潘福营，王 凯，何万成，曹明飞，陶仁太，刘传军，游青松，郭 瑞

（1.国网新源控股有限公司，北京 100000；2.中铁工程装备集团技术服务有限公司，河南 郑州 450000）

世界首台超小转弯半径硬岩掘进机，应用于抽水蓄能电站地下洞室开挖，为工程的设计、施工和建设管理注入了新理念。TBM 重量大、设备工艺复杂及装配涉及方面广（含液压、电气、机械及特种作业等）、吊装难度大、整机零部件多、施工安全质量责任重。尤其在有限的地下洞室内，更增加了拆装、吊装和转运的难度。

1 工程概况

中铁776 号TBM 掘进段开挖直径∅3.53m。上层排水廊道掘进完成后洞内拆机转场至中层排水廊道洞内组装继续施工，TBM 总掘进里程约为2 334m。TBM 开挖路线详见图1、图2 所示。

1.1 设备简介

TBM 刀盘开挖直径3.53m，整机长37m，总重约250t，水平最小转弯半径30m，纵向爬坡能力土5%，装机功率1 452kW，采用了V 型推进系统、超小曲率半径皮带机、一体式皮带机等设计技术。主机全长7m，包括刀盘、主驱动、盾体、推进油缸、撑靴、主机皮带机等，主机区域负责TBM 开挖、开挖方向的调整执行、设备的支撑推进、刀盘渣料的运输传导等功能；后配套全长30m，包括高压变配电设备、风筒延伸、吊机、控制柜、空气压缩系统、污水箱、供水管延伸系统等。主要结构重量、尺寸规格如表1 所示。

表1 主要结构重量、尺寸规格

1.2 设备组装门式起重机性能

根据主机的主要结构重量，通过施工工艺、工序、经济性分析，在现有洞室条件下选用MHII32t-5.5m 门式起重机作为安装的起重机具，其最大起重量为32×1.25=40t。最重的支撑盾部分，将内部部件拆除后，可满足吊装要求。

2 TBM上层拆机、转运和中层装机流程

2.1 上层拆机现场及中层大型部件存放场地布置

图1 TBM开挖路线图

图2 TBM开挖路线图

洞内场地有限，需先拆主机部分并转运后再拖出后配套组件拆除，主机部件存放也需预先规划好区域（图3）。

2.2 TBM转场顺序

根据阶段性拆机进度计划和场地存放计划，制定TBM 各部件的转场顺序，避免场地的堵塞，给拆机施工造成交通不顺而影响拆机进度。具体转场顺序如下：1#滑车→支撑盾及组件→驱动箱及组件→推进油缸→刀盘及组件→2#滑车→3#滑车→4#滑车→5#滑车→操作室。

由于TBM 拆机场地小，缺乏存放场地，发运顺序及时间间隔对现场的拆机进度影响较大，上层场地拆机转运顺序必须要与中层组装顺序紧密结合，严格控制好拆机转运顺序及时间间隔。

2.3 中层排水廊道组装流程

TBM 总体组装按照从前到后的顺序，具体顺序如图4 所示。组装必须按照其各部件的安装顺序依次进行，避免出现顺序错乱导致返工，影响进度和组装质量。主机组装完成并步进至始发洞口后，将滑车和设备桥用门式起重机依次吊运至主机后部组装连接。最后进行管线连接，设备调试。

2.4 运输难点

TBM 拆机洞位于厂房上层排水廊道，长33m、净宽7.5m、净空高度8m、廊道7m。洞内安装MHII32t-5.5m、H=5.5m 门式起重机，门式起重机跨度5.5m，有效提升高度5.3m，洞内运输路线90°转弯，步进洞室与交通洞交叉口进行3m×3m×6m（长×宽×高）的倒角处理，方便车辆进出。采用长度12m、板高0.9m 的平板车进行运输，如图5 所示。

3 上层拆除和中层组装过程中关键技术

3.1 上层刀盘的拆除

图3 TBM主机拆除场地布置图

图4 组装流程

图5 倒角及转弯模拟图

拆除刀盘螺栓前，预先将吊车吊钩与焊接好的刀盘吊耳连接好，调节吊车位置和吊钩高度使钢丝绳处于垂直张紧状态。用手拉葫芦挂住刀盘左右两侧下部，去除所有连接螺栓，通过门式起重机和两侧手拉葫芦，将刀盘缓慢的和连接环完全脱离。再用门式起重机将刀盘转移，翻身放倒，下部用方木垫衬抬离地面。刀盘法兰与转接环连接O 型圈要求保护好。

3.2 中层排水廊道刀盘的组装

准备好刀盘连接螺栓及组装工具，拆除所有刀盘螺栓孔保护帽，对刀盘进行翻身操作，将刀盘吊运至安装位置，待刀盘稳定后，缓缓将刀盘插入前盾，将螺栓孔精确对位后，连接刀盘连接螺栓并紧固。

