抽水蓄能電站TBM轉(zhuǎn)場吊運(yùn)技術(shù)研究

潘福營，王 凱，何萬成，曹明飛，陶仁太，劉傳軍，游青松，郭 瑞

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京 100000；2.中鐵工程裝備集團(tuán)技術(shù)服務(wù)有限公司，河南 鄭州 450000）

世界首臺超小轉(zhuǎn)彎半徑硬巖掘進(jìn)機(jī)，應(yīng)用于抽水蓄能電站地下洞室開挖，為工程的設(shè)計(jì)、施工和建設(shè)管理注入了新理念。TBM 重量大、設(shè)備工藝復(fù)雜及裝配涉及方面廣（含液壓、電氣、機(jī)械及特種作業(yè)等）、吊裝難度大、整機(jī)零部件多、施工安全質(zhì)量責(zé)任重。尤其在有限的地下洞室內(nèi)，更增加了拆裝、吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)的難度。

1 工程概況

中鐵776 號TBM 掘進(jìn)段開挖直徑?3.53m。上層排水廊道掘進(jìn)完成后洞內(nèi)拆機(jī)轉(zhuǎn)場至中層排水廊道洞內(nèi)組裝繼續(xù)施工，TBM 總掘進(jìn)里程約為2 334m。TBM 開挖路線詳見圖1、圖2 所示。

1.1 設(shè)備簡介

TBM 刀盤開挖直徑3.53m，整機(jī)長37m，總重約250t，水平最小轉(zhuǎn)彎半徑30m，縱向爬坡能力土5%，裝機(jī)功率1 452kW，采用了V 型推進(jìn)系統(tǒng)、超小曲率半徑皮帶機(jī)、一體式皮帶機(jī)等設(shè)計(jì)技術(shù)。主機(jī)全長7m，包括刀盤、主驅(qū)動、盾體、推進(jìn)油缸、撐靴、主機(jī)皮帶機(jī)等，主機(jī)區(qū)域負(fù)責(zé)TBM 開挖、開挖方向的調(diào)整執(zhí)行、設(shè)備的支撐推進(jìn)、刀盤渣料的運(yùn)輸傳導(dǎo)等功能；后配套全長30m，包括高壓變配電設(shè)備、風(fēng)筒延伸、吊機(jī)、控制柜、空氣壓縮系統(tǒng)、污水箱、供水管延伸系統(tǒng)等。主要結(jié)構(gòu)重量、尺寸規(guī)格如表1 所示。

表1 主要結(jié)構(gòu)重量、尺寸規(guī)格

1.2 設(shè)備組裝門式起重機(jī)性能

根據(jù)主機(jī)的主要結(jié)構(gòu)重量，通過施工工藝、工序、經(jīng)濟(jì)性分析，在現(xiàn)有洞室條件下選用MHII32t-5.5m 門式起重機(jī)作為安裝的起重機(jī)具，其最大起重量為32×1.25=40t。最重的支撐盾部分，將內(nèi)部部件拆除后，可滿足吊裝要求。

2 TBM上層拆機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)和中層裝機(jī)流程

2.1 上層拆機(jī)現(xiàn)場及中層大型部件存放場地布置

圖1 TBM開挖路線圖

圖2 TBM開挖路線圖

洞內(nèi)場地有限，需先拆主機(jī)部分并轉(zhuǎn)運(yùn)后再拖出后配套組件拆除，主機(jī)部件存放也需預(yù)先規(guī)劃好區(qū)域（圖3）。

2.2 TBM轉(zhuǎn)場順序

根據(jù)階段性拆機(jī)進(jìn)度計(jì)劃和場地存放計(jì)劃，制定TBM 各部件的轉(zhuǎn)場順序，避免場地的堵塞，給拆機(jī)施工造成交通不順而影響拆機(jī)進(jìn)度。具體轉(zhuǎn)場順序如下：1#滑車→支撐盾及組件→驅(qū)動箱及組件→推進(jìn)油缸→刀盤及組件→2#滑車→3#滑車→4#滑車→5#滑車→操作室。

由于TBM 拆機(jī)場地小，缺乏存放場地，發(fā)運(yùn)順序及時間間隔對現(xiàn)場的拆機(jī)進(jìn)度影響較大，上層場地拆機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)順序必須要與中層組裝順序緊密結(jié)合，嚴(yán)格控制好拆機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)順序及時間間隔。

