头1 TBM施工中遇到问题的分析及对策 赵战欣 (中铁18局集团公司隧道工程公司,天津300222) 摘要:TBM结构庞大且复杂,作业环境恶劣,施工中难免会遇到各种问题。分析了主轴承润滑系统污染可 能的途径、导致的后果及可采取的维护保养措施;介绍了刀圈偏磨、刀圈卷刃、挡圈断裂或脱落等刀具异常损 坏的原因及对策;提出风机底座振动、风管破裂及漏风等隧道通风问题的解决方法;制定了加强线路以及车辆 运行管理的运输方案。以上措施的应用促进了TBM施工综合速度的提高。 关键词:TBM;主轴承;润滑;刀具;通风;运输管理 DO!:10.13219/j.gJgyat.2014.02.017 中图分类号:U455.31 文献标识码:B文章编号:1672—3953(2014)02—0058—06 全断面岩石隧道掘进机(以下简称“TBM”)具 效监测和检查(压力表显示故障),或是未通过外接 压力表监测则不会及时了解到此系统是否已经设定 有快速、安全、环保等优点,随着我国城市轨道交通、 水利水电等隧道工程的发展,TBM的应用日益广 泛。TBM结构复杂,涉及专业门类众多,各系统环 环相扣,任何一个系统的故障都将影响施工全局Ⅲ1]。 笔者根据多年的工程实践,重点讨论了TBM施工 中经常出现的TBM主轴承润滑系统污染、刀具异 为系统需要的压力值,润滑压力的缺失将导致润滑 不良、高温,粘温特性的交互作用使轴承胶合几率大 大增加,滚道产生磨粒脱落、划伤、凹坑,恶性循环的 结果造成整体轴承报废。 现场施工可能的原因:缺乏对主轴承润滑系统 相关设备的有效监控,环境变化时未对设备进行有 效调整,没有及时根据现场条件变化进行相应掘进 参数的调整。 常磨损、隧道通风及施工运输四个方面的问题,并提 出解决问题的思路和办法,期望为TBM工程提供 借鉴,规避施工中的同类问题,少走弯路。 1 主轴承润滑系统污染问题[2] 主轴承对于隧道掘进机的工程地位特别重大, 由主轴承剖面结构分析,污染源头入侵途径可 能有以下几方面:主轴承与刀盘连接面,如液压张紧 螺栓随掘进过程松动,脏污极有可能由此长驱直入, 良好润滑是主轴承正常工作的重要保障,清洁又是 润滑系统正常运转的基础。主轴承润滑系统一旦污 更换密封时若涉及上述螺栓应采取防范措施,严密 封堵;刀盘张紧螺栓孔也是岩粉进入润滑油腔的可 能途径,建议将内孔用硅胶封堵;唇形密封迷宫出口 染,导致停机检修,严重延误工期,增加施工成本,如 辽宁大伙房输水隧道TBM主轴承严重磨损,洞内 整体更换,工期延误半年,损失巨大。 1.1 污染原因分析及应对措施 处,紧邻溜渣槽底部,最容易进入岩粉,若唇口圆周 焊接紧贴唇口的小间隙L型断面的防尘护圈,可以 有效阻挡岩粉进入。 从主轴承结构方面讲,若主轴承密封系统的润 滑监控及保护功能不完善,将导致主轴承润滑脂和 齿轮润滑油在润滑密封时的实际效果很不理想;若 水对TBM设备影响比较大,刀盘飞溅的射流 水很容易通过唇形密封迷宫开口处进入主轴承腔 室,水与润滑油混合物导致润滑油运动粘度急剧下 主轴承润滑回油系统故障,润滑流量和供脂次数不 足,将导致润滑主轴承腔室形成负压吸引杂物从密 封圈进入主轴承腔室内,造成润滑系统运行不良;主 降并附带氧化、锈蚀、穴蚀等损伤作用,最终造成主 轴承润滑系统污染。润滑油水分含量严重超标途径 可能有三:刀盘连接结合面(螺栓松动导致结合面开 缝)、液压张紧螺栓孔、唇形密封油脂溢出处。TBM 轴承密封的齿轮油润滑工作中,状态如没有得到有 收稿日期:2013-12一O9 掘进时产生大量热量,同样会产生冷凝水效应,久之 沉积在润滑油腔底部,为此,可利用停机阶段,在润 作者简介:赵战欣(1973一),男,高级工程师,主要从事TBM施 工技术管理方面的工作 滑油腔最底部设置截止阀,定期排出冷凝水。通过 国防交通工程与技术 囵 20l4第2期 ・实例分析・TBM施工中遇到问题的分析及对策 赵战欣 分析。 2.1 刀圈偏磨 磁性过滤器肉眼观察,也能很直观判断是否含水。 1.2 主轴承润滑系统的维护保养 正确及时的维护保养是减少维修工作量的必要 条件,使用设备过程中应首先加强维护保养,其次是 如图1所示,刀圈偏磨是刀圈不能在刀体上转 动而使刀圈顶面的某一段圆周固定地与岩面摩擦, 在刀圈外圆某一弦的方向发生磨损。刀圈偏磨的根 本原因是轴承损坏,其原因主要有以下几点: 出现故障及时维修。