CN114109416A - 隧道内tbm主轴承更换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道内TBM主轴承更换方法，旨在解决因场地空间所限而导致隧道内TBM主轴承发生损坏后难以更换的技术问题。本发明通过平行隧道开设横通道进行TBM主轴承更换运输通道，通道长度短，土建工程量小；通过刀盘、主机分离后退提供TBM主轴承更换作业空间，减少洞室开挖，缩短施工工期；在TBM刀盘与盾体之间搭设工字钢桁架结构作为吊装梁，减少吊装设备投入；采用钢板在工字钢吊装梁上加工滑行小车，现场加工便利，实用性强；采用工字钢吊装梁、钢板滑行小车、吊链形成整的吊装体系，该体系施工简单、快捷。

Description

隧道内TBM主轴承更换方法

技术领域

本发明涉及盾构技术领域，具体涉及一种隧道内TBM主轴承更换方法。

背景技术

TBM（Tunnel Boring Machine），是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，可进行掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，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。利用TBM进行隧道掘进过程中，由于复杂的地质情况或长时间产生的机械疲劳，往往会造成TBM主轴承磨损或损坏，则需要进行更换才能进行继续作业。

目前，现有隧道内更换主轴承的方法主要是在隧道周边扩挖形成的工作洞室，洞室内安装桥吊等吊装设备进行主轴承拆卸及更换，开设迂回导坑作为主轴承运输通道；但该方法工作洞室扩挖土建工程量大、施工难度大、安全风险性高，迂回导坑施工土建工程量大、工期长，难以会造成工期延误，而施工成本高昂。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道内TBM主轴承更换方法，以解决因场地空间所限而导致隧道内TBM主轴承发生损坏后难以更换的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种隧道内TBM主轴承更换方法，包括如下步骤：

（1）平导/正洞TBM主轴承确定损坏需更换处理后，拆除护盾后方初期支护结构；

（2）TBM整机后退一定距离，然后通过打设锚杆、焊接型钢支撑固定刀盘；

（3）将刀盘与主机分离，主机整体再次后退在刀盘与主机之间预留检修空间，并检修空间内安装钢筋网、钢拱架支护；

（4）同步从正/平导洞向平导/正洞开设主轴承运输横通道；

（5）在刀盘与盾体之间搭设门架、吊装梁，然后拆除、更换主轴承。

在所述步骤（2）中，TBM整机后退2～4m，打开人孔，人员进入刀盘前端，在刀盘上部和腰部三个刮碴孔可施作范围内，每个孔内安设4～6根锚杆。

在所述步骤（2）中，在刀盘底部和背部进行支撑，底部用钢板在刀盘底部和两侧堆垫牢固后，将所有垫块焊接在一起，在刀盘前方掌子面上、左、右三个位置焊接工字钢支撑，一端在岩壁上打锚杆固定，另外一端焊接在刀盘上。

