基于单护盾的复合式TBM施工工法.pdf
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1、基于单护盾的复合式TBM施工工法序 言目前,国内的地铁隧道施工,大多采用的是盾构机施工,而在重庆地区也是 如此,采用基于单护盾的复合式TBM进行地铁隧道施工尚属首次。重庆地铁轨道交通六号线二期铜锣山隧道进口段采用两台罗宾斯公司生产的 RM242-12000-355/356型基于单护盾的复合式隧道掘进机进行施工,单护盾型 TBM在地铁隧道中的尝试,改变了过去单纯依靠盾构机进行地铁隧道施工的模 式,丰富了地铁隧道施工的手段和方法,为进一步探索地铁隧道施工模式积累了 经验。本工法是在铜锣山隧道基于单护盾的复合式TBM的施工经验的基础上总结 而成的,在叙述中多处引用了该隧道施工中的一些具体情况。第一节
2、基于单护盾的复合式隧道掘进机基于单护盾的复合式隧道掘进机(以下简称TBM 是由罗宾斯公司在单护盾 的基础上根据重庆的具体地质情况改进而来,该设备及机械、电气、液压三大系 统于一体,采用先进的PLC控制系统进行控制,通过操作室中的触摸屏以及操 作台实现对整个机器的监测和控制。同时配备激光导向系统,管片安装、豆粒石 及注浆系统、瓦斯及有害气体检测系统、视频监控系统等。同步完成管片安装,豆砾石回填及注浆等隧道支护作业,具有安全、快速、高效、环保的特点。一、TBM构造该设备是隧道施工施工的成套设备,刀盘直径6.28米,整机厂100.5米,由 主机、后配套及附属设备组成(见图1T,各部分分别由相应的电气
3、、液压系 统控制并完成相应的动作及实现相应的功能。1.1主机:由刀盘、前盾、中盾、尾盾、液压泵站、主驱动系统、推进系统、前校接系统、后较接系统、防偏环系统、管片安装器、主机皮带、服务梁及管片 吊机系统组成。完成TBM的掘进、调向、管片安装、出渣等作业,是整台设备的 核心。1.2后配套:由9节后配套台车、转渣皮带机、操作室、主变压器、辅助变 压器、润滑泵站、主电柜、注脂系统、注浆系统、豆砾石系统、空压机、供水系 统、排水系统、通风系统、除尘系统、应急发电机等组成,完成向主机供电、注 脂、主机润滑、注浆、豆砾石回填、通风、除尘、出渣等作业。1.3附属设备:10KV高压电缆、直径1200mm的软风筒
4、、直径80mm进水和问 水管、通风机、电瓶机车、龙门吊、充电间等。图1-1 RM242-12000-355&3556掘进机结构示意二、TBM适用范围适用于软岩及中等硬度岩石的隧道施工。三、TBM施工劳动组织TBM施工的特点是各个环节的连续性,在施工过程中,与TBM施工相关的 其他各个环节必须同步运转,任何一个环节的滞后都会导致TBM停机,这就要 求施工组织必须严密。TBM施工组织机构见图1-2,部分工班人员组成见表1-1,其他工班人员组成 见有关章节。TEM分部图1-2施工组织机构图表IT人员组成序号工种人数备注技术部掘进工班运输保障 班1机械工程师111掘进班与运输保 障班为两班作业2电气工
5、程师1113液压工程师14资料员15电工2126技术工人4347普工814188合计1820363.1 TBM技术部全面负责设备的管理,贯彻执行国家、部、总公司、局和项 目部的设备管理规定,负责TBM配件计划的制定,日常资料的收集、整理、总 结,设备的维护保养工作,对上岗人员进行岗前的培训、考核。负责TBM的日 常维护保养工作,解决TBM施工过程中设备出现的难题。3.2 掘进班负责日常的掘进、管片安装、豆砾石回填、注浆及其它与掘进相关 的作业。设工班长、主司机及维保人员各1名,均由机械或电气工程师担任。工 班长除了负责掘进施工组织以外,还要对整机进行巡查,主司机除了操作外,也 要参与对设备故障