从维护保养角度,做好日常主 轴承润滑系统运行是否正常的检查、判断工作: (1)定期检查主轴承润滑油油位是否异常,如果 (1)当岩性中软,例如砂岩,破岩后成细腻状岩 粉,如果刀具轴承浮动密封环质量不过关,细腻的岩 粉极有可能进入刀具轴承密封内,楔人刀体内圆锥 波动过大,则应分析波动原因,找到故障和泄漏源 头,不能轻易加油。 (2)每班进入刀盘,观察内外唇形密封唇口位置 轴承滚子、滚道、保持架之间,造成轴承旋转不畅,进 是否有足量润滑油脂挤出,若不足则立即启动油脂 而出现大量偏磨现象, 泵连续泵脂到挤出为止,否则不得启动TBM掘进。 (2)在硬岩中掘进时,不少刀具发生崩刃现象, (3)每季度,利用停机空隙,测量主轴承轴向间 崩刃的碎块极有可能卡在相邻刀具与掌子面之间, 隙,推算轴向滚子与滚道磨损情况。 导致被卡刀体失圆,失圆的刀体造成刀具轴承变形, (4)运行中密切关注启动脂泵工作状况和脉冲 轴承在掘进过程中卡滞不转,则刀具的刀圈就会出 计数次数,发现压力过高,预示油脂分配阀堵塞,立 现局部磨平的偏磨现象。 即停机拆解分配阀,彻底清洗阀件;泵脂次数低于设 (3)当掘进参数选择不当,如推力过大、掘进速 定值,则应联想到气路压力,调整到增长压力即可。 率过大,破岩时温度过高,刀具轴承润滑油泄露,恶 (5)为避免拆检清洗油脂分配阀浪费宝贵掘进 性循环的结果导致轴承异常损坏,同样会出现严重 时间,可采用备用部件切换修理法,组合同样型号分 偏磨现象。 配阀,并联在一侧位置,故障发生时,利用分配阀两 端的截止阀关断故障回路,开通备用回路,空余时间 清洗故障部件,效果良好。 (6)运行中还应密切观察润滑油路各控制阀、流 量计的指示参数,若严重偏离设定范围,则维修中就 要联想到阀体和泵体的磨损,相关的密封也应及时 更换,必要时更换修理。 (7)为观察润滑油中磨粒的形貌,每隔50个掘 图1刀圈偏磨 进循环,拆解一次磁性回油过滤器,收集清理磁环、 2.2 刀圈卷刃 磁柱的铁磁性磨粒,累积数量多了,也可推测轴承磨 如图2所示,刀圈出现卷刃现象,这可能与刀圈 损速率,还可观察到非铁磁性磨粒(青铜保持架)的 韧性有余、硬度不足有关,材质的硬度与韧性这是一 损坏情况,间接推断保持架磨损的严重程度。及时 对矛盾,不好调和,刀具厂家目前还做不到根据岩石 更换出现报警的各类过滤器,勤更换、勤保养。 情况及时调整刀圈金相成分。如果对既定目标的岩 2ⅡlM刀具异常损坏原因分析及对策 性有足够了解,可以采购不同性能的刀具库房储备, 必要时拿出来实验性掘进,也许会有改善。根据了 滚刀是硬岩TBM破岩的主要工具,是TBM最 解,国内各厂家均做不到这一步,进口刀具也只是有 主要的易损件。据相关统计,用于刀具的费用约占 几种刀圈型式可供选择I若刀盘喷水功能不正常,刀 整个掘进费用的三分之一,用于刀具检查、更换的时 圈在掘进过程中不能及时降温,则容易出现刀圈卷 间约占整个施工时间的三分之一。刀具异常损坏在 刃。维护保养中,喷水孔应及时疏通,保证掘进中始 刀具更换中占有较大比例,其损坏表现形式主要有 终有高压水雾状喷射 刀圈偏磨、刀圈卷刃、挡圈断裂或脱落等,其原因不 2.3 挡圈断裂或脱落 能一概而论,要根据具体地质条件和当时情况具体 挡圈断裂或脱落主要是由于挡圈焊接不牢,以 国防交通工程与技术 囵 2014第2期 ・实例分析・TBM施工中遇到问题的分析及对策 赵战欣 (3)行车调度应兼顾全局,统筹安排,层次分明, 状况、通视状况,有情况及时与调度联系。⑥运输调 分清轻重缓急,抓主要矛盾。 度员随时与洞内沟通信息,做到调车快速方便,作好 正常情况下,以左线作为进车线,右线作为出车 车辆运输记录。 线;衬砌台车浇筑混凝土时,输送泵一律停放于进车 (7)对于轨道及附属设施的主要安全措施:①车 线,前方材料运行到该位置时,通过道岔过渡到右线 辆严格按规定行车线路行驶,设专人对整个运输系 (出车线,此区段为单线通行段)通行,待通过二次衬 统轨道进行养护。在运输线路进行轨道养护的其它 砌施工段之后,再通过道岔回到左线(进车线)运行。 作业时,设专职防护人员和作业标志,封闭线路要限 辅助洞室施工段,左右两侧都存在施工的可能, 时作业。②洞内成洞地段、视线良好准行15 km/h, 当左侧辅助洞室完成开挖出碴时,右线轨道分时段 TBM后配套、施工地段、洞口等特殊地段最大不超 单向通行,前后两端通过道岔实现过渡;同样,右侧辅 过5 km/h。③牵引机车必须保持灯光、制动装置等 助洞室完成开挖出碴时,左线轨道分时段单向通行。 安全设备状态良好,否则不得使用。 4.2 运输调度规章制度 (1)加强线路信号管理,确保信号准确无误。 5 结束语 (2)提高扳道员工的素质和责任心,确保不出差错。 