在所述步骤（3）中，拆卸刀盘连接螺栓，分离刀盘，后退主机3～5m，在刀盘后部用型钢做斜撑固定，然后主机继续后退至设计位置。

在所述步骤（4）中，正/平导洞与平导/正洞之间以40～50°夹角施做横通道，横通道在正/平导洞TBM整机超前平导/正洞20～25m后，钻爆法开挖。

在所述步骤（5）中，在刀盘后设置门型架，在门型架和顶护盾之间架吊装梁，在门架和三角架之间架设轨道梁，并在轨道梁安装转接座滑行小车 。

在所述步骤（5）中，采用两台机车通过横通道、正/平导洞先将旧主轴承运输出洞，再将新主轴承运输至平导/正洞吊装位置。

在所述步骤（5）中，包括：

①将新主轴承移动至吊装位置后利用手拉葫芦将主轴承翻身；

②用螺栓将对应的转接座滑行小车安装在新主轴承上，吊至轨道梁上方，安装轨道梁后将转接座滑行小车放在轨道梁上；

③将连接主轴承和机头架的双头螺柱前部安装在机头架上；

④移动小车将主轴承靠近机头架，对正所有螺栓孔后，用倒链将主轴承拉至安装槽内；检查槽内无间隙后用拉班器将所有螺栓对称拉紧；

⑤拆卸小车、门架、吊装梁及检修空间区域的初期支护结构并运出；

⑥将TBM主机向刀盘方向推移，同步恢复该段初期支护结构；主机推至刀盘位置后，利用扭矩油缸和撑靴油缸调整主机位置，对正刀盘与转接座的螺栓孔，用拉班器将所有螺栓对称拉紧，拆除刀盘前方型钢支撑；

⑦检查所有部件，转动刀盘整体调试，设备调试正常后恢复TBM掘进施工。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

1.本发明适用于双线平行隧道TBM主轴承故障需要更换的场景。

2.本发明通过平行隧道开设横通道进行TBM主轴承更换运输通道，通道长度短，土建工程量小；通过刀盘、主机分离后退提供TBM主轴承更换作业空间，减少洞室开挖，缩短施工工期；在TBM刀盘与盾体之间搭设工字钢桁架结构作为吊装梁，减少吊装设备投入；采用钢板在工字钢吊装梁上加工滑行小车，现场加工便利，实用性强；采用工字钢吊装梁、钢板滑行小车、吊链形成整的吊装体系，该体系施工简单、快捷。

附图说明

图1为本发明实施例中隧道内TBM主轴承更换施工流程图。

图2为本发明实施例中刀盘固定示意图（其中，左为断面示意图，右为侧面示意图）。

图3为本发明实施例中门架及吊装梁安装示意图。

图4为本发明实施例中主轴承滑行小车结构示意图。

图5为本发明实施例中隧道内TBM主轴承更换路径平面示意图。

图6为本发明实施例中主轴承安装示意图。

以上各图中，1为TBM刀盘，2为刀盘刮渣口，3为索固锚杆，4为支撑垫块，5为型钢支撑，6为型钢斜撑，7为钢板垫块，8为料斗，9为顶部锚杆，10为手拉葫芦，11为手拉葫芦，12为后部支撑，13为轨道梁断开处，14为钢板预留螺栓孔，15为厚钢板，16为TBM主轴承，17为型钢滑行梁，18为支撑钢板，19为滑行小车，20为横通道，21为平导，22为正洞，23护盾，24为正洞超前平导。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的施工方法，如无特别说明，均为常规方法。

实施例：

大瑞铁路高黎贡山隧道出口平导采用一台直径9.03m的敞开式硬岩掘进机施工。2019年4月，平导TBM掘进至PDZK219+712处，掘进过程中刀盘扭矩突然骤增，结合现场情况，判断主轴承损坏。后经过多次讨论决定将刀盘固定在隧道围岩上，分离刀盘与盾体，将TBM后退预留TBM更换作业空间，在此空间采用型钢安装门架及吊装梁进行设备吊装，同时从正洞隧道内向开平导设横通道至平导TBM刀盘与盾体间作为运输通道，采用该方式在隧道内成功完成TBM主轴承更换。具体工艺流程如下：

1.工艺方法概述

平导TBM主轴承确定损坏需更换处理后，拆除护盾后方初支，TBM整机后退3m，然后通过打设锚杆、焊接型钢支撑6固定刀盘1，将刀盘1与主机分离，主机整体再次后退在刀盘1与主机之间预留检修空间，检修空间内安装钢筋网、钢拱架支护，同步从正洞22向平导21开设主轴承运输横通道20。在刀盘1与盾体之间搭设门架、吊装梁拆除、更换主轴承；参见图1至图6。

