后，可滿足吊裝要求。

2 TBM上層拆機、轉運和中層裝機流程

2.1 上層拆機現場及中層大型部件存放場地布置

圖1 TBM開挖路線圖

圖2 TBM開挖路線圖

洞內場地有限，需先拆主機部分并轉運后再拖出后配套組件拆除，主機部件存放也需預先規劃好區域（圖3）。

2.2 TBM轉場順序

根據階段性拆機進度計劃和場地存放計劃，制定TBM 各部件的轉場順序，避免場地的堵塞，給拆機施工造成交通不順而影響拆機進度。具體轉場順序如下：1#滑車→支撐盾及組件→驅動箱及組件→推進油缸→刀盤及組件→2#滑車→3#滑車→4#滑車→5#滑車→操作室。

由于TBM 拆機場地小，缺乏存放場地，發運順序及時間間隔對現場的拆機進度影響較大，上層場地拆機轉運順序必須要與中層組裝順序緊密結合，嚴格控制好拆機轉運順序及時間間隔。

2.3 中層排水廊道組裝流程

TBM 總體組裝按照從前到后的順序，具體順序如圖4 所示。組裝必須按照其各部件的安裝順序依次進行，避免出現順序錯亂導致返工，影響進度和組裝質量。主機組裝完成并步進至始發洞口后，將滑車和設備橋用門式起重機依次吊運至主機后部組裝連接。最后進行管線連接，設備調試。

2.4 運輸難點

TBM 拆機洞位于廠房上層排水廊道，長33m、凈寬7.5m、凈空高度8m、廊道7m。洞內安裝MHII32t-5.5m、H=5.5m 門式起重機，門式起重機跨度5.5m，有效提升高度5.3m，洞內運輸路線90°轉彎，步進洞室與交通洞交叉口進行3m×3m×6m（長×寬×高）的倒角處理，方便車輛進出。采用長度12m、板高0.9m 的平板車進行運輸，如圖5 所示。

3 上層拆除和中層組裝過程中關鍵技術

3.1 上層刀盤的拆除

圖3 TBM主機拆除場地布置圖

圖4 組裝流程

圖5 倒角及轉彎模擬圖

拆除刀盤螺栓前，預先將吊車吊鉤與焊接好的刀盤吊耳連接好，調節吊車位置和吊鉤高度使鋼絲繩處于垂直張緊狀態。用手拉葫蘆掛住刀盤左右兩側下部，去除所有連接螺栓，通過門式起重機和兩側手拉葫蘆，將刀盤緩慢的和連接環完全脫離。再用門式起重機將刀盤轉移，翻身放倒，下部用方木墊襯抬離地面。刀盤法蘭與轉接環連接O 型圈要求保護好。

3.2 中層排水廊道刀盤的組裝

準備好刀盤連接螺栓及組裝工具，拆除所有刀盤螺栓孔保護帽，對刀盤進行翻身操作，將刀盤吊運至安裝位置，待刀盤穩定后，緩緩將刀盤插入前盾，將螺栓孔精確對位后，連接刀盤連接螺栓并緊固。

刀盤法蘭與轉接環連接時，提前固定好O 型圈。組裝螺栓時，應先對稱組裝4個（上下左右各一）。擰緊4 個螺栓（預緊扭矩為最終扭矩的1/2）后，再以同樣的扭矩對稱組裝其他螺栓，最后依次對稱循環完成所有的螺栓最終扭矩預緊。