我们常说,主轴承是TBM的心脏,可见其在 (3)严格限制行车速度,列车通过道岔时运行速 TBM设备以及施工过程中的重要性。要像呵护心 度不能超过5 km/h,其他洞段最高速度不能超过 脏一样保护主轴承,以保持其持续、稳定工作,为 15 km/h。 TBM正常掘进创造条件,特别是在使用过程中,规 (4)运输线路每班由3名线路工负责巡视、维 范操作、强制保养极其重要。刀具是TBM上用来 修,发现问题及时解决。机车司机和调度员采用无 破岩的部件,属于消耗品,根据工程地质条件的不 线通讯系统保持联系。在列车编组的过程中,编组 同,有时刀具消耗成本在隧道TBM施工成本中所 场的调车员严密注视前后道路情况,用无线通讯系 占比例很高,且占用时间长,严重制约掘进施工进 统和机车司机保持联系。列车在进入和离开后配套 度,务必高度重视,施工阶段保证产品质量是前提, 时应鸣笛,且减速慢行。 只有规范掘进操作、加强刀具检查并及时处理存在 (5)机车和车辆的保养至关重要,根据维护保养 的问题,才能尽量减少刀具的异常损坏。为TBM施 手册制定切实可行的保养计划。 工提供必要的通风,不仅是人员的需求,同时也是设 (6)运输安全非常关键,加强在施工生产中对运 备的需求,否则作业人员效率降低甚至患病、设备故 输系统作业人员的管理:①机车司机、调车员等相关 障率升高、施工效率明显下降,正确选型配置的基础 作业人员必须经过培训,考试合格后,持证上岗。② 上,施工阶段保证通风效果最佳途径就是规范化管 严禁非专职人员开车、调车,机车司机与调车员应熟 理。部分工况下,运输系统故障与延误会降低TBM 悉所有线路的状况和道岔位置,熟练掌握警示标志 掘进效率2O%以上,因地制宜制定并执行科学的运 的意义。③交接班机车司机均应仔细检查信号、挂 输方案、运输调度和加强线路以及车辆运行管理,方 钩、制动等装置是否完好,调车员发现问题及时与机 可保证运输系统的通常运行,才能为TBM掘进争取 车司机取得联系,立即启动相应的应急预案。④机 更多的时间,以促进TBM施工综合速度的提升。 车在运行中严禁司机、调车员将身体任何部分伸出 参考文献 限界外,列车必须连接良好、制动可靠。列车在通过 [1]杜彦良,徐明新,智小慧.全断面岩石隧道掘进机:监测诊 道口、洞内临时施工地段、进出洞时都必须减速鸣笛 断与维护保养[M].武汉:华中科技大学出版社,2012 示警。⑤运输作业需要的通讯及信号器材配备齐 [2]赵战欣.TBM主轴承润滑系统减少故障的对策EJ].国防 全,运输过程中精力集中,随时检查车辆速度、道路 交通工程与技术,2013,11(6):i1一l4 Analysis of and Countermeasures to Problems in TBM Construction (下转第65页) 国防交通工程与技术 田2014第2期 ・成果与应用・ 砂卵石地层盾构穿越连续梁桥加固施工技术 臧 丹 (3)保证同步注浆饱满度。为防止砂卵石地层 掘进时程/d 中浆液不流失并尽快凝固,同步注入双液浆,最大程 O 1 2 3 4 5 6 7 8 度利用同步注浆填充满管片背后的间隙。在同步注 g一1 姜一2 浆过程中应严格控制注浆压力,注浆压力过大易引 j四一3 遨一4 起地面隆起。 一5 —(4)二次注浆。在同步注浆的同时进行二次注 6 浆,确保填充效果。 图7 D匝道桥墩变形曲线 经过试验段施工和实施过程不断优化,盾构最 的沉降及结构性开裂。 佳施工参数为:推进速度45~55 mm/min,土压力 4 结束语 1.6~1.8 bar,注浆量8 rn。,贯入度40 ̄50 mm/r。 3.6 监控■测 采用双液注浆加固地层和整体式钢筋混凝土筏 监测项目包括:地表竖向位移、桥墩竖向位移、 板承托相结合的方法对盾构穿越连续梁桥梁进行加 桥墩倾斜、梁部裂缝等。 固,通过量测监控和盾构施工参数的优化控制,成功 盾构推进前测取各监测项目的初始读数。在施 地克服了盾构穿越大型立交桥时对原有结构的破坏 工过程中通过不问断的监控量测获得相关数据,并 以及对交通运行的影响。本工程立交桥在盾构施工 通过与初始读数的对比分析,为及时调整盾构推进 过程中未发生明显的沉降及结构性开裂,实践证明 参数提供可靠数据。 该施工加固措施经济合理、安全可靠。 经过监控量测,本桥墩累计沉降最大值为一5.2 参考文献 mm(D02墩)(D匝道桥墩变形曲线见图7),相邻桥 [1]王杰.岩土注浆理论与工程实例[M].