CN108547625B - 一种隧洞内tbm刀盘拆除方法 - Google Patents

一种隧洞内tbm刀盘拆除方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及TBM设备技术领域,尤其涉及一种隧洞内TBM刀盘拆除方法,包括以下步骤:在TBM掘进过程中,对围岩进行支护施工;将TBM退至预定位,在TBM与掌子面之间形成工作区域;在工作区域的围岩进行支护施工,在掌子面进行锁定TBM刀盘的锚索施工;将TBM重新顶到掌子面,并将刀盘固定在锚索上;拆除刀盘,令刀盘与TBM盾体分离;将TBM盾体退至预定位,刀盘与TBM盾体之间形成作业空间。本发明的发明目的在于提供一种隧洞内TBM刀盘拆除方法,本发明提供的技术方案在隧洞内将刀盘拆除,刀盘与TBM盾体之间的隧洞即可作为大部件维修或更换的作业空间,解决了传统维修或更换方法更换费用高、效率低,同时也受TBM埋深条件限制造成维修或更换困难的技术问题。

Description

一种隧洞内TBM刀盘拆除方法
技术领域
本发明涉及TBM设备技术领域,尤其涉及一种隧洞内TBM刀盘拆除方法。
背景技术
随着我国经济和社会的发展,长大铁路、公路隧道、引水隧洞、城市地铁等重大地下工程建设项目越来越多,特长、大断面、地质条件复杂的隧道施工技术难度越来越大,而对开挖速度、安全、环保、质量和效益的要求也越来越高,因此,TBM被越来越多应用于长大隧道中。盾构是一种用于软土隧道暗挖施工的机械。硬岩掘进机,也称岩石掘进机,国内一般叫TBM,即是全断面岩石隧道掘进机,是以岩石地层为掘进对象。硬岩掘进机与盾构的主要区别就是不具备泥水,土压等维护掌子面稳定的功能。
在TBM掘进过程中,大部件损坏需要进行维修甚至更换,受限于隧洞内的空间,隧洞内TBM大部件维修或更换往往采用的是开挖竖井或开挖迂回导洞和扩大洞的方式进行更换,传统维修或更换方法更换费用非常高、效率低同时也受TBM埋深条件限制造成维修或更换困难的技术问题。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种隧洞内TBM刀盘拆除方法,本发明提供的技术方案在隧洞内将刀盘拆除,刀盘与TBM盾体之间的隧洞即可作为大部件维修或更换的作业空间,解决了传统维修或更换方法更换费用高、效率低,同时也受TBM埋深条件限制造成维修或更换困难的技术问题。
为了达到上述发明目的,本发明提供一种隧洞内TBM刀盘拆除方法,包括以下步骤:
S100、在TBM掘进过程中,对围岩进行支护施工;
S200、将TBM退至预定位,在TBM与掌子面之间形成工作区域;
S300、在工作区域的围岩进行支护施工,在掌子面进行锁定TBM刀盘的锚索施工;
S400、将TBM重新顶到掌子面,并将刀盘固定在锚索上;
S500、拆除刀盘,令刀盘与TBM盾体分离;
S600、将TBM盾体退至预定位,刀盘与TBM盾体之间形成作业空间。
优选的,在步骤S100中,所述围岩的等级为Ⅲ类以上;在步骤S100和S300中,所述支护的类型为钢拱架@900mm,系统锚杆Φ18@900mm*900mm,L=1800mm,拱顶120度挂Φ8@150mm*150mm钢筋网的支护。
优选的,在步骤S200将TBM退至预定位前,完成以下前序工作:将步骤S100中的所述支护的钢筋网片和钢拱架拆除,将锚杆头外露部分切除;将隧洞连续皮带机托架拆除和重新张紧皮带;拆除刀盘全部滚刀和掌子面锚索施工放样、刀盘底部支撑预埋件施工放样。
在步骤S300中,在掌子面进行锁定TBM刀盘的锚索施工;优选的,所述锚索施工包括搭接工作平台、钻孔、锚索制作、下锚索体和注浆。
优选的,在锚索施工中,钻孔深度5米,孔径Φ130mm,每孔施加预应力200KN,锚索采用2sΦ15·2(1*7)无粘结钢绞线,强度为1860MPa;锚索制作采用可回收锚索工艺施工。