2.3 中層排水廊道組裝流程

TBM 總體組裝按照從前到后的順序，具體順序如圖4 所示。組裝必須按照其各部件的安裝順序依次進(jìn)行，避免出現(xiàn)順序錯亂導(dǎo)致返工，影響進(jìn)度和組裝質(zhì)量。主機(jī)組裝完成并步進(jìn)至始發(fā)洞口后，將滑車和設(shè)備橋用門式起重機(jī)依次吊運(yùn)至主機(jī)后部組裝連接。最后進(jìn)行管線連接，設(shè)備調(diào)試。

2.4 運(yùn)輸難點(diǎn)

TBM 拆機(jī)洞位于廠房上層排水廊道，長33m、凈寬7.5m、凈空高度8m、廊道7m。洞內(nèi)安裝MHII32t-5.5m、H=5.5m 門式起重機(jī)，門式起重機(jī)跨度5.5m，有效提升高度5.3m，洞內(nèi)運(yùn)輸路線90°轉(zhuǎn)彎，步進(jìn)洞室與交通洞交叉口進(jìn)行3m×3m×6m（長×寬×高）的倒角處理，方便車輛進(jìn)出。采用長度12m、板高0.9m 的平板車進(jìn)行運(yùn)輸，如圖5 所示。

3 上層拆除和中層組裝過程中關(guān)鍵技術(shù)

3.1 上層刀盤的拆除

圖3 TBM主機(jī)拆除場地布置圖

圖4 組裝流程

圖5 倒角及轉(zhuǎn)彎模擬圖

拆除刀盤螺栓前，預(yù)先將吊車吊鉤與焊接好的刀盤吊耳連接好，調(diào)節(jié)吊車位置和吊鉤高度使鋼絲繩處于垂直張緊狀態(tài)。用手拉葫蘆掛住刀盤左右兩側(cè)下部，去除所有連接螺栓，通過門式起重機(jī)和兩側(cè)手拉葫蘆，將刀盤緩慢的和連接環(huán)完全脫離。再用門式起重機(jī)將刀盤轉(zhuǎn)移，翻身放倒，下部用方木墊襯抬離地面。刀盤法蘭與轉(zhuǎn)接環(huán)連接O 型圈要求保護(hù)好。

3.2 中層排水廊道刀盤的組裝

準(zhǔn)備好刀盤連接螺栓及組裝工具，拆除所有刀盤螺栓孔保護(hù)帽，對刀盤進(jìn)行翻身操作，將刀盤吊運(yùn)至安裝位置，待刀盤穩(wěn)定后，緩緩將刀盤插入前盾，將螺栓孔精確對位后，連接刀盤連接螺栓并緊固。

刀盤法蘭與轉(zhuǎn)接環(huán)連接時，提前固定好O 型圈。組裝螺栓時，應(yīng)先對稱組裝4個（上下左右各一）。擰緊4 個螺栓（預(yù)緊扭矩為最終扭矩的1/2）后，再以同樣的扭矩對稱組裝其他螺栓，最后依次對稱循環(huán)完成所有的螺栓最終扭矩預(yù)緊。

3.3 主驅(qū)動吊裝鋼絲繩吊裝計(jì)算

驅(qū)動箱重量約32t，吊鉤與鋼絲繩重量約1t，吊車最大起重量為32t，吊裝前拆解驅(qū)動箱部件，控制物件和索具總重不超過32t。

式中Q——總負(fù)載，Q=32t+1t=33t，取允許吊裝值32t；

P——主吊鋼絲繩受力；

α——鋼絲繩水平夾角，α=65°；

K——動載荷系數(shù)，取K=1.1。

即P=QK/（4sin65°）=9.7t

?47.5mm 鋼絲繩單根實(shí)際破斷力S破=143t（查表2 可得）。

鋼絲繩安全系數(shù)工作[K]=S破/P=14.7

[K]=14.7>8 滿足吊裝規(guī)范要求（用于吊索的鋼絲繩安全系數(shù)不小于8），即?47.5mm 鋼絲繩滿足吊裝需求，因此選用?47.5 鋼絲繩作為主吊鋼絲繩。