6、的处理,维保人员主要任务当班期间对整机进行巡查并对突发 故障等进行处理。发现问题影响掘进或者可能产生严重后果的,应立即停机处理。如果技术力量不足则立即通知技术部相关技术人员进行处理。如果不影响正常掘 进的或者可以应急处理而不会对人员设备造成危害的,做好记录,便于整备期间 处理,尽量减少停机时间。同时还要监督各个岗位的操作人员的操作情况,发现 不正确的操作,应立即予以纠正,杜绝事故隐患。3.3 施工保障队每班负责洞外的备料、车辆调度、洞内材料的输送、洞外的翻 渣及机车和龙门吊的日常维护保养、轨道的维护保养,日常的所需材料的加工等 其它洞外服务掘进的一切事务。第二节TBM组装及调试为了使TBM快速
7、顺利的投入到隧道掘进施工中,根据该机总成件多,电气、液压系统复杂的特点,精心组织,周密安排,充分估计设备的复杂性和现场条件,尽量做到合理安排平行作业与顺序作业相结合,组装和调试分系统交叉进行作 业,有效缩短设备的组装调试周期。聘请专家并配备专业的工程师现场指导作业,积极配合外商工作,组装过程合理运用新工艺和新设备,确保装机质量和装机效 率。一、组装工艺TBM成套设备是以裸件及装箱的形式运抵工地现场的,主机部分以大件总成 裸件运达,主机附属设备大部分以装箱的形式运抵现场,后配套则大部分以台车 为单位,打包裸件运达现场。而电气、液压等关键部件则是装箱运达现场。根据本设备的特点以及尽量减少大件占用场
8、地的时间,本设备的组装工艺流 程如图2-1:图2-1组装工艺流程图1.组装前的准备工作:组装前的准备包括场地的布置和工器具的准备。场地的布置包括风、水、电 及照明的配置。组装前沿场地的右侧布置3个配电箱,距离大概20米一个。场 地左侧中间位置布置一个配电箱。工器具的准备见表2-1:表2-1组装工器具表序号设备名称规格数量备注1汽车吊8t12叉车3t1台场地倒运3二氧化碳保护 焊机WA32024直流电焊机450A2台5手提式电焊机2台单相6空压机0.25m327交流焊机400A49风动扳手诺麦克110角磨机手持式611手电钻手持式212龙门吊50T2提前组装13冲击钻KHE244台14手拉葫芦3
9、T415手拉葫芦5T416手拉葫芦10T217手扳导链0.5T218手扳导链1T219手扳导链3T220手扳导链5T221液压千斤顶5T222液压千斤顶20T223液压千斤顶50T224机械式千斤顶10T225工作平台高度1.2m2自制26铝合金作业梯直 3 6m227铝合金作业梯人字228可调扭矩扳手1750NM2把29吊带3t*4m,6m各430吊带5t*4m,6m各631吊带lot*10m各232U型卡环3T833U型卡环5T834U型卡环10T637割枪100mm 300mm3套40开口扳手6 36mm1套公制41开口扳手1/8”1-1/2”1套英制42快速扳手2把43开口扳手452重
10、型44开口扳手552重型45开口扳手652重型46开口扳手751重型47开口-梅花扳手6-362套49内六角套筒扳 手17450内六角套筒扳 手19451变径1,变 I2,152变径1/2,变 i/,4153变径1“变 3/4”155麻花钻头10、12、14、18、20各10根57开孔器16mm、25mm、35mm各10个58开孔器18mm、30mm各10个59磁力钻1台60切割机450mm1台61砂轮机200mm1台62台虎钳300mm1台63老虎钳普通4把64六角扳手4142套公制65六角扳手1/16“1/2”2套英制66螺丝刀字、十字,大、中、小2套67管钳300mm268管钳1200m