2.详细施工方法

（1）刀盘固定、分离：人工拆除TBM护盾后方钢筋网、钢架等初期支护结构。TBM整机后退3m，打开人孔，人员进入刀盘1前端，在刀盘1上部和腰部三个刀盘刮碴孔2可施作范围内，每个孔内安设6根锚杆，锚杆采用φ22螺纹钢加工，下料长度为3m，锚固长度2.5m。在刀盘底部和背部进行支撑，底部用20mm钢板垫块在刀盘底部和两侧堆垫牢固后，将所有垫块焊接在一起，在刀盘前方掌子面上、左、右三个位置焊接型钢支撑5，一端在岩壁上打锚杆固定，另外一端焊接在刀盘1上。然后拆卸刀盘链接螺栓，后退主机4m，在刀盘后部用型钢斜撑6固定，然后主机继续后退至设计位置；参见图2。

（2）转接架及轴承拆卸

①在刀盘后用H150型钢立门架，在门型架和顶护盾之间架吊装梁，用3米顶部锚杆9将吊梁固定在岩壁顶部，锚杆间距500mm，在门架和三角架之间架设轨道梁；参见图3。

②采用30mm厚钢板加工1000*600mm（长*宽）的钢板加工成转接座滑行小车，放置在滑行梁17上，测量转接座与钢板的间距H，采用30mm厚钢板加工长600mm，宽为Hmm的钢板两块，焊接在转接座和钢板之间，两块钢板之间用型钢支撑连接。

③拆卸所有主轴承与转接座链接的螺栓。在转接座上、下、左、右各焊接一个吊点。在刀盘后方左、右两侧墙壁打锚杆焊接钢板做吊点，转接座上、下吊点安装倒链挂在支撑架平行对应的型钢梁上，左右侧吊点安装倒链挂在到刀盘后方锚杆钢板吊点。同时拉紧四个倒链，将转接座与主轴承分离。倒链拉紧过程中测量转接座上下左右的位移，单一偏差不得超过5mm。

④转接架与主轴承分离后，继续将转接座前移至门架后方。在小车前后做限位。

⑤加工主轴承滑行小车19，采用30mm厚钢板加工1000*600mm（长*宽）、800*650mm（长*宽）的两块钢板，测量主轴承内圈顶部到1000*600mm钢板滑行小车的距离Smm（根据现场实际测量），用30mm厚钢板加工一块350*Smm的钢板，进行拼装焊接。

⑥将滑行小车放在轨道梁上，贴近轴承断面，对齐轴承内圈最上端的5个螺栓孔在滑行小车钢板上割孔，用螺栓将滑行小车19和TBM主轴承16连接在一起；参见图4。采用M36螺杆前端焊接钢板加工两个吊耳，并将螺杆安装在主轴承外圈底部的两个顶丝孔上，在滑行小车上割孔做吊点。拆除主轴承与机头架的连接螺栓，利用3个5吨手拉葫芦在前端拉，两个50吨千斤顶在轴承后方顶的方式将主轴承与机头架分离。

⑦将旧主轴承移动到可翻身位置，用20吨手拉葫芦将主轴承吊起，拆掉门架和机头架之间的滑行轨道梁，利用10吨手拉葫芦11辅助将TBM主轴承16放到地面上。

（3）横通道

参见图5，正洞22与平导21之间以45°夹角施做横通道20，断面尺寸4.0×4.5m（净宽×净高）。横通道20在正洞TBM整机超前平导22m后，由正洞22向平导21钻爆开挖。横通道20采用台阶法开挖，拱墙架设I14钢架，间距1.5m；环向1.0m设置φ22纵向连接钢筋，拱脚设置22a垫脚槽钢；拱墙挂设φ6钢筋网，网格间距25×25cm，拱墙安设φ22砂浆锚杆，长3m/根，间距1.2m×1.2m（环×纵）；各单元钢架脚以上30cm处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设4根或4根以上φ22锁脚锚杆；采用C25喷射混凝土，厚度21cm。

①施工准备：准备横通道所需风、水、电，受作业环境的影响，横通道20开挖台架采用临时搭建台架，其采用φ50钢管作为搭建构件，分别作为立柱和横梁，简易台架上铺φ12钢筋加工成的网片式操作平台。横通道20周边都布置有各类管线（包括：钢轨、高压水管、高压电缆、电线、连续皮带机）防护。其中钢轨、高压水管、高压电缆的防护采用砂袋覆盖；电线的防护采用外裹橡胶管；连续皮带机及利用矿车上焊挡板对直对爆破冲击面连续皮带进行防护。