北京:科学出版 社,2001 墩差异沉降最大值为3.4 mm(F07一F08墩),由于监 [2]杨兆仁.袖阀管注浆加固地层原理浅析EJ].科技信息, 控量测得到沉降值未超过10 mlTl,千斤顶一直未进 2O11(O8):781-783 行顶升,该立交桥在盾构施工过程前后未发生明显 On the Reinforcing Construction Techniques for a Continuous Girder Bridge Under-Passed by a Shield in the Stratum of Sand and Pebbles Zang Dan (The 25th Bureau Group Com.Ltd.of the Zhongtie Corporation of China,Guangzhou 510600,China) Abstract:For the construction of the No.1 Line of the rail transit of Changsha city,the shield has to under-pass the Bridges D and F of the ring road of the flyover of the Xinzhong Road,where the force-bearing layer ot the pile foundation of the bridges is completely located in the stratum of sand and pebbles,and the effective control of the deformation of the bridges is the key and difficult point in the shield construction.Through comparison and choice,the reinforcing scheme of the dual-liquid—mortar rein— forcing process combined with the integral rafting slab supporting is adopted.By means of the survey monitoring and the opti— mized control of the construction parameters of the shield,possible damage to the original structures and the effects on the traf— fie operation are successfully avoided when the shield underpasses a large-type flyover. Key words:stratum of sand and pebbles;shield;continuous girder bridge;reinforcing construction (上接第61页) Zhao Zhanxin (The Tunnel Engineering Company of the 18th Engineering Bureau Group of the Zhongtie Corporation of China,Tianjin 300222,China) Abstract:With the structure of TBM being huge and complex,and the working environment being very poor,it is hard to avoid being faced with various problems during the construction.Analyzed in the paper are the possible ways and consequence of the lubrication system being polluted of the main bearing,and the maintenance measures that can be taken.Introduced in the paper are the causes of and to the various abnormal damage done to the cutter,including the partial wear (下转第68页) 国防交通工程与技术 固2014第2期 ・成果与应用・ 重载铁路大跨度钢桁梁膺架法拼装施工支架的设计与验算 吴洪群等 向压力,N=:=40.6 kN;Z为沿剪力作用方向最外层 度1.0 rn,每个支墩混凝土尺寸为4.5 in×4 in,则 锚筋至中心线之间的距离,Z一0.5 m;a 为锚筋层 基础承载应力为 一 鱼_十一 量塑:==—4P—+. Ah7一 数的影响系数,当锚筋按等间距布置时,两层取1.0,3 』▲ An 层取0.9,4层取0.85;a 为锚板的弯曲变形折减系 298.7 MPa。