11、m169活扳手200270活扳手300471活扳手450275板尺Im、1.5m176角尺450mm177牲刀平、圆、半圆、三 角1套78丝锥1套79丝锥80板牙81压线钳液压式1套82断线钳手持式2把84斜口钳4把86自动喷漆红、白若干87清洗剂若干88生料带若干89抗咬合剂银基抗咬合剂10桶90柴油200L91撬棍1米、1.5米8根92铜棒直径50mm,长 300mm4根93大锤16磅494小锤8磅495鎏子496手工锯498万用表299钳形电流表交直流两用400A2100摇表500兆欧2101气动加油泵油桶专用2102黄油枪手持式6103扣管机1台104切管机1台105剥管机1台106硫
12、化器1套107手动加油泵手摇式22.主机组装工艺本台机器大件组装的顺序如下:中盾、前盾、刀盘、管片安装器到尾盾。具体的过程如下:2.1 中盾的安装:中盾到场后由一台300T汽车吊和一台130T汽车吊配合完 成翻转,300T作为主钩,130T作为辅助翻转钩。完成空中翻转后,撤去130T 吊机,有300T吊机吊着割去底部吊耳,割除打磨完成立即将中盾放置在弧形台 上,两侧用160mm工字钢进行支撑固定。接下来,完成5#、8#、9#主驱动电机 的安装,并完成中盾防尘密封的安装。电机安装过程中需要4个1T起吊导链和 一个配合导链完成。先用叉车将电机送至中盾尾部中央,顶部中间位置采用一个 3T导链作为主吊
13、点,待将电机移至中盾内部后,四个导链可以挂钩的位置,用 四个一起吊。完成顺序依次为9#、5#、8#o注意事项:1、拆卸马达端盖后将满的油抽出以便安装马达并防止污染;2、大件卸车的位置最好不要与其他工序发生干涉;3、结合面的清理要干净并注意 防护;4、较接油缸安装注意油口的方向要朝内;5、安装销子注意涂抹抗咬合剂。2.2 前盾的安装:起吊前需要完成前盾驱动马达的安装和较接油缸与前盾的安 装。然后将所有的钱接油缸固定,防止起吊过程中出现意外。300T汽车吊和130T 汽车吊配合完成前盾的空中翻转,然后300T吊车吊着前盾,在弧形台上方将前 盾底部的两个吊耳割去并打磨平整。之后开始和中盾对接。和中盾
14、对接前需要完 成导链的准备工作,因前盾较重,对接需要借助导链来完成。前盾吊放到弧形台 后两侧各挂一个5吨导链辅助对接。在拉紧导链后出现前盾不动的情况,让吊车 进行上下微动,慢慢进入,如此重复。实际操作中发现两个5T的导链完成对接 非常吃力,有时候还会造成导链链条的断裂,存在一定的危险性。因此比较安全 可靠得方法是采用两个10吨的导链来对接。拉导链过程中要注意对称,否则拉 偏后很难对接。并且要掌握间距,以便于钱接油缸的安装。如果距离太大会造成 钱接油缸全部伸出后还无法安装销子,太短的话就会增加拉导链的困难。大约预 留10cm左右即可顺利完成汕缸的安装。在完成前盾与中盾的对接后,完成较接 油缸和中
15、盾的连接。前盾的安装即完成。2.3 刀盘的安装:拆下旋转接头,防止吊装刀盘时损坏。拿去刀盘螺栓孔的保 护的橡胶套。安装刀盘周边刀牙。准备刀盘安装的工具和材料。包括两个5T导 链、5T吊带4根、风动扳手、空压机、了7/8套筒、刀盘螺栓带垫片90颗。200T吊车和70T吊车配合,翻转刀盘,翻转完成后用200T吊车独立安装刀 盘。对位时注意螺栓孔位,必须上下左右都到位后再开始安装螺栓。对正孔位后 开始安装螺栓并用风动扳手进行预紧。完成所有螺栓的预紧,吊车松钩。即完成 刀盘的安装工作,随后进行扭矩校核。扭矩校核必须上下左右各个位置对称校核。2.4 管片安装器的安装:先安装管片安装器支撑架。将螺栓全部预
