CCS項目雙護盾TBM2洞外快速組裝施工技術

文 志 剛

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

CCS(Coca Codo Sinclair) 水電站項目位于厄瓜多爾共和國 Napo 和 Sucumbios 省 內，總裝機容量為 1 500 MW。主要建筑物包括首部樞紐、輸水隧洞、調蓄水庫、 壓力管道、 廠房發(fā)電系統(tǒng)等。 輸水隧洞總長度為24.83 km， 設計引水流量為 222 m3/s， 設計內徑為8.2 m，采用全襯砌結構形式。隧洞出口設事故閘門。正常運行情況下為明流洞，僅在機組甩負荷、隧洞出口閘門關閉時洞內出現(xiàn)壓力流狀態(tài)。 輸水隧洞在平面布置上以 2 號支洞為界，總體上可分為東、 西兩部分，輸水隧洞進口底板高程 1 266.9 m，出口底板高程 1 244 m，縱坡為 0.173%。 輸水隧洞以2 臺雙護盾掘進機施工為主，輔以鉆爆法施工。隧洞地質情況為高地應力區(qū)內構造運動劇烈，斷層較發(fā)育，巖性以堅硬性脆的火山巖和侵入巖為主，易產生地應力聚集。因此，初步判斷隧洞沿線局部圍巖地應力可能較高，巖體可能會發(fā)生變形、崩解等破壞現(xiàn)象，故最終決定采用兩臺雙護盾TBM進行掘進。TBM2 在 3#支洞(前 50 m鉆爆法施工)洞外組裝， 然后步進滑行進洞開始掘進，至主洞樁號 24+429 處，逆坡掘進至樁號 11+400處 ，在主洞拆卸室拆卸后出洞。

2 設備狀況

CCS電站所選用的雙護盾TBM為德國海瑞克生產,整個工程需要兩臺雙護盾TBM,雙護盾TBM2(水電十局負責)開挖直徑為9.11 m,總長度為159 m,全部部件的總重量為1 986 t。根據(jù)工期要求需要在3個月內完成TBM所有部件的內陸運輸及組裝,因此現(xiàn)場的快速組裝技術就顯得極為重要?？焖侔惭b雙護盾TBM除了需要一定的安裝、調試技術之外,輔助條件對快速安裝工作的完成亦起著十分重要的作用,其對于TBM從運輸?shù)浇M裝調試都起到了關鍵性的作用。

3 設備組裝

3.1 TBM組裝的準備工作

3.1.1 基本要求

安裝TBM之前，需要研究裝配圖及技術要求，了解裝配結構、特點和調整方法；制訂裝配工藝規(guī)程，選擇裝配方法，確定裝配順序，準備合適的裝配工、量、夾具和材料；對裝配件進行外觀檢驗，進行修毛刺、倒角和清理、清洗、潤滑處理。

3.1.2 場 地

主機組裝場地要求地基夯實，龍門吊行走軌道基礎為鋼筋混凝土結構。場地下方有水溝、涵洞時，需要保證其有足夠的承載力。按照刀盤、刀盤軸承、前護盾、伸縮護盾、撐靴護盾、尾盾、各個后配套平臺等順序進場，并用明顯標記注明，按照安裝順序的先后將其擺放至設計位置。后配套組裝場地的規(guī)劃可根據(jù)場地區(qū)域確定，保證地基夯實，跨內鋪設四軌雙線。最外側鋼軌間距為2 980 mm，用于后配套平臺拖車行走；兩側900 mm間距軌道用于機車車輛行走。

3.1.3 工具箱及庫房的設置

工具、材料、液壓管接頭、專用工具等應就近放置，面向洞口依次擺放以下集裝箱：工具間、螺栓螺母存放間、液壓間、電氣間以及存放各類液壓、水管接頭的集裝箱。

3.1.4 風、水、電及電氣焊配備

組裝期間，由于液壓張緊及其他特殊工具需要使用風、水、電，故應早做準備并配備電焊、氧氣、乙炔及消防滅火器材。

3.1.5 人員配備

根據(jù)TBM的結構特點，設置一天兩班制，專業(yè)分工，崗前培訓，由工班長、專業(yè)工程師帶領電工、吊車司機等人進行組裝作業(yè)，保證組裝質量。

3.2 TBM的組裝

TBM組裝的基本技術要求及注意事項：

為了保證TBM組裝順利、安全、準確地進行并達到其原有的設計指標，在整個組裝過程中應遵循以下技術要求。

3.2.1 平穩(wěn)吊運、吊裝

以原設計的吊裝位置為準，確認其重量，用大于其負荷的起吊工具安全起吊設備。起吊時應平穩(wěn)，確保安全，做到萬無一失。

3.2.2 拆箱時注意保持其原有的精度

拆箱檢驗應根據(jù)實際包裝并在確認所裝為何物時采取相應的拆卸方案，以免盲目拆卸而損壞其原有的加工精度。

3.2.3 認真清洗

對于螺栓結合面應進行刮脂、除銹，并用清洗劑清洗干凈(必要時涂油保護)，保證在其安裝前達到加工的光潔度。對于涂油漆的結合面(螺栓結合或焊接)均應除銹并清洗。對于運輸過程中不慎造成的刮痕，均應在原設計尺寸范圍內進行處理，以保證其裝配精度。液壓元件的清洗必須使用干凈的清洗劑；嚴禁用棉紗擦拭液壓元件，必須用不脫線的布或毛巾擦拭。

