敞開式TBM掘進途中主軸承更換方案研究

姜金言，姜彬，田野

（1.青島市地鐵十三號線有限公司，山東 青島 266555；2.蘭州交通大學土木工程學院，甘肅 蘭州 730070）

敞開式TBM掘進途中主軸承更換方案研究

姜金言1,2，姜彬1，田野1

（1.青島市地鐵十三號線有限公司，山東 青島 266555；2.蘭州交通大學土木工程學院，甘肅 蘭州 730070）

TBM在我國隧道施工中應用已有二十幾年，其中出現過TBM主軸承故障導致工程工期延誤的案例。文章從TBM掘進施工途中主軸承損壞被迫更換的實際出發，系統闡述了主軸承更換的總體土建方案及換裝作業順序，著重介紹了刀盤固定、主軸承運輸、換裝作業等，對今后TBM施工途中主軸承發生故障時更換與處理節省時間具有一定的指導意義。

敞開式TBM；主軸承；更換方案

主軸承是全斷面硬巖掘進機（TBM）最核心的部件。掘進過程中主軸承損壞并被迫更換是任何施工單位都不愿意碰到的。在我國隧道TBM施工的工程實踐過程中，發生了多起掘進途中主軸承損壞被迫更換事故。如遼寧大伙房輸水一期工程三臺TBM，蘭渝鐵路工程TBM左線等。TBM制造商提供的更換方案過于繁雜且實施成本過高。本文以某工程敞開式TBM連續皮帶機出渣施工、同步模筑襯砌工程為例，從方案的土建布置及換裝作業順序的角度出發，研究TBM掘進途中主軸承的更換方案，以期對今后工程實踐遇到類似問題能有一定的指導和借鑒意義。

1 工程概況、換裝作業難點及準備

1.1 工程概況

某工程采用敞開式硬巖TBM掘進機+連續皮帶機出渣+同步模筑襯砌模式施工，掘進中途主軸承損壞需要更換。

1.2 換裝作業難點及準備

根據工程特點及掘進機實際情況，研究部署更換總體方案，確定更換作業的重點及難點，做好重點難點解決措施，排除不確定性因素，整體方案中主軸承運輸、刀盤固定、換裝作業順序為整體換裝作業的難點。為順利完成換裝作業，針對機器特性，確定主軸承運輸、刀盤固定、更換作業的具體步驟及相關參數。

2 更換總體方案

2.1 制造商換裝方案

國內TBM施工過程中遇到主軸承故障問題時，首先會咨詢制造廠商的建議方案，制造商往往會提供一些比較保守的方案，制造商建議方案一般要求在刀盤及附近區域做擴大洞室，安裝行吊，拆卸吊裝。這種方案不但施做繁瑣，而且一般花費時間較多，不只是浪費資金，更對總工期不利。

2.2 換裝方案

在掘進機后方保證一定的安全距離處（一般20m左右）施做換裝作業洞室和主軸承暫存洞室，主軸承首先運輸到暫存洞室暫時儲存，把刀盤固定在掌子面，然后掘進機整體后退使刀盤脫離掘進機，主機及后配套整體后退至換洞室后方，進行換裝作業，而后步進至掌子面與刀盤對接、調試，完成更換作業。總體方案示意圖如圖1。

圖1 總體方案示意圖

3 具體實施方案

3.1 刀盤的固定

刀盤固定的目的是為了確保刀盤順利與主軸承脫離，等主軸承更換完后，能夠保證刀盤順利與主軸承對接安裝。防止刀盤拆卸過程中產生下沉和移位，采取四點鎖定、三點支撐的總體固定方法，刀盤底部采用加墊板方式固定防止刀盤下沉，見圖2（a）使用φ22砂漿錨桿進行鎖定防止刀盤縱向產生偏移，見圖2（b）。