16、紧后即开始 准备安装管片安装器。共20颗带螺纹的寸的,40颗通孔螺栓。70T吊车起吊管片安装器,先将管片安装器移位,进行翻转,管片安装器共 计15T左右,采用5T导链辅助翻转,完成翻转并安装管片安装器。因起吊后角 度比较倾斜,采用两个1T导链辅助拉进行走梁,先将2个前轮放进行走梁,导 链慢慢拉,吊车慢慢往下放,直到后部两个轮子也进入行走梁。完成后行走梁尾 端用工字钢临时支撑。安装管片安装驱动马达。用手压式千斤顶打开刹车,调节 齿轮位置完成安装。安装管片安装器上的平台,先安装后部平台的两个导向腿,导向腿上的螺栓是需要M38的套筒,使用风动扳手打紧。2.5 尾盾的安装:尾盾安装前必须完成推进缸靴板
17、和钱接油缸的安装。底部靴 板和钱接油缸先不安装,以便于尾盾的安装。靴板完成后调整角度,不能干涉尾 盾的安装。安装尾盾连接油缸注意油管接口向内。结合而清理后注意保护和涂抹 润滑脂。200T吊车到位,70T吊车配合翻转尾盾。根据尾盾的吊耳所焊接位置确定尾 盾需分两次翻转:第一次先完成尾盾翻转,第二次完成旋转。尾盾完成旋转开始 割下部吊耳和中间的支撑架。割完吊耳和支撑架,开始安装尾盾。与中盾对上后 两侧各挂5T的导链,由于尾盾壁相对薄有点变形难以安装。左侧突出较多,在 尾盾左侧的内部中间位置油缸座位置(将销子安装上并穿吊带)挂一个3T导链 与三角架连在一起拉紧。由于同时吊四个点无法吊平,将后部两个吊
18、点去掉只吊 前面两个吊点。起吊待尾盾上部高于中盾约2cm,两侧及中间导链拉紧,吊钩下 放,尾盾顺利进入中盾。之后川后部两个吊点吊起,去掉内部的导链,两侧导链 再次拉紧,松钩同时拉紧导链,直到安装到位。尾盾安装时注意两侧进入要同步,不能出现较大偏差,否则容易出现拉进困 难和密封损坏的情况。尾盾在割除内部支撑后存在一定的变形,注意根据起吊后 的具体情况适当的调整形变的方向。在内部用导链拉可以较容易实现。如果尾盾 的油缸座未焊接的情况下可以选择在适当的位置焊接吊耳。3.后配套组装工艺流程本机的后配套部分由1号到9号台车以及2#皮带部分组成。安装过程首先必 须先组装一号台车,完成后完成服务梁的安装,因
19、为服务梁与主机以及一号台车 采用销轴连接,在安装时必须有足够的空间放下服务梁,再将一号台车用导链拉 到前部,完成安装。台车基本上采用销轴连接,在拼装时比较容易快速。同时需 要龙门吊和3T叉车配合安装。为了节省场地等,其余台车按照从前到后的顺序安装,在完成拼装后连接起 来并将相应的附属设备安装在台车上。安装2号台车时必须注意安装顺序,因为 放置砂浆管一侧的梁为上下一体结构,因此在安装时必须先拼装该侧梁及上部框 架,最后完成下部平台的安装。其余台车的拼装基本上采用在平地上将上部框架 拼装完成后,用龙门吊整体吊起,之后用叉车协助安装四个支腿,完成支腿安装 后再安装两侧的平台。如果场地不受限制,可以多
20、台台车同时组装,尽量加快进度。同时需要注意:安装台车上部框架时,螺栓要打紧,并且螺母在下方。销轴上的开口销必须安装。并涂抹润滑油等防止生锈。4.组装操作要点4.1 大件吊装前要确认其重量,起吊工具必须满足吊装要求并具有较大的安 全系数;4.2 拆箱检验内部的部件之前,必须确认所装的物件为何物并采取相应的拆 箱方法,以免盲目拆箱造成物件损坏或影响部件的精度;4.3 确保各个接合面刮脂、除锈并清洗干净,保证安装前接合面清理干净。如果接合而有油漆的必须将油漆打磨干净,露出金属面并具有一定的光洁度;4.4安装之前要先认真研究图纸,确认部件的装配关系后再装配,不要盲目 装配造成返工;4.5 对于各种螺栓
