CN108275573B - 隧道掘进机的吊装施工方法及吊装平移组合设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隧道掘进机的吊装施工方法及吊装平移组合设备。该施工方法包括：步骤1、隧道掘进机TBM竖井一次吊装，步骤2、TBM横通道平移，移至左轴线；步骤3、TBM大断面二次吊装；步骤4、TBM主机大断面纵向平移、盾壳焊接；步骤5、TBM纵向平移的过程中后配套下井、组装；步骤6、TBM纵向平移、后配套组装；步骤7、管线连接、整机调试；步骤8、首环管片固定架的安装；步骤9、TBM始发。本发明通过采用一台350T履带吊和一台160T汽车吊完成TBM的卸车及吊装工作，并用350T履带吊单独将大件设备吊装下井，提高效率；大断面TBM二次组装及后配套组装，使用55T横通道桁吊配合组装任务，确保吊装工作顺利进行。既满足施工技术要求，又经济实惠。

Description

隧道掘进机的吊装施工方法及吊装平移组合设备

技术领域

本发明涉及吊装施工技术领域，尤其涉及一种隧道掘进机的吊装施工方法及吊装平移组合设备。

背景技术

TBM(Tunnel Boring Machine，隧道掘进机)可以进行掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国铁道、水电、交通、矿山、市政等隧洞工程中应用正在迅猛增长。

青岛地铁1号线从过海段起点(团岛)往市区(西镇)方向，首先从南部团岛湾进入陆地，沿团岛居民区一路北上，经过田径运动场东侧，沿着海岸线到达西陵峡路起点并与西陵峡路斜交，之后穿过八大峡新村到达红山峡路与红山峡支路交口，沿红山峡支路一路北上，穿过瞿塘峡路和观音峡路，出观音峡路后下穿观音峡四小区，到达贵州路站，出贵州路站后沿台西五路北上，垂直穿越磁山路到达费县路，穿越郓城北路到达西镇站，出西镇站后继续沿费县路一路北上到达终点西青区间轨排井，即广州路与费县路交叉口附近。

该段采用2台TBM施工，从团岛竖井吊装下井(K30+400)，团岛竖井口尺寸为15×8m，竖井深度为53m，到轨面深度为50.55米，横通道宽13m，长25米，与区间正线呈78°角。区间TBM施工总长度为2430m，采用先站后隧法施工依次经过贵州路站、西镇站，最后从西青区间轨排井吊出完成双线掘进任务。

运送到现场各个部分的具体尺寸及重量表1所示。

表1

TBM的尺寸大，重量重，吊装需要分件进行。因此，需要一种有效的TBM的吊装设备和吊装施工工艺。

发明内容

本发明的实施例提供了一种隧道掘进机的吊装施工方法及吊装平移组合设备，以实现有效地完成TBM的吊装作业。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种隧道掘进机的吊装施工方法，包括：

步骤1、隧道掘进机TBM竖井一次吊装，吊装顺序为：TBM主机托架→支撑盾→辅推油缸→下部1/3内外伸缩盾→前盾→主推油缸→刀盘驱动电机→扭矩臂安装→内外伸缩盾上两片安装→外伸缩盾焊缝焊接→整体后移→刀盘安装；

步骤2、TBM横通道平移，移至左轴线；

步骤3、TBM大断面二次吊装，吊装顺序为：主机纵向平移→盾尾下片安装→主机皮带机第一节安装→拼装机安装→盾尾顶部两片盾尾安装→盾尾焊缝焊接；

步骤4、TBM主机大断面纵向平移、盾壳焊接；

步骤5、TBM纵向平移的过程中后配套下井、组装；

步骤6、TBM纵向平移、后配套组装；

步骤7、管线连接、整机调试；

步骤8、首环管片固定架的安装；

步骤9、TBM始发。

进一步地，所述的步骤1之前还包括：

步骤0、竖井吊装前准备，竖井底部、横通道、主线大断面铺设8列长48米的钢轨，钢轨底部用钢筋混凝土梁找平。

进一步地，所述的步骤1中的支撑盾吊装过程包括：

(1)、2台吊车落钩将支撑盾至地面200mm处静置，350吨履带吊起钩，趴杆，160吨配合落钩，将支撑盾从水平位置翻转90度到竖直状态；160吨吊车取下钢丝绳后，350吨履带吊将支撑盾吊起，通过回转、变幅、落钩将支撑盾吊入井下的始发托架上，下井后将支撑盾副推油缸组装完毕；