在步骤S400中将刀盘固定在锚索上;优选的,所述锚索在刀盘上的受力点为6-8#刀箱、5-7#刀箱、9#刀箱、10#刀箱、19#刀箱、20#刀箱、21#刀箱、22#刀箱共8个点。
优选的,在步骤S400将TBM重新顶到掌子面前,进行刀盘支撑预埋件施工,包括预埋钢板预埋位置平整和钢板锚固锚杆施工;
所述预埋钢板预埋位置平整:预埋钢板尺寸为长400mm,宽400mm,根据钢板尺寸,在掌子面处的刀盘左右两个位置把圆弧形洞壁平整为平面;
所述钢板锚固锚杆施工:采用锚固锚杆将钢板固定于预埋钢板预埋位置;所述锚固锚杆设计为锚固剂锚杆,锚杆锚固孔采用气动凿岩机成孔。
本发明通过在掌子面上进行锚索施工以及在掌子面的地面上进行刀盘支撑预埋件施工,在将刀盘固定在锚索以及刀盘支撑预埋件上后,将刀盘拆除,令刀盘与TBM盾体之间形成大部件维修或更换的作业空间,无需开挖竖井、迂回导洞或扩大洞的方式即可完成对TBM大部件的维修或更换,解决了传统维修或更换方法更换费用高、效率低,同时也受TBM埋深条件限制造成维修或更换困难的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种隧洞内TBM刀盘拆除方法施工流程图;
图2为本发明实施例一种隧洞内TBM刀盘拆除方法流程框图;
图3为本发明实施例步骤S300中锚索施工流程图;
图4为本发明实施例一种隧洞内TBM刀盘拆除方法的刀箱及钢支撑示意图;
图5为本发明实施例一种隧洞内TBM刀盘拆除方法的预埋钢板施工示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
现有TBM大部件维修或更换,需要采用开挖竖井、迂回导洞或扩大洞的方式,维修或更换费用高、效率低,同时也受TBM埋深条件限制造成维修或更换困难的技术问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种隧洞内TBM刀盘拆除方法,能够在隧洞内完成刀盘与TBM盾体之间的拆除,令刀盘与TBM盾体之间的隧洞形成供工作人员维修或更换大部件的工作空间。在说明本发明实施例之前,先介绍现有的TBM设备,以帮助理解本发明实施例中的相关方案。
盾构,是一种用于软土隧道暗挖施工的机械,开挖面的稳定方法是它区别于硬岩掘进机的主要方面。硬岩掘进机,也称岩石掘进机,国内一般叫TBM(tunnelboringmachine),即是全断面岩石隧道掘进机,是以岩石地层为掘进对象。硬岩掘进机与盾构的主要区别就是不具备泥水,土压等维护掌子面稳定的功能。
掌子面,是坑道施工中的一个术语,即开挖坑道不断向前推进的工作面。隧道的开挖使得支撑隧道洞身的围岩被挖掉,掌子面后方出现临空,围岩应力重新分布,导致围岩向隧道净空方向变形。软弱围岩隧道设置超前支护和初期支护的主要目的,就是抑制这些变形的发展,防止围岩出现围岩松弛现象。
在本发明实施例中,是将刀盘固定与掌子面上,适用于围岩等级Ⅲ类以上的地质较好条件洞段。
如图1-2所示,本实施例提供了一种隧洞内TBM刀盘拆除方法,包括以下步骤:
S100、在TBM掘进过程中,对围岩进行支护施工。
根据设计,在掘进过程中围岩支护类型为钢拱架@900mm,系统锚杆Φ18@900mm*900mm,L=1800mm,拱顶120度挂Φ8@150mm*150mm钢筋网支护。待TBM掘进至可以进行维修或更换TBM大部件的地段后(Ⅲ类以上的地质较好条件洞段),TBM即停止掘进。
S200、将TBM退至预定位,在TBM与掌子面之间形成工作区域。
在将TBM退至预定位前,还需完成以下前序工作:S201、将步骤S100中的支护的钢筋网片和钢拱架拆除,将锚杆头外露部分切除;S202、将隧洞连续皮带机托架拆除和重新张紧皮带;S203、拆除刀盘全部滚刀和掌子面锚索施工放样、刀盘底部支撑预埋件施工放样。