②测量放线：测量组人员严格按照技术交底内容中，对应的里程及断面尺寸进行开挖轮廓线放样，每循环标识开挖轮廓线。

③横通道开口：根据测量组放出的横通道20开口处开挖轮廓线，沿开挖轮廓线外放30cm施做锁脚锚管对正洞洞钢架进行加固，并利用“L”型钢筋与正洞交叉口拱架焊接连接。当围岩破碎时需施做超前小导管，完成后凿除横通道开挖轮廓线喷射砼，割除钢架，开口架立锁口钢架与主洞钢架进行焊接连接。

④横通道开挖：横通道开挖采用台阶法（上下台阶）开挖，每循环开挖进尺不得大于2榀钢架间距，开挖后及时复测修整断面。

⑤交通管制：放炮过程中必须对放炮段进行交通管制，设置警示牌，禁止车辆及人员通行。以口哨和红旗作为提醒口号，严防安全事故的发生。

⑥出碴运输：横通道出碴采用人工配合0.2-0.5m³小型挖掘机（适宜平板车运输）进行出碴，每循环爆破后由挖机将弃碴料装于矿车内，由机车拉至洞外，在运至翻碴台倾泄。

⑦横通道支护

a.系统锚杆、钢筋网施工

开挖、初喷砼施工完毕后及时施做系统锚杆及钢筋网，锚杆必须设置垫板。系统锚杆采用Φ22砂浆锚杆，锚杆长度L-3.0m，间距1.2m*1.2m(环*纵)，布设范围拱墙；钢筋网片φ6圆钢，网格间距@25cm*25cm，布设范围拱墙。

钢筋网铺设紧贴岩面，随初喷面起伏铺设，与岩面最大间隙不超过3cm，相邻间网片搭接1～2格，并与锚杆、钢架连接牢固，且保护层厚度不小于4cm.

b.型钢钢架安装

拱部单元安装工序：钢架基脚定位放样—施做定位锚杆—架设钢架—布设纵向连接筋。

墙部单元安装工序：墙脚部位铺设槽钢垫板—施做定位锚杆—对应拱部单元架设墙部单元—布设纵向连接筋。

各单元间采用螺栓连接的方式进行连接。各台阶每单元钢架脚以上30cm处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设4根或4根以上锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架牢固焊接。

c.喷砼：喷砼作业分片依次进行，喷射作业从拱脚或墙脚自下而上进行，作业时避免上部喷射回弹料虚掩拱脚或墙脚；先喷射平凹部位，后喷射凸出部位，各部平顺连接。喷头应与受喷面垂直，喷嘴距受喷面距离保持在1.0～2.0m，沿水平方向以螺旋形划圈移动。

（4）主轴承运输

在洞外选择两个6米平板车，在平板上纵向放置两根H150型钢，焊接固定在平板车上；在型钢铺放两块4000*1500*20mm（长*宽*厚）的钢板；将主轴承放置在钢板上，四周和上部用H150型钢焊接固定；采用两台机车通过横通道、正洞先将旧主轴承运输出洞，再将新主轴承运输至平导吊装位置。

（5）主轴承更换

①将新主轴承移动至吊装位置，利用一个20T和一个5吨的手拉葫芦将主轴承翻身。

②用螺栓将小车安装在新主轴承上，吊至轨道梁上方，安装轨道梁后将小车放在轨道梁上；参见图6。

③将连接主轴承和机头架的双头螺柱前部安装在机头架上。

④移动小车将主轴承靠近机头架，对正所有螺栓孔后，用倒链将主轴承拉至安装槽内；检查槽内无间隙后用拉班器将所有螺栓对称拉紧。

⑤拆卸小车、门架、吊装梁及检修空间区域的初支结构并从平导隧道运出。

⑥将TBM主机向刀盘方向推移，同步恢复该段初支结构。主机推至刀盘位置后，利用扭矩油缸和撑靴油缸调整主机位置，对正刀盘与转接座的螺栓孔，用拉班器将所有螺栓对称拉紧，拆除刀盘前方型钢支撑。