(2)1/3伸缩盾下井，下井时内伸缩盾与外伸缩盾之间预留主推油缸的安装空间；

(3)前盾吊装，前盾下井前先将底部1/3外伸缩盾吊至始发托架，350吨履带吊主吊，160吨汽车吊配合翻身，翻身后由350吨履带吊吊入始发托架上；

(4)前盾与外伸缩盾1/3下片完成组装后，依次安装主推油缸下部6根、驱动电机7个、扭矩臂2个、主推油缸上部4根、内伸缩盾剩余2片、外伸缩盾剩余2片由地面350T履带吊配合。

进一步地，所述的步骤2具体包括：

组装完成后进行TBM的横通道平移，平移时在始发托架侧面和钢板上用型钢焊接4个牛腿，用型钢提前做好和千斤顶行程等长的垫块，当到达千斤顶行程时将千斤顶收回，将提前做好的垫块垫好继续平移，当千斤顶再次到达行程后，将焊在钢板上的两个牛腿用割枪割掉向前平移两米进行焊接，如此循环，通过多段平移过程将TBM主机移至主线大断面左线轴线处。

进一步地，所述的步骤3具体包括：

(1)将机座第6节由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与前三节主机机座进行连接；

(2)盾尾底部第一块安装，由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与支撑盾连接；

(3)拼装机梁组装，由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与支撑盾井型梁进行连接；

(4)主机皮带机安装，由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与拼装机滑轨梁连接；

(5)拼装机安装，由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与拼装机滑轨梁连接；

(6)盾尾顶部两块安装，由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并并与支撑盾连接；

(7)主机组装完成。

进一步地，所述的步骤6具体包括：

TBM主机纵移，后配套台车组装工作面设在大断面毛洞口55T桁吊工作区，利用55T桁吊进行后配套的运输和组装，后配套台车由350T履带吊吊至井下，先按顺序组装后配套台车的1号连接桥→5号台车；

纵移完成后进行辅推管线连接，TBM主机与前5节台车利用辅推油缸纵移到始发掌子面，剩余的6→10号台车利用55T桁吊运至大断面，依次在导洞内进行组装并连接完管线，再利用电容车头将其拖至5号台车处完成机械连接和管线连接。

根据本发明的另一个方面，提供了一种隧道掘进机的吊装平移组合设备，包括：350吨履带吊、160T汽车吊和100T液压千斤顶，所述350T履带吊和所述160T汽车吊完成TBM的卸车及吊装工作，所述350T履带吊将大件设备吊装下井，所述100T液压千斤顶进行TBM的横通道平移、大断面纵向平移工作。

进一步地，所述组合设备还包括55T横通道桁吊，所述55T横通道桁吊进行大断面TBM二次组装及后配套组装作业。

进一步地，所述组合设备还包括盾尾用吊车，所述盾尾用吊车将后配套台车、拼装机支撑梁、拼装机、主机皮带架吊至竖井底部。

进一步地，所述350吨履带吊的4根主绳索与支撑盾主吊吊耳连接，所述160T汽车吊的吊钩绳索与支撑盾外侧两个辅助翻转吊耳连接，主副吊钩同时起升，离开地面200mm时，主吊以0.5米/分起钩，辅助吊车以相应速度配合落钩，保持均匀速度，支撑盾空中翻转过程中始终与地面保持200mm距离，直到TBM机身完成90°空中翻转。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明通过采用一台350T履带吊和一台160T汽车吊完成TBM的卸车及吊装工作，并用350T履带吊单独将大件设备吊装下井，提高效率；大断面TBM二次组装及后配套组装，使用55T横通道桁吊配合组装任务，确保吊装工作顺利进行，后配套台车、拼装机支撑梁、拼装机、主机皮带架3块盾尾用吊车吊至竖井底部。利用横通道55T桁吊由竖井底部通过横通道运至二次组装区域进行组装。这样，既满足施工技术要求，又经济实惠。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种TBM吊装平移工艺流程图；

图2为本发明实施例提供的一种支撑盾翻身示意图；

图3为本发明实施例提供的一种TBM第一段平移布置示意图；

图4为平移时在始发托架侧面和钢板上用型钢焊接4个牛腿示意图；

图5为本发明实施例提供的一种横通道平面图；

图6为本发明实施例提供的一种TBM纵移示意图。

图7为本发明实施例提供的一种主副吊载荷分配系数示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例采用一台350T履带吊和一台160T汽车吊完成TBM的卸车及吊装工作，并用350T履带吊单独将大件设备吊装下井，提高效率；横通道平移、大断面纵向平移，采用两台100T液压千斤顶进行平移工作。大断面TBM二次组装及后配套组装，使用55T横通道桁吊配合组装任务，确保吊装工作顺利进行，后配套台车、拼装机支撑梁、拼装机、主机皮带架3块盾尾用吊车吊至竖井底部。利用横通道55T桁吊由竖井底部通过横通道运至二次组装区域进行组装。这样，既满足施工技术要求，又经济实惠。

