双护盾TBM施工技术浅析

双护盾TBM施工技术浅析

潘杰

中国水利水电第十工程局有限公司机电安装分局四川成都611830

摘要：全断面隧道掘进机（TBM）施工法是一种先进的隧道施工方法，相对于传统的施工方法，具有快速、经济、安全、环保等优点，在交通、水利等众多领域得到越来越广泛的运用。作为日渐推广的技术，如何充分发挥设备和系统优势，提高生产效率，需要在实践中不断地总结和提高。本文通过厄瓜多尔CCS项目双护盾TBM的成功应用实例为背景，对TBM施工环节中影响生产效率的重要环节进行归纳，为同类型TBM施工提供借鉴和参考。

关键词：TBM；施工；效率

1、引言

厄瓜多尔CCS项目输水隧洞工程，全长约24.83KM，采用两台德国海瑞克（HK）双护盾隧道掘进机（简称TBM）开挖，开挖洞径9.11米。单台设备总重量约为2028吨，配置扩挖刀，最大扩挖直径为9.30米。输水隧洞掘进进度安全快速推进，最高单月掘进超千米，为厄瓜多尔最大的水电项目顺利投产奠定了基础。

2、TBM施工环节

提高TBM施工环节的生产效率，通常从设备到货前就开始规划和考虑，贯穿从设备组装、滑行、掘进到拆机的全过程。

2.1TBM组装

2.1.1场地规划

因TBM设备技术复杂，结构精密，而且重量和体积超常规，设备组件数量众多，百吨左右的大件不在少数，在设备组装前需做系统性的精心准备。其中，因TBM安装场地（TBM广场）在施工准备期既是设备堆放场、安装场，也是TBM始发滑行地，后期是生产运行调度、设备加工和修理、轨道运输中转以及通风和出渣系统的场地。因此，场地准备是否充分、考虑是否周全会直接影响安装效率，尤其需要得到重视。

在尽可能保障后期生产所需要的设施（如加工车间等）施工的同时，安装场地准备需注意：

TBM组装位置尽量放在离洞口近的地方并顺着洞轴线的方向延伸，减少TBM在安装位置到正式入洞的距离，可以有效的缩短滑行时间，以达到缩短工期的目的。因为在前期滑行阶段，TBM非正常工作循环运行，管片及材料运输都不是正常运输，其余相关的辅助工作都会制约了滑行速度。

在TBM零部件到达广场时，分为主机和后配套台车两部分进行规划：

首先，在靠近洞口附近确定了刀盘位置以后，根据护盾的长度和焊缝位置来确定护盾组装位置和焊接槽位置。为减小在滑行阶段阻力，可以在弧形滑槽安装滑轨。主机的零部件到达广场时，依照机器的从下到上组装顺序摆放为由近到远。先用近放，后用远方的原则堆放，在堆放时需预留汽车吊摆放时需要的距离。

后配套部分的零部件根据现场情况，尽可能把左右两侧的底部台车按左右和前后顺序堆放在组装线两侧，同时需预留汽车吊的摆放位置；顶层结构稍远，减少现场倒运的次数，提升组装效率。

2.1.2TBM组装

主机部分结构复杂，安装过程严格按照产品技术要求和预先制定的安装方案进行，在此不详述。在做好各项准备工作的情况下，可以明显提高安装效率。

后配套部分依照台车上设备的重要程度确定台车组装的先后顺序，先进行TBM提供液压动力、供电、控制，其次进行喷灌和其余功能的台车。在组装过程中，尽量从下往上进行组装，把下部重量较大需使用吊车或体积过大不利于安装的设备先进行安装，在每节台车组装好之后，通过牵引把台车之间连接起来；最后进行电缆、油管、水管、风管和风筒安装连接。

2.2TBM滑行

滑行过程中，TBM处于非正常运行状态，受到很多条件的限制，在做好各项准备（包括TBM的自身条件以及所需要的外界条件）工作后，需要做到稳、慢、安全、连续滑行的效果，这样才能保证TBM顺利快速到达掌子面。