表2 鋼絲繩性能參數(shù)表

配備：4 副?47.5mm 鋼絲繩3m；4 個卸扣采用配套55t 級合金鋼。

3.4 主驅(qū)動吊裝

主驅(qū)動由于吊裝高度限制，采用1 個85t 的卸扣和?47.5mm長度L=3000mm的鋼絲繩吊裝。主驅(qū)動吊裝如圖6 所示。

圖6 主驅(qū)動吊裝圖

3.5 主驅(qū)動翻身

主驅(qū)動（不含電機(jī)）重約32t，主驅(qū)動拆除后需要翻轉(zhuǎn)至水平位置，下部用方木墊襯抬離地面。主驅(qū)動拆除后，底部放置在250mm 的枕木上面，吊鉤慢速下降過程中緩慢移動大車，使鋼絲繩基本處于垂直的狀態(tài)，確保主驅(qū)動不滑動，最終使與刀盤連接面水平向下為止。翻轉(zhuǎn)步驟如圖7 所示。

圖7 主驅(qū)動翻身

3.6 主驅(qū)動減速機(jī)、電機(jī)安裝

先用吊車將減速機(jī)和電機(jī)組裝好，在其前后兩端分別用吊帶和倒鏈掛在吊鉤上，吊起后用倒鏈進(jìn)行調(diào)平，緩慢移至安裝位置，再用倒鏈進(jìn)行調(diào)整對齊螺栓孔，螺栓上涂防緊固膠后，穿進(jìn)螺栓擰緊。

3.7 支撐盾安裝

支撐盾吊裝前徹底地清理所有的孔和加工面并去毛刺、銹跡，并用清洗劑進(jìn)行清潔；利用方木作為襯墊，進(jìn)行支撐盾用橫向往縱向進(jìn)行翻身；吊裝到步進(jìn)架上，通過推進(jìn)油缸與前部盾體連接，推進(jìn)油缸安裝按照先下后上一左一右的順序進(jìn)行安裝；最后用吊帶將撐靴油缸倒運(yùn)到盾體內(nèi)部，連接左右撐靴。

3.8 滑車/設(shè)備橋的安裝

滑車安放前下部需鋪設(shè)H300 型鋼，如圖8所示。用門式起重機(jī)將1#～4#滑車和設(shè)備橋按順序吊起，放在H300 型鋼上面依次連接。將滑車吊離地面100mm后，懸停5min，檢查繩扣、地面、起重機(jī)是否完好，待確認(rèn)吊裝設(shè)備正常，滑車平衡后方可進(jìn)行下一步吊裝作業(yè)。用風(fēng)繩調(diào)整拖車姿態(tài)，使滑車準(zhǔn)確落在型鋼上。設(shè)備橋安放前需鋪設(shè)軌道，軌面高度H=500mm，內(nèi)軌距B=900mm，如圖9 所示。連接后配套與主機(jī)、臺車間管線。

圖8 1#～4#滑車吊裝

圖9 設(shè)備橋吊裝

3.9 整機(jī)調(diào)試

整機(jī)調(diào)試分空載調(diào)試和負(fù)載調(diào)試，空載調(diào)試完成后，在試掘進(jìn)階段進(jìn)行負(fù)載調(diào)試。空載調(diào)試順序如下。

1）電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)上電采用先高壓、再動力、后控制的順序，依次檢查各高壓柜帶電指示是否正常，確認(rèn)供電電壓是否正常。送電順序按照各級電壓等級從上到下，依次合閘，且送斷電操作必須有持證電工作業(yè)。

2）動力啟動 電氣系統(tǒng)確認(rèn)無誤后，進(jìn)行液壓管路、閥組的檢查，確保無誤。依次啟動各泵站，觀察運(yùn)行情況，是否為空載運(yùn)行狀態(tài)。啟動各附屬設(shè)備，檢查空載運(yùn)行情況。

3）聯(lián)動調(diào)試 各系統(tǒng)運(yùn)行起來后，根據(jù)程序設(shè)計(jì)的相互聯(lián)動、聯(lián)鎖功能依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測，確認(rèn)各項(xiàng)聯(lián)鎖、安全系統(tǒng)是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4）功能調(diào)試（負(fù)載試驗(yàn)）整機(jī)調(diào)試分為空載調(diào)試和負(fù)載調(diào)試，空載調(diào)試完成后，在試掘進(jìn)階段進(jìn)行負(fù)載調(diào)試，負(fù)載調(diào)試按照掘進(jìn)時設(shè)備氣動運(yùn)行順序進(jìn)行試驗(yàn)測試。

4 結(jié)語

本文介紹的洞內(nèi)拆機(jī)作業(yè)流程合理選擇了吊裝形式，制定了規(guī)范的洞內(nèi)拆機(jī)工藝，解決了空間條件有限、吊裝及水平運(yùn)輸困難的技術(shù)難題，較大程度上縮短了工期，降低了施工成本，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，能為類似工程提供借鑒及指導(dǎo)。