吊具选择见表2

表2：

地基准备

吊装受力地基主要为地面往下8米杂填土，地面往下1米为钢筋混凝土，根据地质勘查报告物理力学性能参数，地层承载力标准值90～135kPa，重度18kN/m3，粘聚力c＝18～30kPa，内摩擦角履带可视为方形基础，根据土力学天然浅基础地基极限承载力近似计算理论(勃朗特-维西克公式)：

式中：γ——地基土的平均重度18kN/m3；

b——浅基础宽度，取计算扩散宽度3.2m；

c——地基土的粘聚力，取土层中最小值18kPa；

d——浅基础的埋深，取刚性路面厚度1m；K——地基承载力安全系数；

Nγ、Nc、Nq——勃朗特-维西克公式地基承载力系数，是内摩擦角的函数，按照土层中最小内摩擦角查取。

现场吊装采用1台350T履带吊，1台160T汽车吊，地面上铺设4块20cm厚的钢板(吊车自带)，履带吊站在此钢板上进行吊装作业。

1、起吊时地基承载力验算

起重机自身重量：约350T

铺设钢板重量：约25T

最重单件(支撑盾)重量：约130T

吊车履带垫板面积：46.64㎡

考虑吊装过程中制动荷载系数1.3，偏载系数1.5。

所以地面承载力F＝αkG/2＝1.3×1.5×(130+350+25)/2＝492.38 T

地面承载压强：P＝F/S＝492.38T/46.64m²＝10.56T/m²＝105.6Kpa，

P_c＝158kPa＞P＝105.6kPa，

安全系数：

地基承载力满足要求，按照地层力学性能最小取值计算仍具备1.496的安全系数。

2、起吊时对地基承载力要求为：0.24Mpa，吊装下井场地利用C20混凝土进行场地硬化处理，并铺设φ20的钢筋网，硬化厚度为35cm。C20混凝土，其轴心抗压强度标准值fck＝13.4Mpa＞0.24Mpa，地面硬化可满足受力要求。

3、由于地表面往下8m均为杂填土，因此要考虑起吊重量会给竖井侧墙的作用力。此处要经过验算后再经过处理，需满足地基承载力要求，并且竖井支护结构必须要满足下井吊装而不发生坍塌。

吊装场地钢筋混凝土硬化底板计算过程如下：

(1)计算荷载

起重机自身重量：约350t

铺设钢板重量：约25t

支撑盾重量：约130t

考虑吊装过程中制动荷载系数1.3，偏载系数1.5。

F＝αkG/2＝1.3×1.5×(130+350+25)/2＝492.38t；

式中：a——动载系数1.3；

k——吊装时考虑的偏载系数1.5；

G——为吊车自重及吊载重量；

将混凝土板简化为柱下独立基础进行计算，计算结果：

1)统计到基底的荷载

标准值:Nk＝7005.93，Mkx＝0.00，Mky＝0.00

设计值:N＝9458.00，Mx＝0.00，My＝0.00

2)承载力验算时，底板总反力标准值(kPa):[相应于荷载效应标准组合]

pkmax＝(Nk+Gk)/A+|Mxk|/Wx+|Myk|/Wy

＝48.67kPa

pkmin＝(Nk+Gk)/A-|Mxk|/Wx-|Myk|/Wy

＝48.67kPa

pk＝(Nk+Gk)/A＝48.67kPa

各角点反力p1＝48.67kPa，p2＝48.67kPa，p3＝48.67kPa，p4＝48.67kPa

3)强度计算时，底板净反力设计值(kPa):[相应于荷载效应基本组合]

pmax＝N/A+|Mx|/Wx+|My|/Wy

＝65.68kPa

pmin＝N/A-|Mx|/Wx-|My|/Wy

＝65.68kPa

p＝N/A＝65.68kPa

各角点反力p1＝65.68kPa，p2＝65.68kPa，p3＝65.68kPa，p4＝65.68kPa。

4)地基承载力验算:

pk＝48.67<fa＝140.00kPa，满足

pkmax＝48.67<1.2*fa＝168.00kPa，满足

5)基础抗剪验算:

抗剪验算公式V<＝0.7*βhs*ft*Ac[《地基规范》第8.2.9条]

(剪力V根据最大净反力pmax计算)

第1阶(kN):V下＝1182.25，V右＝1418.70，V上＝1182.25，V左＝1418.70

砼抗剪面积(m2):Ac下＝5.52，Ac右＝5.52，Ac上＝5.52，Ac左＝5.52抗剪满足.