其中,步骤S202中,对隧洞连续皮带机托架拆除和重新张紧皮带过程中,由于TBM8#台车段已安装的隧洞连续皮带机托架及托辊,需要根据TBM后退距离进行拆除,托架和托辊在拆除的同时进行皮带张紧。
步骤S203中,本发明实施例提供的技术方案是将刀盘通过锚索张拉固定在掌子面上,为了增加刀盘与掌子面的贴合面积,将刀盘上已安装的滚刀全部拆除。在步骤S203中完成锚索施工以及预埋件施工,为了预埋件预埋尺寸精确,需要完成掌子面锚索施工放样、刀盘底部支撑预埋件施工放样。
S300、在工作区域的围岩进行支护施工,在掌子面进行锁定TBM刀盘的锚索施工。
完成步骤S200中的前序工作后,TBM退至预定位置,为工作区域围岩支护施工、刀盘张拉锚索施工、刀盘支撑预埋件施工腾出施工空间。
在工作区域的围岩进行支护施工,为下步工序安全作保障。支护形式为系统锚杆Φ18@900mm*900mm,L=1800mm,拱顶120度挂Φ8@150mm*150mm钢筋网。
在掌子面进行锁定TBM刀盘的锚索施工中,预应力锚索的设计主要包括锚固荷载大小、锚孔直径及锚固段长度。根据文献资料和工程岩体分级标准,在确定上述3个参数中,最为主要的是确定粘结强度。通过众多算例和工程实例的比较,锚固荷载与锚孔直径具有依附关系,而内锚固段长度设计以粘结强度为基础,因此可以基于岩体基本质量指标BQ法确定内锚固段长度设计系数K0并由以下公式确定内锚固段长度L。L=K0*K*P,其中式中K0为内锚固段长度设计系数(m/KN),根据文献资料和现隧洞岩体基本质量指标BQ和锚孔直径Φ130mm,取值0.005;K为锚索设计所采用的安全储备系数,取值5;P为设计单束锚索承载力(KN)。
由此可得:L=5m,因此锚固段长度设计为5m,锚孔直径为Φ130mm,锚孔砂浆强度等级为M30。
综上,锚索施工采用2sΦ15·2(1╳7)无粘结钢绞线,极限抗拉强度为1860MPa(270级),每孔设计2索钢绞线,钻孔深度5米,锚孔直径Φ130mm,设计张拉力为200kN,单束钢绞线设计张拉力为100KN,采用可回收锚索工艺施工。施工区域顶拱120°范围采用Φ18@90mm*900mm,L=1800mm系统锚杆和Φ8钢筋网片@200mm*200mm支护。
如图4所示,刀盘张拉锚索设计为预应力水平可回收锚索共8个孔,分别对应刀盘上的6-8#刀箱、5-7#刀箱、9#刀箱、10#刀箱、19#刀箱、20#刀箱、21#刀箱和22#刀箱。在步骤S200的前序工作中,滚刀拆除后根据选定的刀箱号位置进行锚索施工放样。
如图3所示,在施工过程中,锚索制作采用可回收锚索工艺施工,具体分为以下几个步骤:
S301、先搭建工作平台:用脚手架按锚孔横排位置,搭接两米宽施工的工作平台。平台低于横排锚孔0.5m。平台铺上厚度≥25mm木板,平台外边设栏杆,保证钻机施工时的稳定及施工的安全性。
S302、设备安装就位:平台搭好后在TBM主梁运刀通道将钻机分解,用人工将潜孔钻机搬运至工作平台组装,将钻机的钻头、冲击器、钻杆安装好后,将钻机底盘螺丝松开,调整钻机底盘将钻头对准孔位,将钻机的倾角调好,定位组装架设,并用脚手架、扣件和连接器将钻机固定在平台的钢管上。
S303、钻孔:钻孔又分为以下几步:
1)、钻孔倾角:钻孔的倾角为垂直掌子面,开孔时要用钻头来回多次对孔口进行钻进,导正开孔的倾角和孔位,随时调整钻机,保证在开孔时由岩层软硬或坡面不平整引起钻机对孔位偏移的误差,在钻进中每钻进2m量测一次钻孔孔斜,及时调整钻孔孔斜误差。锚孔倾角、水平角允许误差点在±1°内,成孔后,孔斜不超过3%。
2)、钻机参数的调整控制:在钻进中应根据岩层的岩性软硬来调整钻机的参数。当岩性较硬时应低压低转速钻进,当岩性较软时应高压高转速钻进。当钻孔越深时应用较高的风压,当钻孔越浅时可适当降低钻机的风压。钻机钻进参数控制用钻机的操作阀来调节。
