TBM洞內滑軌式步進施工技術

鐘 汶 均，　吳　濤，　徐 曼 玲,　焦 永 春

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第九支隊，四川 成都　611130；2.中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，重慶　401320；3.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都　611130)

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TBM洞內滑軌式步進施工技術

鐘 汶 均1，吳濤2，徐 曼 玲2,焦 永 春3

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第九支隊，四川 成都611130；2.中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，重慶401320；3.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都611130)

以西藏旁多水利樞紐灌溉輸水洞開敞式TBM為例，介紹了TBM預埋滑軌步進原理、工作流程、步進中遇到的問題及采取的措施與對策，最終實現了TBM安全、快速、經濟的步進施工。

旁多水利樞紐；開敞式TBM；滑軌式步進

TBM(Full Face Rock Tunnel Boring Machine)為全斷面隧道掘進機的簡稱，較傳統鉆爆方式在長隧道施工中具有無可比擬的優越性能，其將會得到愈來愈廣泛的運用。TBM組裝、調試完成后，整機步入始發洞實現掘進的過程為步進施工，其步進的快慢直接影響到TBM功能的發揮。國內近年來所運用的TBM其步進施工技術根據各自組裝、步進條件主要采取以下幾種類型：(1)洞內組裝，油缸推進+弧形滑道+局部滑行支撐架的步進方式；(2)洞內組裝，電機驅動+整體支撐托架的步進方式；(3)洞外組裝，油缸推進+軌道滾輪小車定位、支撐的步進方式。筆者介紹了西藏旁多水利樞紐灌溉輸水洞采用洞內組裝、油缸推進+預埋滑軌及防偏方式步進取得了較好的效果。

1　工程概況

旁多水利樞紐工程地處拉薩河中游河段，是拉薩河干流水電梯級開發的龍頭水庫，工程開發以灌溉、發電為主，兼顧防洪及供水。工程區全線位于海拔4 000 m以上，被譽為“西藏三峽”。該工程灌溉輸水洞為無壓隧洞，主洞全長16.827 km，縱坡1‰，其中主洞中間段的9.96 km選用德國海瑞克公司生產的開敞式TBM，開挖直徑為4 m，設備總長為190.5 m，整機重量約450 t。

設備在#2支洞(主洞與外界的通道)與主洞交叉段的組裝洞進行組裝。由于該處的地質條件無法滿足就地始發要求，遂將始發位置由設備組裝洞端部向前方調整，最終TBM需要步進150 m，屬于近距離步進。

2　步進原理

主機部分的重心施壓主要集中于前部刀盤及護盾，后部為后支腿支撐，其底部均為弧面。步進段采用弧形混凝土底板，弧形面使TBM姿態穩定，不產生橫向翻滾并提供導向約束，促使TBM沿弧形中心線方向前行。在底板弧形面設置滑軌，從而有效地減少了主機端步進摩擦阻力。

TBM的步進使用兩組步進油缸(25 t×4，行程1.2 m)，以焊接在滑軌道上的推力支座的反作用力推動整機向前步進。由于步進油缸的總推力大于整機與軌道間的摩擦阻力，故在推進油缸的作用下實現TBM沿滑軌向前步進。

3　TBM步進方案及流程

3.1步進段土建施工

圖1　步進洞示意圖

步進洞設置于TBM組裝洞靠始發位置側，要求洞室開挖及混凝土弧形底板必須在TBM組裝之前完成。根據方案設計，步進洞采用城門洞形，成型尺寸為5 m×5 m，底板采用50 cm厚C25混凝土，其中間在弧形面45°位置預埋了兩根滑軌，滑軌采用I40工字鋼，外露底板混凝土弧形面高約2～3 cm，兩側底板與弧形面混凝土同步施工，一次性成型。步進洞結構及滑軌斷面見圖1、2。