6)基础抗冲切验算:

抗冲切验算公式Fl<＝0.7*βhp*ft*Aq[《地基规范》第8.2.8条]

(冲切力Fl根据最大净反力pmax计算)

第1阶(kN):Fl下＝707.67，Fl右＝985.10，Fl上＝707.67，Fl左＝985.10

砼抗冲面积(m2):Aq下＝4.08，Aq右＝4.35，Aq上＝4.08，Aq左＝4.35抗冲切满足.

7)基础受弯计算:

弯矩计算公式M＝1/6*la2*(2b+b')*pmax[la＝计算截面处底板悬挑长度]

根据《地基规范》第8.2.1条，扩展基础受力钢筋最小配筋率不应小于0.15％

第1阶(kN.m):M下＝798.02，M右＝1170.43，M上＝798.02，M左＝1170.43，h0＝460mm

计算As(mm2/m):As下＝750(构造)，As右＝750(构造)，As上＝750(构造)，As左＝750(构造)

配筋率ρ:ρ下＝0.150％，ρ右＝0.150％，ρ上＝0.150％，ρ左＝0.150％

基础板底构造配筋(最小配筋率0.15％).

双柱间基础顶部需要配筋As上＝9000(mm2/全宽范围)(构造).ρ上＝0.150％.M＝2837(KN.m)

8)底板配筋:

X向实配E14@200(770mm2/m，0.154％)>＝As＝750mm2/m

Y向实配E14@200(770mm2/m，0.154％)>＝As＝750mm2/m

通过上述对地基承载力的计算和处理后，地基承载力能满足TBM吊装要求。

吊装工具验算

1、TBM主机大件吊装钢丝绳及绳扣选择

TBM单件重量最大是支撑盾130t，选用直径65mm的钢丝绳。

P＝k×G/(nsinα)＝1.1×130/(4sin72°)＝37.5(T)

其中K：为动载系数取1.1；

α：为钢丝与水平面夹角，根据吊耳布置计算夹角为72°

绳扣选用6×37+1，Ф65，抗拉强度为170kg/mm2，单股使用，绳扣破断拉力为266.5T，安全系数＝266.5/37.5＝7.11，大于吊装规范要求的6倍安全系数，满足吊装安全要求。

2、TBM配套设施吊装钢丝绳及绳扣选择

吊装后配套，选用直径36mm的钢丝绳(压制套头)。

P＝k×G/(nsinα)＝1.1×27/(4sin60)＝8.57(T)

绳扣选用6×37+1，Ф36，抗拉强度为170kg/mm2，单股使用，绳扣破断拉力为75.7T，安全系数75.7/8.57＝8.83，大于吊装规范要求的6倍安全系数，满足吊装安全要求。

3、卡环选用

本次主要部件的吊装全部使用55t卸扣。

TBM吊装卸甲的选用按吊装支撑盾计算，支撑盾总重130t。采用四个吊点，单个卸扣的受力为37.5t，卸扣的安全负荷为55t，大于41.3t，满足施工要求。

吊装后配套台车最重29.2t，采用四个吊点，单个卸扣的最大受力为8.43t，选择17t卸扣，安全负荷为17t，大于8.43t，满足施工要求。

4、吊耳验算

现选择支撑盾作为研究对象，共设计四个吊耳，主钢板厚度为40mm，吊耳孔直径为90mm，吊耳孔外近边宽度80mm。

根据力的分解与合成计算得，钢丝绳夹角α＝72°，吊耳处承受力T：

T＝(130÷4)×9.8＝318.5KN

吊耳所受拉力为T1：

T1＝T·sinα＝266.6KN

吊耳所受剪力为：

Q1＝T·cosα＝39.5KN

现计算抗拉与抗剪能力，吊耳材质考虑为Q235钢，抗拉设计强度为f＝205N/mm2，抗剪设计强度为fv＝120MPa。

开孔处最小抗拉面积S:

S＝(228-90)×40＝5520mm2

则极限抗拉能力T:

T＝f·S＝205×5520÷1000＝1131.6KN

极限抗剪能力Q:

T＝fv·S＝120×5520÷1000＝662.4KN

抗拉安全系数为K1:

K1＝T/T1＝1131.6÷266.6＝4.2＞4

抗剪安全系数为K2:

K2＝[Q]/Q1＝662.4÷39.4＝16.8＞4

结论：满足安全系数均大于4倍的施工要求。

履带单机主臂吊装下井时卷筒剩余钢丝绳核算

350t履带吊在本次TBM吊装中，选用主臂工况，主臂长30m，吊装下井时的作业最大半径R＝10m，吊钩选用200吨钩，12倍率；主副卷扬钢丝绳总长为1400米。

TBM到达基座时吊车卷扬上剩余钢丝绳的最小圈数：

剩余钢丝绳长度＝钢丝绳全长-放出钢丝绳长度

其中：放出钢丝绳长度＝动定滑轮的最大距离×倍率+吊臂长度

＝〔30(臂杆高度)×sin80°+3.245(履带地面以上部分高度)+50(竖井深度)-6.31(TBM直径)-6(主吊索在竖直方向高度)〕×12+30＝875.7(米)