刀盘法兰与转接环连接时，提前固定好O 型圈。组装螺栓时，应先对称组装4个（上下左右各一）。拧紧4 个螺栓（预紧扭矩为最终扭矩的1/2）后，再以同样的扭矩对称组装其他螺栓，最后依次对称循环完成所有的螺栓最终扭矩预紧。

3.3 主驱动吊装钢丝绳吊装计算

驱动箱重量约32t，吊钩与钢丝绳重量约1t，吊车最大起重量为32t，吊装前拆解驱动箱部件，控制物件和索具总重不超过32t。

式中Q——总负载，Q=32t+1t=33t，取允许吊装值32t；

P——主吊钢丝绳受力；

α——钢丝绳水平夹角，α=65°；

K——动载荷系数，取K=1.1。

即P=QK/（4sin65°）=9.7t

∅47.5mm 钢丝绳单根实际破断力S破=143t（查表2 可得）。

钢丝绳安全系数工作[K]=S破/P=14.7

[K]=14.7>8 满足吊装规范要求（用于吊索的钢丝绳安全系数不小于8），即∅47.5mm 钢丝绳满足吊装需求，因此选用∅47.5 钢丝绳作为主吊钢丝绳。

表2 钢丝绳性能参数表

配备：4 副∅47.5mm 钢丝绳3m；4 个卸扣采用配套55t 级合金钢。

3.4 主驱动吊装

主驱动由于吊装高度限制，采用1 个85t 的卸扣和∅47.5mm长度L=3000mm的钢丝绳吊装。主驱动吊装如图6 所示。

图6 主驱动吊装图

3.5 主驱动翻身

主驱动（不含电机）重约32t，主驱动拆除后需要翻转至水平位置，下部用方木垫衬抬离地面。主驱动拆除后，底部放置在250mm 的枕木上面，吊钩慢速下降过程中缓慢移动大车，使钢丝绳基本处于垂直的状态，确保主驱动不滑动，最终使与刀盘连接面水平向下为止。翻转步骤如图7 所示。

图7 主驱动翻身

3.6 主驱动减速机、电机安装

先用吊车将减速机和电机组装好，在其前后两端分别用吊带和倒链挂在吊钩上，吊起后用倒链进行调平，缓慢移至安装位置，再用倒链进行调整对齐螺栓孔，螺栓上涂防紧固胶后，穿进螺栓拧紧。

3.7 支撑盾安装

支撑盾吊装前彻底地清理所有的孔和加工面并去毛刺、锈迹，并用清洗剂进行清洁；利用方木作为衬垫，进行支撑盾用横向往纵向进行翻身；吊装到步进架上，通过推进油缸与前部盾体连接，推进油缸安装按照先下后上一左一右的顺序进行安装；最后用吊带将撑靴油缸倒运到盾体内部，连接左右撑靴。

3.8 滑车/设备桥的安装

滑车安放前下部需铺设H300 型钢，如图8所示。用门式起重机将1#～4#滑车和设备桥按顺序吊起，放在H300 型钢上面依次连接。将滑车吊离地面100mm后，悬停5min，检查绳扣、地面、起重机是否完好，待确认吊装设备正常，滑车平衡后方可进行下一步吊装作业。用风绳调整拖车姿态，使滑车准确落在型钢上。设备桥安放前需铺设轨道，轨面高度H=500mm，内轨距B=900mm，如图9 所示。连接后配套与主机、台车间管线。

图8 1#～4#滑车吊装

图9 设备桥吊装

3.9 整机调试

整机调试分空载调试和负载调试，空载调试完成后，在试掘进阶段进行负载调试。空载调试顺序如下。

1）电气系统 电气系统上电采用先高压、再动力、后控制的顺序，依次检查各高压柜带电指示是否正常，确认供电电压是否正常。送电顺序按照各级电压等级从上到下，依次合闸，且送断电操作必须有持证电工作业。

2）动力启动 电气系统确认无误后，进行液压管路、阀组的检查，确保无误。依次启动各泵站，观察运行情况，是否为空载运行状态。启动各附属设备，检查空载运行情况。

3）联动调试 各系统运行起来后，根据程序设计的相互联动、联锁功能依次进行实验检测，确认各项联锁、安全系统是否满足设计要求。

4）功能调试（负载试验）整机调试分为空载调试和负载调试，空载调试完成后，在试掘进阶段进行负载调试，负载调试按照掘进时设备气动运行顺序进行试验测试。

4 结语

本文介绍的洞内拆机作业流程合理选择了吊装形式，制定了规范的洞内拆机工艺，解决了空间条件有限、吊装及水平运输困难的技术难题，较大程度上缩短了工期，降低了施工成本，创造了可观的经济效益和社会效益，能为类似工程提供借鉴及指导。