3)、钻孔中:钻进过程中应对每个孔的地层变化、钻进状态、地下水及一些特殊性情况作好现场记录,当钻进深度超过2m时要求每钻进一米清除孔内岩粉一次。锚索全孔直径为130mm。为确保锚孔深度,实际钻孔深度要求大于设计孔深0.1m。
4)、清孔:钻孔终孔后,下锚索前应将孔内的残渣岩粉清除干净,宜采取高压空气风(风压0.2~0.4MP)高压水循环清孔两遍,再用吸管排除积水,以免降低水泥砂浆和孔壁的粘结强度。钻孔成孔后在注浆前应用棉纱或水泥包装编织袋堵孔临时防护。
S304、锚索制作:锚索的制作堆放应在工棚内,钢筋、钢绞线堆放时应在底部用≥20cm木头垫好,并在上面盖上彩条布防止钢筋、钢绞线銹蚀损坏;制作锚杆的钢筋应除锈、除油污、除机械损伤。锚索要确保每根钢绞线顺直,不扭不叉,排列均匀,对死弯,机械损伤处应剔除。无粘结钢绞线外套管不得有破损。锚索制作前应对钻孔实际长度进行测量,并按孔号截取锚索体长度;锚体材料应用机械切割,不得用电弧切割;锚索按设计长度用切割机进行切割。锚索通长不得用电焊接长,锚体上每隔2m设一居中架。
S305、下锚索体:采用人工下锚体的方式。将制作好的锚体从孔口插入,使锚体居中,并距离孔底0.5m。下锚索时锚索体由套管作导向,操作人员协调一致,均匀用力往锚孔里推,保证锚索体在孔内顺直不扭曲。将锚索插入锚孔内,距离孔底0.5m居中安放好,并在锚孔外预留钢绞线2m长。下锚体时将注浆管头部用14号铁丝捆住留一弯勾,勾住锚体,锚体安置时跟随锚体下入孔底,注完浆后将注浆管轻轻一带,铁丝拉直脱离锚体,便可将注浆管取出。
S306、注浆:根据设计浆材为水泥砂浆,灰砂比1:1,水灰比0.45~0.5(具体配比由试验室出具),注浆压力不小于0.6~0.8MPa。注浆必须饱满密实,注浆体的强度要求达到M30强度。浆液应搅拌均匀,过筛,注浆管路应经常保持畅通。对于稳定时间短的岩体,可采用树脂或较强水泥砂浆粘结。必要时,根椐需要可在浆材中加入适量膨胀剂。采用砂浆泵将浆液输送至孔底,再由孔底返出孔口,待孔口溢出浆液与灌入浆液的浓度、颜色一致时可停止灌浆,或根据拌浆盆内的刻记确定注浆量,灌浆时采用阻塞器封闭灌注。锚索将锚固段和自由段同时注满,套管和孔壁间注满砂浆。
为了进一步提高刀盘固定的稳固性,还包括:
S307、刀盘支撑预埋件施工,如图5所示,包括:
1)、预埋钢板预埋位置平整:预埋钢板尺寸为长400mm,宽400mm,根据钢板尺寸,把圆弧形洞壁平整为平面。
2)、钢板锚固锚杆施工:锚固锚杆设计为锚固剂锚杆,锚杆采用Φ18螺纹钢,L=800mm,每块钢板4根,共8根,预埋钢板刀盘左右各一块,共2块。锚杆锚固孔采用气动凿岩机成孔,成孔直径Φ40mm。
S400、将TBM重新顶到掌子面,并将刀盘固定在锚索上。
锚索施工和刀盘支撑预埋件施工完成后,将TBM重新顶到掌子面,便可进行锚索张拉施工。
其中,锚索张拉施工:固段达到设计强度80%后才能进行张拉。正式张拉前先对锚固体进行2次预张拉,预张拉荷载为设计荷载的0.1倍。当锚头发生微小的偏心时需要用楔形板来进行调整。
锚索的张拉应力分四级施加,分别为设计拉力的0.1、0.5、1.0、1.1逐级增加至超张荷载。前三级荷载稳定时间为5分钟,最后一级荷载为15分钟。并分别记录每级荷载的伸长量。
预应力索的拉力锁定值不小于设计拉力值。预应力索锁定后48小时内,若发现损失超过10%,应进行补张拉。实际张拉过程中有2根锚索预应力损失超过10%,通过补张拉后达到设计值。
张拉到位后锁定,机械切割多余钢绞线,严禁电割、氧割,锚头钢绞线外余≥10cm以防滑脱。
为了使刀盘和盾体分离后不向下滑动,在刀盘拆除前,在刀盘底部两边与洞壁之间焊接钢结构支撑,即需要对步骤S307中的刀盘支撑预埋件进行焊接施工,对步骤S307中的刀盘支撑预埋件焊接施工中,现场根据实际尺寸,用厚30mm钢板现场加工支撑结构,支撑结构与预埋钢板和刀盘的连接采用焊接形式。
S500、拆除刀盘,令刀盘与TBM盾体分离。