剩余钢丝绳长度＝1400-875.7＝524.3(米)；

最小圈数＝剩余走绳长度/卷扬周长＝524.3/2/(3.14159×0.7)＝119(圈)>规范要求的最小3圈，满足吊装所需安全要求。

TBM吊装总体施工部署

1、TBM竖井吊装

竖井吊装前准备：竖井底部、横通道、主线大断面铺设8列长48米的钢轨，钢轨底部用钢筋混凝土梁找平。

2、TBM竖井一次吊装

TBM主机托架→支撑盾(辅推油缸安装)→外、内缩盾下片→前盾→主推油缸、刀盘驱动电机、扭矩臂安装、内外伸缩盾上两片安装→外伸缩盾焊缝焊接→整体后移→刀盘安装

3、TBM平移

横通道平移(移至左轴线)

4、TBM大断面二次吊装

主机纵向平移→盾尾下片安装→主机皮带机第一节安装→拼装机安装→盾尾顶部两片盾尾安装→盾尾焊缝焊接

5、TBM纵向平移、盾壳焊接

TBM主机大断面纵向平移(沿隧道轴线平移)

6、TBM纵向平移的过程中后配套陆续下井、组装

电容车车头→主机皮带机第二段→1号连接桥→2号连接桥→1号台车→2号台车→3号台车→4号台车→5号台车

7、TBM纵向平移、后配套组装

TBM纵向平移(向前平移54m)→6号台车→7号台车→8号台车→9号台车→10号台车

8、管线连接、整机调试

9、首环管片固定架的安装

10、TBM始发

TBM吊装及平移所需施工设备如下表2。

表2 TBM吊装及平移设备表

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本发明使用350吨履带吊完成TBM所有构件的吊装下井；在地面上，前盾、支撑盾的卸车、翻身采用350T履带吊+160T汽车吊抬吊作业，旋转及下井由350T履带吊单独作业。图1为本发明实施例提供的一种TBM吊装平移工艺流程图，包括如下的处理步骤：

1、TBM主机下井前说明

TBM主机完成吊装下井后，需在横通道内平移，主机在横通道内平移时，受横通道净宽13m限制，主机长度不应大于13m，本发明所选TBM主机长为15.7m，因此需将主机分成两段先后通过横通道平移到正线隧道后，在正线隧道内完成这两段的连接组装工作。第一段由刀盘、前盾、伸缩盾、支撑盾。第二段为机座、盾尾、拼装机支撑梁、拼装机、第一节主机皮带拼装机。

2、纵移主机安装第二节主机皮带及后配套台车。

本发明所加工TBM机座总长为13m，分成6节，将机座前5节在场地组装完成吊入竖井。

3、TBM第一段吊装下井及平移

组装顺序为支撑盾、辅推油缸、下部1/3内外伸缩盾、前盾、扭矩臂、刀盘驱动电机、主推进油缸、顶部两块内外伸缩盾、稳定器、刀盘。

(1)支撑盾吊装

首先运输车辆倒车驶入预定吊装位置，拖车到位后，用4条φ65×6m钢丝绳挂350T履带吊大钩上及4个主吊耳上，2条φ56×12m钢丝绳挂160吨T汽车吊吊钩上及2个翻身吊耳上。检查无误后缓慢起钩，将支撑盾吊离板车200mm后板车开走。2台吊车缓慢落钩将支撑盾至地面200mm处静置，观察吊耳、钢丝绳、吊车基础有无变形。350吨履带吊起钩，趴杆，160吨配合落钩，将支撑盾从水平位置翻转90度到竖直状态；160吨吊车取下钢丝绳后，350吨履带吊将支撑盾吊起，通过回转、变幅、落钩将支撑盾吊入井下的始发托架上。下井后将支撑盾副推油缸组装完毕。辅推油缸共计16根。主、辅吊车在地面同时工作时，由一名信号工统一指挥，并与之保持最小安全距离；下井时地面、井底各需一个信号工，并用对讲机辅助指挥。支撑盾翻身示意图如图2所示。

(2)1/3伸缩盾下井，下井时内伸缩盾与外伸缩盾之间预留主推油缸的安装空间。(1米-1.3米)