3.2.4 螺栓的緊固

對于各式各樣的螺栓螺釘應確認并核實其大小、精度、扭矩，確定其螺栓端口應涂何種材料，采用正確的工具以及正確的緊固順序進行緊固。

3.2.5 調試運行

待全部組裝完成之后即開始敷設電纜線，進行電氣設備的調試與安裝。調試過程需要有專業(yè)的TBM工程師對于每個部位的動作進行調試安裝，在確保所有的部位動作都在規(guī)范規(guī)定的范圍內才能開機運行。

4 CCS項目雙護盾TBM2洞外快速組裝施工

4.1 前期準備

CCS項目雙護盾TBM洞外快速組裝前期準備工作充分。按照合同要求，德國海瑞克從發(fā)貨到清關進場，計劃于2012年5月4日起設備按照順序進入工業(yè)廣場。因此而需要在此之前工業(yè)廣場必須形成并且初步可以投入使用。CCS項目在2012年5月3日即已完成刀盤組裝平臺、主軸承車間、工業(yè)廣場照明系統(tǒng)、風水電系統(tǒng)以及200 t門機的安裝，并且已租賃了160 t汽車吊1輛、40 t汽車吊1輛以及輔助機械設備，所有工器具、液壓電氣集裝箱等均已就位。

4.2 設備的組裝

2012年5月4日，TBM設備如期順序進入工業(yè)廣場。2012年5月5日，主軸承開始清洗組裝，5月8日開始兩班制進行正式安裝準備，開始清理所有安裝所需要的螺栓以及附屬部件。至5月13日，主軸承安裝基本完成，所有主驅動電機就位。

與此同時，主機部分與后配套系統(tǒng)同時開始安裝。主機部分首先進行的是前護盾安裝，其次進行主推油缸的安裝；反扭矩油缸需要在主軸承吊裝之后安裝。2012年5月17日，在開始吊裝主軸承前發(fā)現(xiàn)提前安裝反扭矩油缸會影響主軸承的吊裝。對于主軸承的安裝，首先需拆除主軸承車間屋架，以便主軸承順利翻身。待吊裝就位后需進行主軸承內圈密封環(huán)以及螺栓壓板、底部固定等部位的安裝。之后即可進行反扭矩油缸的安裝、主推油缸與前護盾的連接以及伸縮護盾和撐靴護盾的安裝。至2012年6月8日，所有主推進油缸、伸縮護盾、撐靴護盾、撐靴油缸、主機皮帶架、主機風筒已基本安裝完成，開始安裝平臺護欄等輔助設施。2012年6月9日，開始進行刀盤吊裝。TBM2刀盤涉及61把19in滾刀，安裝前為4+1分塊組裝模式。首先，需要在預先安裝好的刀盤組裝平臺進行地面組裝，組裝除頂塊之外的其余4塊。組裝好之后進行專業(yè)焊接。刀盤是TBM的核心部件之一，焊接質量一定要達到專業(yè)的刀盤檢測規(guī)范要求。2012年6月10日，刀盤頂塊順利封頂，開始進行刀盤頂塊的焊接以及尾護盾的焊接。

最后進行后配套與主機的連接以及附屬液壓管路電氣線路的敷設和最終的整機調試。TBM2總共有9節(jié)后配套平臺。由于場地問題，首先進行7套平臺的連接，再安裝完成皮帶機、管片安裝器、連接橋等設備后于2012年6月16日，后配套1～7#臺車全部向前拖動就位，6月18日，8#臺車也就位。6月19日，刀盤焊接全部完成。TBM開始進入最后的輔助設施安裝及調試。2012年7月10日，前護盾的焊接工作基本完成，至7月15日輔助設施基本完成，整機調試基本完成。2012年7月22日，TBM組裝調試完成，開始啟動滑行。

5 TBM2洞外快速組裝的輔助手段

5.1 TBM組裝采取的土建輔助手段

TBM2始發(fā)洞位為隧洞出口，從TBM組裝開始已基本形成30 km的進場公路，從而保證了TBM設備部件可以順利進入工業(yè)廣場組裝區(qū)域，為TBM正式組裝提供了充分的輸送條件。