3.3 主驅動吊裝鋼絲繩吊裝計算

驅動箱重量約32t，吊鉤與鋼絲繩重量約1t，吊車最大起重量為32t，吊裝前拆解驅動箱部件，控制物件和索具總重不超過32t。

式中Q——總負載，Q=32t+1t=33t，取允許吊裝值32t；

P——主吊鋼絲繩受力；

α——鋼絲繩水平夾角，α=65°；

K——動載荷系數，取K=1.1。

即P=QK/（4sin65°）=9.7t

?47.5mm 鋼絲繩單根實際破斷力S破=143t（查表2 可得）。

鋼絲繩安全系數工作[K]=S破/P=14.7

[K]=14.7>8 滿足吊裝規范要求（用于吊索的鋼絲繩安全系數不小于8），即?47.5mm 鋼絲繩滿足吊裝需求，因此選用?47.5 鋼絲繩作為主吊鋼絲繩。

表2 鋼絲繩性能參數表

配備：4 副?47.5mm 鋼絲繩3m；4 個卸扣采用配套55t 級合金鋼。

3.4 主驅動吊裝

主驅動由于吊裝高度限制，采用1 個85t 的卸扣和?47.5mm長度L=3000mm的鋼絲繩吊裝。主驅動吊裝如圖6 所示。

圖6 主驅動吊裝圖

3.5 主驅動翻身

主驅動（不含電機）重約32t，主驅動拆除后需要翻轉至水平位置，下部用方木墊襯抬離地面。主驅動拆除后，底部放置在250mm 的枕木上面，吊鉤慢速下降過程中緩慢移動大車，使鋼絲繩基本處于垂直的狀態，確保主驅動不滑動，最終使與刀盤連接面水平向下為止。翻轉步驟如圖7 所示。

圖7 主驅動翻身

3.6 主驅動減速機、電機安裝

先用吊車將減速機和電機組裝好，在其前后兩端分別用吊帶和倒鏈掛在吊鉤上，吊起后用倒鏈進行調平，緩慢移至安裝位置，再用倒鏈進行調整對齊螺栓孔，螺栓上涂防緊固膠后，穿進螺栓擰緊。

3.7 支撐盾安裝

支撐盾吊裝前徹底地清理所有的孔和加工面并去毛刺、銹跡，并用清洗劑進行清潔；利用方木作為襯墊，進行支撐盾用橫向往縱向進行翻身；吊裝到步進架上，通過推進油缸與前部盾體連接，推進油缸安裝按照先下后上一左一右的順序進行安裝；最后用吊帶將撐靴油缸倒運到盾體內部，連接左右撐靴。

3.8 滑車/設備橋的安裝

滑車安放前下部需鋪設H300 型鋼，如圖8所示。用門式起重機將1#～4#滑車和設備橋按順序吊起，放在H300 型鋼上面依次連接。將滑車吊離地面100mm后，懸停5min，檢查繩扣、地面、起重機是否完好，待確認吊裝設備正常，滑車平衡后方可進行下一步吊裝作業。用風繩調整拖車姿態，使滑車準確落在型鋼上。設備橋安放前需鋪設軌道，軌面高度H=500mm，內軌距B=900mm，如圖9 所示。連接后配套與主機、臺車間管線。

圖8 1#～4#滑車吊裝

圖9 設備橋吊裝

3.9 整機調試

整機調試分空載調試和負載調試，空載調試完成后，在試掘進階段進行負載調試。空載調試順序如下。

1）電氣系統 電氣系統上電采用先高壓、再動力、后控制的順序，依次檢查各高壓柜帶電指示是否正常，確認供電電壓是否正常。送電順序按照各級電壓等級從上到下，依次合閘，且送斷電操作必須有持證電工作業。

2）動力啟動 電氣系統確認無誤后，進行液壓管路、閥組的檢查，確保無誤。依次啟動各泵站，觀察運行情況，是否為空載運行狀態。啟動各附屬設備，檢查空載運行情況。

3）聯動調試 各系統運行起來后，根據程序設計的相互聯動、聯鎖功能依次進行實驗檢測，確認各項聯鎖、安全系統是否滿足設計要求。

4）功能調試（負載試驗）整機調試分為空載調試和負載調試，空載調試完成后，在試掘進階段進行負載調試，負載調試按照掘進時設備氣動運行順序進行試驗測試。

4 結語

本文介紹的洞內拆機作業流程合理選擇了吊裝形式，制定了規范的洞內拆機工藝，解決了空間條件有限、吊裝及水平運輸困難的技術難題，較大程度上縮短了工期，降低了施工成本，創造了可觀的經濟效益和社會效益，能為類似工程提供借鑒及指導。