(3)前盾吊装

前盾下井前先将底部1/3外伸缩盾吊至始发托架。

前盾吊装：前盾吊装与支撑盾吊装方法一样，350吨履带吊主吊，160吨汽车吊配合翻身，翻身后由350吨履带吊吊入始发托架上。

(4)前盾与外伸缩盾1/3下片完成组装后，依次安装主推油缸下部6根、驱动电机7个、扭矩臂2个、主推油缸上部4根、内伸缩盾剩余2片、外伸缩盾剩余2片由地面350T履带吊配合。

(5)刀盘翻身、吊装下井

①用4条φ65×6m的钢丝绳腰挂在350T履带吊车大钩上，将2个55t卸扣分别连接到钢丝绳的2组头上，再将卸扣分别连接到已焊接好的吊装吊耳上。

②在吊耳对面，在刀盘下均匀垫2000×200×200mm的枕木4至6条，慢慢起钩使钢丝绳受力，检查钢丝绳、卸扣受力和吊耳情况后缓慢起钩，并操作350T履带吊向翻起方向回转，刀盘另一侧压在木方上，这样一边起钩一边回转，直至刀盘垂直压在木方上，完成刀盘翻身，钢丝绳不得超负荷使用。

在井底将刀盘和前盾连接固定好，检查刀盘的安装固定情况确认正确安全可靠之后松钩解除钢丝绳和卸扣，起钩回转吊机，刀盘吊装完成。第一段组装完成。本段完成后就要进行主机的平移。

(6)主机平移

竖井宽8m，横通道长25米，横通道与大断面交汇处宽15米。在竖井至横通道与大断面交汇处铺设轨道，总长为48米，共铺设8列。TBM主机一次组装完总重450T，每列轨道承载57.5T,经计算符合承载要求。图3为TBM第一段平移布置示意图。

(7)TBM平移施工过程

TBM平移材料表

组装完成后进行TBM的平移，平移时始发托架所受的摩擦力f：

f＝μ*N＝0.3*4500＝1350KN

μ为滑动摩擦系数；

N为正压力(始发托架+TBM主机)

滑动摩擦因数μ取μ＝0.3；正压力N＝4500KN

两个千斤顶推力:F＝2*1000＝2000KN

由此得出两个千斤顶推力大于平移所受到的摩擦力，两个100T千斤顶能满足平移要求。

平移时在始发托架侧面和钢板上用型钢焊接4个牛腿，前后两个牛腿的距离为千斤顶长度如图4所示。

用型钢提前做好和千斤顶行程等长的垫块，当到达千斤顶行程时将千斤顶收回，将提前做好的垫块垫好继续平移，当千斤顶再次到达行程后，将焊在钢板上的两个牛腿用割枪割掉向前平移两米进行焊接，如此循环将TBM主机移至左线轴线处。完成整个平移。

TBM在横通道内需进行分段平移，每段平移距离由千斤顶行程和垫块决定。如此反复焊接固定块将TBM主机第一段移至主线大断面左线轴线处。平移装置由2个100T千斤顶、固定块及垫块组成。由于TBM主机较重，因此平移主机时需要焊接的固定块要焊接牢固，平移过程中需要做好工序的衔接，施工难度大，施工速度较慢。

4、TBM第二段吊装下井组装、纵移

本段组装主要部件有拼装机支撑梁、拼装机、第1节主机皮带架及盾尾3块。

(1)将机座第6节由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与前三节主机机座进行连接(栓接)。

(2)盾尾底部第一块安装。由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与支撑盾连接(栓接)。

(3)拼装机梁组装。由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与支撑盾井型梁进行连接(栓接)。

(4)主机皮带机安装。由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与拼装机滑轨梁连接(连接形式为支持关系滑轮滑轨)。

(5)拼装机安装。由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与拼装机滑轨梁连接。(连接形式为滑轨)

(6)盾尾顶部两块安装。由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并并与支撑盾连接(连接形式栓接)。待纵移焊接。

(7)主机组装完成。

后配套组装

将TBM主机组装完成后，由于TBM主机和后配套总长为135m，在横通道与大断面交汇处无法完成主机及后配套的组装。因此方案选用主机纵移，后配套台车组装工作面设在大断面毛洞口55T桁吊工作区，利用55T桁吊进行后配套的运输和组装。后配套台车由350T履带吊吊至井下。

先按顺序组装后配套台车的1号连接桥→5号台车。要完成1号连接桥→5号台车的组装需将TBM整机纵移，经计算需纵移66m。这段距离在毛洞内弧形导台上完成，纵移动力采用现场液压泵站两个100T的千斤顶顶推实现。