3.2 主軸承洞內運輸方案

圖2 刀盤加固示意圖

圖3 運輸圖

主軸承在洞外利用龍門吊吊裝至按照刀盤運輸而特別改制的有軌板車上，然后運至洞內。內燃機車牽引依次通過襯砌臺車、通風機支架及皮帶機主驅動平臺等。

3.2.1 主軸承運輸板車設計

由于主軸承直徑較大，主軸承的運輸必須特別設計運輸平板車。運輸平板車由兩個平板車并列組裝制作而成，一平板車為主動平板車，一平板車為從動平板車，主動平板車與從動平板車通過固定在主軸承支撐架下的滾子左右移動，機車推主動平板車向前行進，主軸承通過滾子帶著從動平板車向前行進。

3.2.2 主軸承通過襯砌臺車

在采用同步襯砌的施工工程中，當主軸承運輸通過襯砌臺車位置時，為便于主軸承洞內運輸，并且不用拆除洞內襯砌臺車，在襯砌臺車附近、施做專用避車洞，避車洞尺寸以滿足容納主軸承專用運輸平板車為準。避車洞與主洞夾角必須滿足不小于有軌運輸線路最小轉彎半徑。

具體方法如下：在襯砌臺車后方，運輸線路一側開挖臨時洞室，機車運輸主軸承至臺車附近時，先行進入臨時避讓洞室，然后推動襯砌臺車退至臨時避讓洞室后面，主軸承退出臨時避讓洞室繼續前行，如次通過所有臺車。見運輸圖3（a）、圖3（b）、圖3（c）。

3.2.3 主軸承通過風機及皮帶機主驅動平臺

通過風機支架及皮帶機主驅動平臺時，將現有的橫梁通道用工字鋼加寬，并增加臨時立柱，將原有的立柱支撐去掉，以滿足新軸承通行空間要求。

3.3 換裝洞室施工方案

3.3.1 洞室施工

換裝洞室在掘進機尾拖板后方20m安全距離處開挖，換裝洞室尺寸以掘進機開挖直徑合理確定參見圖4換裝洞室示意圖。儲藏洞參考避讓洞室尺寸開挖。

圖4 換裝洞室示意圖

3.3.2 吊點布設

參考掘進機廠家提供的國外工地主軸承更換實例，在預括挖洞洞頂布置兩根滑軌以進行更換作業。換裝洞室內吊點為雙滑軌形式設置，滑軌間距2～3m，軌長長度不宜小于25m，滑軌兩側每隔1m設置2根錨桿，長度4.5m，錨桿頭部與滑軌上翼板采用螺栓連接，并加強補焊，圖5為換裝作業布置圖，圖6為錨桿布設圖。

圖5 換裝作業布置圖

圖6 錨桿布設圖

圖7 換裝作業示意圖

3.3.3 換裝作業順序及流程

當新軸承運輸到位后，新舊軸承更換作業的空間順序按圖7（a）、圖7（b）、圖7（c）、圖7（d）所示進行。

換裝作業流程：刀盤固定—刀盤主軸承分離—主機退后一段距離—拆除相應部件（護盾、密封驅動等— 拆主軸承—安裝新主軸承—安裝相應部件—向前步進—對接、安裝刀盤。

4 結語

長大隧道TBM施工途中，需要時刻注意主軸承的潤滑保養，避免因保養原因造成的主軸承損壞。只要在施工過程中對主軸承密封系統進行正常保養，主軸承損壞概率可極小甚至不存在。本文旨在為以后施工生產中遇到被迫更換TBM主軸承時的總體方案及作業流程進行探討，為今后遇到類似問題以借鑒。

[1]水利部科技推廣中心.全斷面硬巖掘進機.（TBM）[M]北京：石油工業出版社,2005.

[2]唐與，吳慶山，韓志遠.支撐式TBM掘進中途.的主軸承更換及處理[J].現代隧道技術，2009,46（1）.

[3]王彥軍.TBM主軸承故障成因分析及維保技術[J].國防交通工程與技術，2011（2）.

U455.31

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