正式組裝開始前，土建作業(yè)部已形成了TBM安裝洞外底拱滑行混凝土結構，從樁號K0+053.84-K0+000已澆筑形成鋼筋混凝土滑行區(qū)域，同時包括長度為4.1 m的TBM鋼筋混凝土反力座，為后續(xù)的組裝滑行創(chuàng)造了有利條件。該混凝土設計標號為C25，墊層標號為C15，要求地基承載力不小于400 kPa，設計地基的壓實系數(shù)不小于0.95，結構計算時地基的變形系數(shù)取值為12 kg/cm3。同時，后配套及小火車滑行軌道澆筑也已完成，從而為TBM快速組裝提供了有利的先決條件。

5.2 TBM組裝采取的機電輔助手段

在正式組裝開始前，TBM組裝區(qū)域已完成并調試安裝好200 t門式起重機。200 t門機跨度為13.3 m，行走區(qū)域全長100 m，可以完成從刀盤組裝至后配套臺車的起重工作。同時，租賃了40 t汽車吊1輛，25 t汽車吊1輛，160 t汽車吊1輛，2 t叉車1輛，5 t伸縮臂叉車2輛，載人升降機1輛進行輔助安裝。

同時，12 000 kW自備電廠也已投入使用，在工業(yè)廣場安裝10 kV變壓器1臺，以保證正常的組裝照明以及安裝工業(yè)用電。組裝區(qū)域配備400 V配電柜3個，用于電焊機等及220 V用電。沿途每隔10 m安裝路燈，以方便夜班可以正常組裝。供水系統(tǒng)采用鋼管從河水中抽水至蓄水池，經蓄水池調節(jié)后分管供應TBM的施工用水。風系統(tǒng)采用1臺固定式空壓機和2臺拖車移動式空壓機供風，以保證TBM組裝需要。

洞外步進期間，為方便TBM快速步進至始發(fā)洞，TBM2借助側向支撐結構完成了TBM的快速滑行。側向支撐結構安裝在混凝土底拱兩側平臺上，待TBM滑行后可拆除后面的支撐結構并將其移到前方以保證TBM可以順利快速滑行至始發(fā)洞口，TBM滑行側向支撐結構見圖1。

圖1 TBM滑行側向支撐結構示意圖

5.3 TBM組裝采取的技術輔助手段

由于中國水電十局組裝TBM尚屬首次，故在組裝技術方面存在不可避免的缺陷。為此，在TBM組裝之前，所有的參與人員都參加了公司組織的TBM專業(yè)培訓，包括機械、液壓、電氣以及TBM運行維護的專業(yè)知識，并且組織了一部分優(yōu)秀人員前往德國海瑞克公司親自參與TBM2的廠內預裝，以提高組裝人員的技術水平并保證快速組裝。同時，公司要求所有現(xiàn)場參與組裝的人員在組裝之前必須充分了解組裝工序，深入研究組裝裝配圖以及技術要求，對現(xiàn)場每一道組裝工序都做到了然于心，并且鼓勵組裝人員在組裝過程中大膽構思，大膽嘗試，勇于將自己有利于TBM組裝調試的想法付諸于實施，這一過程也推動了TBM2快速而有質量的完成組裝。

在TBM組裝前，海瑞克和中水電雙方對組裝方案、組裝工藝、組裝標準、組裝順序和進度、質量控制進行了充分的討論；在組裝過程中，海瑞克廠家TBM專業(yè)工程師在現(xiàn)場進行專業(yè)指導，以保證組裝的質量，同時也保證組裝的快速進行。

5.4 TBM組裝的資源配置

為保證TBM組裝快速并且有質量的完成，現(xiàn)

場的資源配置起到了非常重要的作用，在TBM組裝區(qū)域依次擺放了電氣設備集裝箱、液壓集裝箱、工器具集裝箱、螺栓螺母存放間以及各類管接頭、氧氣、乙炔、滅火器等設施。在離工業(yè)廣場2 km處的TBM倉庫也已投入使用，確保了所需要的資源可以在最短的時間內到位；同時，離組裝區(qū)2 km處的員工營地也初步投入使用，可以保證現(xiàn)場組裝人員得到充分的休息，以便可以更有精力投入到工作當中。

組裝期間，人員配置分為兩班制，每個TBM組裝班組都配有海瑞克現(xiàn)場機械、液壓、電氣工程師以及現(xiàn)場中方翻譯，從而保證了組裝工作的順利進行。

6 結 語

TBM2的組裝從開始到滑行只用了2個多月的時間，其中也不可避免地偶爾出現(xiàn)了工作銜接紊亂的問題，盡管也走了彎路，但是能夠最終順利地在短時間內完成組裝工作，除了需要一定的安裝、調試技術之外,輔助條件對快速安裝工作的完成起到了十分重要的作用,對TBM從運輸?shù)浇M裝調試都起到了關鍵性作用。

作者簡介:

文志剛(1986-)，男，甘肅白銀人，助理工程師，從事TBM操作.

(責任編輯：李燕輝)