2.3TBM掘进

掘进期是直接效益回报期，科学的生产调度安排，是提高生产效率的重要保障。洞内TBM施工所需的所有材料，如管片、豆砾石、砂浆以及随着掘进不断延伸的轨道材料、风筒、电缆等都需要依靠火车运输，单车道轨道和TBM内部停车空间是生产效率提高的主要制约因素之一。而且，TBM高速掘进时，所需要的设备材料需求不均衡，如管片需求和砂浆、豆砾石需求的不均衡，经常让TBM停机待料。认真研究TBM实时需求，合理安排火车发运时间和每节车箱装载材料甚至各种材料装载部位，是提高掘进效率的重要因素。

3、设备维护保养

由于TBM施工周期长，地质条件复杂，设备精密复杂且运行工况恶劣，各种预料之外的状况时有发生。而长距离隧洞内施工，每一个环节发生故障，每一个意外情况的发生，都可能引起TBM长时间停机，造成生产效率下降，甚至引发安全事故。因此，实际施工过程中，除开对设备正确操作、正确应对不同地质条件外，需要尽可能让全系统设备处于良好工况状态，而设备工况取决于维护保养，日常设备维护状况决定了生产效率的高低。通常，轨道维护、刀盘刀具维护、皮带系统维护、电气维护、液压系统维护是主要维护内容。根据实际施工数据记录分析，对常规掘进效率影响最大的有如下几项：

3.1轨道维护保养

火车轨道安装和维护工作技术含量低，却是TBM生产的生命线，是所有材料物资和人员运输的保障。实际施工过程中，由于洞内涌水、泥沙淤积、螺栓松动等因素，火车跳轨的事故时有发生。由于洞内环境狭窄，救援条件差，通常发生火车跳轨事故后，都需要较长时间才能恢复，不仅影响正常生产，严重时还会影响洞内作业人员交接班和餐饭运送，对作业人员士气影响很大。经过对一些类似工程TBM掘进数据的分析，个别工程因火车跳轨影响掘进占比达到50%以上，极端的达到70%。因此，重视轨道安装质量，建立健全轨道巡检制度以及对发生跳轨后的快速反应是保障快速掘进的重要环节。

3.2刀具更换

每日维护过程中，刀具更换通常是耗时最长的维护工作。由于TBM掘进时依靠刀盘转动使刀具直接对岩石的产生切削作用，刀盘刀具所承受的压力极大，工况条件最差，刀圈很容易产生磨损、偏磨甚至损，需及时更换刀具。另外，如发现刀圈的刀刃破损严重、转动轴承坏掉、密封润滑油泄露等情况，刀具也需要及时进行更换，否则会加重相邻刀具切削岩石的负荷，不仅影响TBM的正常掘进，而且还会影响到与其相邻刀具的正常使用，造成刀具连锁性大量破损。根据具体的掘进状况，及时、合理地进行刀盘清理、刀具更换，是保障高效掘进的重要措施。

3.3皮带系统维护保养

TBM配套皮带出渣系统，其高效的出渣效率、良好的环保性能、低廉的维护成本在TBM施工作业中都起到至关重要的作用。实际施工过程中，因皮带系统持续运行时间长，易产生过度的应力、磨损、腐蚀、老化等问题。尤其在具有转弯段的隧洞施工中，皮带易受拉力不均的影响产生跑偏和掉渣现象，严重时会引起轨道交通阻塞和皮带架垮塌。长距离的连续皮带机出渣对系统可靠性提出了很高的要求，为了提高其可靠性，必须对皮带进行定期和不定期的维护保养。皮带系统维护保养主要包括各子系统的维护保养，即驱动装置、张紧机构、皮带存储机构、皮带表面及关键部位的维护保养。

4、结语

因TBM系统庞大复杂，系统性强，不同机型、不同地质条件下的TBM施工都有其特殊性，都会因各种原因在众多环节上影响生产效率。从设备到场前期准备开始着手，周密安排，统筹规划，密切关注生产环节的衔接，注重对各种数据的统计分析，是提高TBM生产管理水平进而提升实际施工效率的有效途径。

参考文献

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[2]李秀卿，陈述林，马广平.双护盾TBM施工技术与监理工作实践[J].水电工程技术.2012（2）.

[3]杨杰.关于双护盾TBM卡机处理施工技术研究[J].科技资讯.2016（16）.