⑦检查所有部件，转动刀盘整体调试，设备调试正常后恢复TBM掘进施工。完成TBM主轴承洞内更换工作。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关部件、结构及工艺步骤等进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (8)

1.一种隧道内TBM主轴承更换方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）平导/正洞TBM主轴承确定损坏需更换处理后，拆除护盾后方初期支护结构；

（2）TBM整机后退一定距离后，再通过打设锚杆、焊接型钢支撑固定刀盘；

（3）将刀盘与主机分离，主机整体再次后退在刀盘与主机之间预留检修空间，并检修空间内安装钢筋网、钢拱架支护；

（4）同步从正/平导洞向平导/正洞开设主轴承运输横通道；

（5）在刀盘与盾体之间搭设门架、吊装梁，然后拆除、更换主轴承。

2.根据权利要求1所述的隧道内TBM主轴承更换方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，TBM整机后退2～4m，打开人孔，人员进入刀盘前端，在刀盘上部和腰部三个刮碴孔可施作范围内，每个孔内安设4～6根锚杆。

3.根据权利要求1所述的隧道内TBM主轴承更换方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，在刀盘底部和背部进行支撑，底部用钢板在刀盘底部和两侧堆垫牢固后，将所有垫块焊接在一起，在刀盘前方掌子面上、左、右三个位置焊接工字钢支撑，一端在岩壁上打锚杆固定，另外一端焊接在刀盘上。

4.根据权利要求1所述的隧道内TBM主轴承更换方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，拆卸刀盘连接螺栓，分离刀盘，后退主机3～5m，在刀盘后部用型钢做斜撑固定，然后主机继续后退至设计位置。

5.根据权利要求1所述的隧道内TBM主轴承更换方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，正/平导洞与平导/正洞之间以40～50°夹角施做横通道，横通道在正/平导洞TBM整机超前平导/正洞20～25m后，钻爆法开挖。

6.根据权利要求1所述的隧道内TBM主轴承更换方法，其特征在于，在所述步骤（5）中，在刀盘后设置门型架，在门型架和顶护盾之间架吊装梁，在门架和三角架之间架设轨道梁，并在轨道梁安装转接座滑行小车 。

7.根据权利要求6所述的隧道内TBM主轴承更换方法，其特征在于，在所述步骤（5）中，采用两台机车通过横通道、正/平导洞先将旧主轴承运输出洞，再将新主轴承运输至平导/正洞吊装位置。

8.根据权利要求1所述的隧道内TBM主轴承更换方法，其特征在于，在所述步骤（5）中，包括：

①将新主轴承移动至吊装位置后利用手拉葫芦将主轴承翻身；

②用螺栓将对应的转接座滑行小车安装在新主轴承上，吊至轨道梁上方，安装轨道梁后将转接座滑行小车放在轨道梁上；

③将连接主轴承和机头架的双头螺柱前部安装在机头架上；

④移动小车将主轴承靠近机头架，对正所有螺栓孔后，用倒链将主轴承拉至安装槽内；检查槽内无间隙后用拉班器将所有螺栓对称拉紧；

⑤拆卸小车、门架、吊装梁及检修空间区域的初期支护结构并运出；

⑥将TBM主机向刀盘方向推移，同步恢复该段初期支护结构；主机推至刀盘位置后，利用扭矩油缸和撑靴油缸调整主机位置，对正刀盘与转接座的螺栓孔，用拉班器将所有螺栓对称拉紧，拆除刀盘前方型钢支撑；

⑦检查所有部件，转动刀盘整体调试，设备调试正常后恢复TBM掘进施工。

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