在拆除刀盘前,再次确定刀盘固定锚索张拉预应力索的拉力锁定值不小于设计拉力值,确定无误后,便可通过螺栓张拉器拆除刀盘螺栓。刀盘通过固定锚索和支撑结构固定后,和盾体分离,达到了刀盘无位移的预期效果。
S600、将TBM盾体退至预定位,刀盘与TBM盾体之间形成作业空间。
刀盘螺栓全部拆除后,通过后退TBM盾体,将刀盘与盾体分离。刀盘与盾体分离后,将TBM盾体后退至预定位置,为大部件维修或更换提供工作空间。
综上所述,本发明实施例通过在掌子面上进行锚索施工以及在掌子面的地面上进行刀盘支撑预埋件施工,在将刀盘固定在锚索以及刀盘支撑预埋件上后,将刀盘拆除,令刀盘与TBM盾体之间形成大部件维修或更换的作业空间,无需开挖竖井、迂回导洞或扩大洞的方式即可完成对TBM大部件的维修或更换,解决了传统维修或更换方法更换费用高、效率低,同时也受TBM埋深条件限制造成维修或更换困难的技术问题。
以上所述的实施方式,并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种隧洞内TBM刀盘拆除方法,其特征在于:包括以下步骤:
S100、在TBM掘进过程中,对围岩进行支护施工;其中,在步骤S100中,所述围岩的等级为Ⅲ类以上,对围岩进行支护施工的支护类型为钢拱架@900mm,系统锚杆Φ18@900mm*900mm,L=1800mm,拱顶120度挂Φ8@150mm*150mm钢筋网的支护;
S200、将步骤S100中的所述支护的钢筋网片和钢拱架拆除,将锚杆头外露部分切除;将隧洞连续皮带机托架拆除和重新张紧皮带;拆除刀盘全部滚刀和掌子面锚索施工放样、刀盘底部支撑预埋件施工放样;将TBM退至预定位,在TBM与掌子面之间形成工作区域;
S300、在工作区域的围岩进行支护施工,在掌子面进行锁定TBM刀盘的锚索施工;包括:搭建工作平台、进行设备安装、钻孔、锚索制作、下锚索体、注浆、以及刀盘支撑预埋件施工;所述刀盘支撑预埋件施工包括预埋钢板预埋位置平整和钢板锚固锚杆施工;其中,所述预埋钢板预埋位置平整包括预埋钢板尺寸为长400mm,宽400mm,根据钢板尺寸,在掌子面处的刀盘左右两个位置把圆弧形洞壁平整为平面;所述钢板锚固锚杆施工包括采用锚固锚杆将钢板固定于预埋钢板预埋位置;所述锚固锚杆设计为锚固剂锚杆,锚杆锚固孔采用气动凿岩机成孔;其中,工作区域的围岩进行支护施工的支护类型为钢拱架@900mm,系统锚杆Φ18@900mm*900mm,L=1800mm,拱顶120度挂Φ8@150mm*150mm钢筋网的支护;
S400、将TBM重新顶到掌子面,并将刀盘固定在锚索上,进行锚索张拉施工;其中,锚索正式张拉前先对锚固体进行2次预张拉,预张拉荷载为设计荷载的0.1倍,锚索张拉应力分四级施加,分别为设计拉力的0.1、0.5、1.0、1.1逐级增加至超张荷载,前三级荷载稳定时间为5分钟,最后一级荷载为15分钟;并分别记录每级荷载的伸长量;张拉到位后锁定,机械切割多余钢绞线;
S500、对所述刀盘支撑预埋件进行焊接施工,拆除刀盘,令刀盘与TBM盾体分离;其中,焊接施工包括根据实际尺寸用厚30mm钢板现场加工支撑结构,支撑结构与预埋钢板和刀盘的连接采用焊接形式;
S600、将TBM盾体退至预定位,刀盘与TBM盾体之间形成作业空间。
2.根据权利要求1所述的隧洞内TBM刀盘拆除方法,其特征在于:在锚索施工中,钻孔深度5米,孔径Φ130mm,每孔施加预应力200KN,锚索采用2sΦ15·2无粘结钢绞线,强度为1860MPa;锚索制作采用可回收锚索工艺施工。
3.根据权利要求2所述的隧洞内TBM刀盘拆除方法,在步骤S400中将刀盘固定在锚索上;其特征在于:所述锚索在刀盘上的受力点为6-8#刀箱、5-7#刀箱、9#刀箱、10#刀箱、19#刀箱、20#刀箱、21#刀箱、22#刀箱共8个点。
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