纵移完成后进行辅推管线连接，这样就可以用TBM主机的辅推油缸进行纵移，辅推油缸行程2250mm，现场液压泵站油缸行程800mm，这样对比下来用TBM辅推油缸减少了工作量又提高了工作效率节省了时间。

TBM主机与前5节台车利用辅推油缸纵移到始发掌子面。与此同时剩余的6→10号台车利用55T桁吊运至大断面，依次在导洞内进行组装并连接完管线，再利用电容车头将其拖至5号台车处完成机械连接和管线连接。这样可以使得TBM主机可以快速通过导台从而降低设备在洞内纵移风险。图5为一种横通道平面图，图6为TBM纵移示意图。

纵移完成后，连接管线后TBM设备整机调试。

首环管片固定架的安装

TBM始发时需要安装首环管片固定架，首环管片固定架需要设计单位验算，满足始发要求后方可安装。安装管片固定架时要严格按设计施工，保证锚杆锚固牢固，焊接部位焊接饱满，有必要时纵向采用型钢临时加固措施，并加强固定架位移监测。安装完成后，安装管片密封装置(保证首环管片背后回填灌浆时不漏浆)。

本次施工采用350T履带吊(此吊车主机长13.7米，宽3.4米，高3.4米，重59T；履带纵向(长)10米，宽1.2米，重27T，横向(外宽)8.5米，吊车总重为350T)；吊车的臂杆选用30米主臂工况能够满足TBM各部件的吊装要求；对于TBM前盾、支撑盾、刀盘等重量大的部件由350T履带吊单机主钩卸车后，160T汽车吊配合完成TBM翻身工作，两机相互配合由水平状态慢慢转换为竖直状态，350T履带吊装下井然后回转落钩至指定位置落钩、摘钩。对于零星部件，在严格按照吊装规定的要求配备吊机，按照TBM吊装工艺要求进行。

辅助溜尾机械的选择：160T吊车配合溜尾翻身时，使用17.87米主臂，45T配重，工作半径5米，此时吊车额定载荷为96T，吊车溜尾时最大负载系数为70.83％；满足规范中溜尾翻身吊装负载系数的安全要求。

双机抬吊翻身载荷变化分析

350履带吊挂4根主绳索与支撑盾主吊吊耳连接，160T汽车吊吊钩绳索与支撑盾外侧两个辅助翻转吊耳连接，主副吊钩同时起升，离开地面200mm时，主吊以0.5米/分起钩，辅助吊车以相应速度配合落钩，保持均匀速度，支撑盾空中翻转过程中始终与地面保持200mm距离，直到机身完成90°空中翻转。

支撑盾空中翻转时主副吊载荷分配计算：通过分析整个翻转过程主副吊的受力情况，副吊受力最大时为支撑盾处于水平状态，此时主副吊处于配合溜尾状态；主副吊的承载与主吊吊耳与辅助翻转吊耳的相对位置有关：大部分情况为主副吊的受力基本相同，甚至副吊承载比主吊略小；本型TBM作业的机械选择、工况校核是根据主副吊耳的相对位置关系，得到图7所示的主副吊载荷分配系数。

主副吊配合溜尾：最重件总负载为130t，主吊荷载为总荷载的51.54％，副吊荷载为48.46％，主吊吊点为盾体上部四个吊点，副吊吊点为盾体下部两个吊点。

主吊：350T履带主吊选用200T钩(吊钩自重5T)穿6轮12股绳；用30米主臂吊装。开始翻转时吊装工作半径米7米，吊车吊装负荷73T(TBM部件重量的51.54％,加上绳索具及吊钩自重计6T)，此时主吊额定负荷320T，吊车负荷系数22.8％；随着TBM部件的缓慢竖立，主吊承载逐渐增加，直至承受TBM部件的全部重量，并缓慢变幅至10米，此时吊车额定载荷218T，吊车负荷系数62.4％(此时TBM已完全竖立，处于单钩吊装状态)，满足TBM吊装的规范安全要求。

辅助溜尾吊车：选用160T吊车(吊钩自重1.5T)穿四轮九股绳；用17.78米主臂吊装。起吊工作半径5米，吊车吊装负荷65T(TBM部件重量的48.46％,加上绳索具及吊钩自重计2T)，此时吊车额定负荷96T，吊车最大负荷系数67.71％；随着主吊的起升，辅助溜尾的辅助吊车载荷逐渐减小，直至为零并摘钩；吊车负载系数也逐渐减小，整个过程的主辅两吊车的负载系数均低于TBM翻转作业的规范设计要求。

TBM翻转过程：主副吊钩同时起钩，离开车体200mm时，使TBM运输车撤走→主吊以0.5米/分起钩继续起钩、辅助吊钩不动→使盾体贴近地面滑转盾体竖立至70°时，辅钩配合主吊以相应配合速度缓慢落钩，保持均匀速度，盾体翻转过程中始终与地面保持200mm，直到机身完成90°翻转。