圖2　步進洞底板滑軌斷面圖

3.2步進前的準備

步進前的準備工作具體為：

(1)盾體與后支撐間連接。采用DYWIDAG張緊拉桿將盾體和后支撐連接固定，防止在推進裝置和后支撐間出現張緊力的作用。

(2)后支撐安裝滑靴。在后支撐的底部支撐腳處安裝滑靴，實現滑靴在預埋滑軌上跟進，以減少主機后側施壓端與地面的摩擦阻力。

(3)安裝推進裝置。推力架安裝于底護盾后面、焊接在預埋滑軌上，用于支撐液壓油缸，推進盾體前行。液壓動力由TBM液壓動力系統提供。

在完成以上3個步驟后即可以進行第一個步進行程(圖3)。

圖3　步進機結構示意圖

3.3步進施工

在推力支座支撐推力下，步進油缸將盾體推向始發洞。油缸由比例閥控制，在完成第一個油缸行程后，收回油缸；在已收回的油缸的間隙處放置一塊長度為1.1 m的鋼結構間隔塊，油缸頂緊中間支撐，繼續推動盾體步進；在完成第二個行程后，收回油缸，將間隔塊向后推至與推力支架相接，在步進油缸和間隔塊的軌道上放置長度為1 m的圓柱支撐，油缸頂緊中間支撐，繼續推動盾體步進；在完成第三個行程后，將1 m長的圓柱支撐取出，更換成長度為2 m的圓柱支撐，步進完成第四個行程。由此方式重復第三、第四個行程直至推力支座達到后支腿滑靴處。綜上所述，每焊接一次推力支座可以完成六次步進行程，實現總推進達6 m。為防止圓柱支撐滑動，可將其點焊到軌道和間隔塊上。

在完成一個步進循環后，將推力支座切割，焊接至下一個步進循環支座處；將滑軌上原推力支座及固定圓柱支撐的焊點磨平，以便于后面后支腿滑靴和滑橇臺車的通過。推進期間，在滑軌上涂抹潤滑油脂，很大程度上能夠減小摩擦阻力。

當撐靴位置進入始發洞、撐緊在邊墻上時，調整主機使其處于掘進姿態，此時，所有的步進設備可以拆除。

4　步進中遇到的問題及采取的對策

(1)TBM主機出現偏斜。偏斜原因分析：一方面是由于弧形面及滑軌施工測量定位偏差，兩側滑軌高差過大；另一方面是因為設備自身重心不居中；另外，還存在后配套臺車的影響。為滿足步進需要，在現場采取了必要的防偏、糾偏措施：①滑橇防偏，在刀盤護盾及后支腿偏斜一側焊接防偏滑橇，支撐于步進洞水平底板，防止主機跑偏；②撐靴調偏，主機偏斜一側，在撐靴與墻壁間

隙墊木方，通過撐靴的支撐作用力實現調偏；③輔助調偏，兩側步進油缸調整伸長差以及后支腿偏斜方向一側的支撐千斤頂等方式調偏。

(2)摩擦阻力大影響步進速度。經分析，摩擦阻力大是由多因素引起的，主要為：①受刀盤側重力作用造成預埋滑軌變形而導致接觸面混凝土摩擦力增加；②防偏、糾偏措施增加了步進阻力；③受后配套1-5#臺車影響。為實現步進要求，首先，在滑軌面焊接鋼板以增加厚度，并在阻力較大的接觸面涂抹潤滑脂；其次，設置后配套拖拉油缸，主要方式為首先主機步進，后配套拖拉油缸伸出，后配套不動；而后，主機不動，后配套拖拉油缸收回，牽引后配套前行。該方案極大地解決了主機與后配套步進阻力疊加的問題，收到了較好的效果。

5　結　語

該工程為小直徑、近距離TBM步進，現場采用預埋滑軌+油缸推進的步進方案并結合步進過程中所遇到的問題進行了分析、處置，最終實現了TBM安全、快速、經濟的步進施工，所取得的經驗希望能為類似條件的TBM步進施工提供參考。

(責任編輯：李燕輝)

2016-07-12

TV554;TV52;TV554+.2

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1001-2184(2016)04-0027-02

鐘汶均(1978-)，男，四川南充人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

吳濤(1983-)，男，四川成都人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

徐曼玲(1982-)，女，天津市人，工程師，碩士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

焦永春(1986-),男，青海西寧人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.