21、要确定其大小、精度和扭矩,确定螺栓端口是否涂抹螺栓 紧固剂,涂抹何种螺栓紧固剂,采用正确的工具及紧固方法进行紧固。螺栓扭矩 校核对照见下表:4.6 电气、液压元件的安装应该罗宾斯专业技术人员的指导下,依据设计标 准进行安装,并确保安装的准确性。5.系统调试5.1 根据现场组装完成情况,在完成各系统的组装后,可进行各系统的调试,分别是:5.1.1 刀盘、主驱动系统及主轴承润滑系统;5.1.2前后钱接系统;5.1.3推进缸及防偏环系统;5.1.4稳定靴及稳定翼;5.1.5管片机及管片吊机系统;5.1.6主机皮带机及后配套皮带机系统;5.1.7注浆系统;5.1.8豆砾石系统;5.1.9风、水、通风除
22、尘系统;5.1.10视频监视系统、瓦斯及有害气体监测系统;5.1.11导向系统;5.1.12油脂润滑系统。5.2调试着重进行系统的功能性试验,根据设计标准进行考核,主要内容有:5.2.1机械部分是否满足功能并是否存在运行干涉等;5.2.2液压部分测试动作压力、流量以及系统是否存在泄漏等;5.2.3电气部分主要测试电压、电流、频率、PLC系统的功能等;5.2.4测试风、水系统的压力、流量及有无泄漏,布置是否存在干涉等。5.3调试后根据调试情况及现场实际情况,及时处理不符合设计要求或者其 他的存在的问题,保证设备满足正常掘进的需要。二、劳动组织根据组装任务及现场情况,组装分为两个工班,每班10小时
23、的作业时间,每 班的人员劳动组织见表2-2o表2-2 TBM组装工班单班劳动组织序号工种人数备注1外方技术人员3包括机、电、液2工班长1兼职安全员3机械工程师24电气工程师25液压工程师26安全员1负责现场安全7库房值班18吊车指挥19吊车司机2根据组装阶段而定10技术工人411电焊工412普工1213合计35三、质量控制3.1 本设备的现场组装安装调试必须遵守罗宾斯公司的服务手册及装配的技 术文件;3.2 清洗部分严格清理,露出光洁而,清洗不同材质的物件,要分清所使用 的清洗剂是否正确;3.3需要现场改造的部分在满足现场使用又不影响其它设备及功能的前提下 进行;3.4 主机组装及大件吊装及装
24、配严格遵守专用吊具的使用,保证人员、设备 的安全;单件设备组装保证安装面结合牢靠,连接螺栓安装标准紧固到规定扭矩;3.5 液压系统组装严格控制油液的清洁,加油用专用滤油机,各系统的管路 等安装必须保证清洁度。3.6电气系统严格按照设计图纸进行安装和连接,动作前应进行仔细的确认,防止因接错线而产生无动作或造成其他事故。四、安全措施4.1 吊装作业必须由经过培训合格的人员指挥,禁止多人指挥,并且具有相 应的安全措施,保证人员设备安全。4.2 做好现场的安全文明施工,防止机械、电等伤害。工人作业必须严格按 照规定戴好安全帽、安全鞋,高空作业按照相关标准系好安全带。4.3 严格执行各类专用组装设备的安
25、全操作规程,电动工具使用完毕及时断 电,液压气动工具使用完毕及时泄压,以防伤人。4.4各岗位工作人员必须熟练掌握设备的性能和操作规程,严格按标准作业,按规范施工;4.5所有人员必须严格劳动纪律,严禁酒后上岗,严禁在工作岗位上打闹;4.6工作人员必须熟知消防和各种设备报警信号;4.7各个工种在作业过程中要相互配合,在确保人员和设备安全的前提下,再进行相关的操作和作业。五、效果组装期间结合组装实际进度和场地情况,进行平行作业和适当的交叉作业,加快了组装进度,使组装调试工作提前完成。及时和罗宾斯外方技术人员沟通,查阅有关技术文件,既锻炼和培养了技术人员的综合素质也确保了组装质量。同 时对有些不能很好
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