纵观整个翻转过程中，主吊车起钩，辅助吊车配合落钩，通过调整主副吊车吊钩的相对运动速度，可改善辅助吊钩绳索的斜拉情况，使斜拉角度控制在安全范围内。

前盾、刀盘翻身下井与支撑盾方法一致。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种隧道掘进机的吊装施工方法，其特征在于，包括：

步骤1、隧道掘进机TBM竖井一次吊装，吊装顺序为：TBM主机托架→支撑盾→辅推油缸→下部1/3内外伸缩盾→前盾→主推油缸→刀盘驱动电机→扭矩臂安装→内外伸缩盾上两片安装→外伸缩盾焊缝焊接→整体后移→刀盘安装；

步骤2、TBM横通道平移，移至左轴线；

步骤3、TBM大断面二次吊装，吊装顺序为：主机纵向平移→盾尾下片安装→主机皮带机第一节安装→拼装机安装→盾尾顶部两片盾尾安装→盾尾焊缝焊接；

步骤4、TBM主机大断面纵向平移、盾壳焊接；

步骤5、TBM纵向平移的过程中后配套下井、组装；

步骤6、TBM纵向平移、后配套组装；

步骤7、管线连接、整机调试；

步骤8、首环管片固定架的安装；

步骤9、TBM始发。

2.根据权利要求1所述的隧道掘进机的吊装施工方法，其特征在于，所述的步骤1之前还包括：

步骤0、竖井吊装前准备，竖井底部、横通道、主线大断面铺设8列长48米的钢轨，钢轨底部用钢筋混凝土梁找平。

3.根据权利要求1所述的隧道掘进机的吊装施工方法，其特征在于，所述的步骤1中的支撑盾吊装过程包括：

（1）、2台吊车落钩将支撑盾至地面200mm处静置，350吨履带吊起钩，趴杆，160吨配合落钩，将支撑盾从水平位置翻转90度到竖直状态；160吨吊车取下钢丝绳后，350吨履带吊将支撑盾吊起，通过回转、变幅、落钩将支撑盾吊入井下的始发托架上，下井后将支撑盾副推油缸组装完毕；

（2）1/3伸缩盾下井，下井时内伸缩盾与外伸缩盾之间预留主推油缸的安装空间；

（3）前盾吊装，前盾下井前先将底部1/3外伸缩盾吊至始发托架，350吨履带吊主吊，160吨汽车吊配合翻身，翻身后由350吨履带吊吊入始发托架上；

（4）前盾与外伸缩盾1/3下片完成组装后，依次安装主推油缸下部6根、驱动电机7个、扭矩臂2个、主推油缸上部4根、内伸缩盾剩余2片、外伸缩盾剩余2片由地面350T履带吊配合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2具体包括：

组装完成后进行TBM的横通道平移，平移时在始发托架侧面和钢板上用型钢焊接4个牛腿，用型钢提前做好和千斤顶行程等长的垫块，当到达千斤顶行程时将千斤顶收回，将提前做好的垫块垫好继续平移，当千斤顶再次到达行程后，将焊在钢板上的两个牛腿用割枪割掉向前平移两米进行焊接，如此循环，通过多段平移过程将TBM主机移至主线大断面左线轴线处。

5.根据权利要求1所述的隧道掘进机的吊装施工方法，其特征在于，所述的步骤3具体包括：

（1）将机座第6节由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与前三节主机机座进行连接；

（2）盾尾底部第一块安装，由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与支撑盾连接；

（3）拼装机梁组装，由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与支撑盾井型梁进行连接；

（4）主机皮带机安装，由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与拼装机滑轨梁连接；

（5）拼装机安装，由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并与拼装机滑轨梁连接；

（6）盾尾顶部两块安装，由竖井吊下，通过横通道，利用55T桁吊吊至主机断面并并与支撑盾连接；

（7）主机组装完成。

6.根据权利要求1所述的隧道掘进机的吊装施工方法，其特征在于，所述的步骤6具体包括：

TBM主机纵移，后配套台车组装工作面设在大断面毛洞口55T桁吊工作区，利用55T桁吊进行后配套的运输和组装，后配套台车由350T履带吊吊至井下，先按顺序组装后配套台车的1号连接桥→5号台车；

纵移完成后进行辅推管线连接，TBM主机与前5节台车利用辅推油缸纵移到始发掌子面，剩余的6→10号台车利用55T桁吊运至大断面，依次在导洞内进行组装并连接完管线，再利用电容车头将其拖至5号台车处完成机械连接和管线连接。