式中:P为单个支墩混凝土受到的压 数,口6—1.0。 力,P===1 240.6 kN;A为单个支墩混凝土受压面 当M<0.4 NZ,取M一0.4 NZ,故As一0, 积,y为混凝土重度,碎石按23 kN/m ̄ 考虑;h为混 所以锚筋按照构造要求配筋即可。 凝土层高度,厚度1.0 in。在地基处理并碾压完成 , (2)锚固长度z 一a 一66.1 crn。式中:l。 后测得地基承载力大于300 kPa,故地基承载力满 J 足要求。 为受拉钢筋的锚固长度(cm);a为钢筋的外形系 数,a一0.14(螺纹钢筋);d为钢筋的公称直径,d一 3 结束语 20 mm; 为普通钢筋的抗拉强度设计值, 一300 该工程利用了方便搭设支架的场地优势,并利 MPa;厂f为混凝土轴心抗拉强度设计值, 一1.27 用现有材料设备设计出临时支墩拼装支架,实践证 MPa。 明此方案是经济可行的,为钢桁梁的拼装架设提供了 2.3.4 地基承载力计算 安全可靠的条件。可为类似工程施工提供有益借鉴。 (1)C25混凝土基础。单根钢管柱最大支反力 参考文献 为:P一1 240.6 kN,C25混凝土抗压强度为11.9 [1]杨文渊.桥梁施工工程师手册fM].北京:人民交通出版 MPa。 社,1997 . 混凝土基础平面尺寸采用1 000 mm×1 000 [2]中铁三局集团有限公司.TZ203--2008客货共线铁路桥 D 涵工程施工技术指南[s].北京:中国铁道出版社,2008 mm,则混凝土应力为口一Tir-一1.24 MPa<11.9 ^ [33中铁第三设计院集团有限公司.TB10002.1—2D05铁路 MPa。式中:A为单根钢管柱混凝土的面积。 桥涵设计基本规范[S].北京:中国铁道出版社,2005 (2)地基承载力。地基基础进行了碎石换填,厚 The Design and Checking of the Support for the Assembly Construction of the Large-Span Steel Truss for the Heavy-Duty Railway by Means of the Centering Method wu Hongqun,Pan Jianqin, Wang Yanming, Yang Wei (The Fourth Engineering Co.Ltd.of the Second Highway Bureau of the Communication Ministry of China,Luoyang 471013,China) Abstract:With the construction of the large-span steel truss for the 30v—axial-。weight heavy-duty railway taken into considera— tion,and according to the speciifc site conditions,the centering method is adopted for the assembling construction of the 1-1 28m steel truss,with the portal jib crane used for the assembly-in-place and the girder-lowering—in-place,.In this case,the design of the assembling support for the temporary supporting pier is seriously studied,upon the basis of which a structurally-rational, simple,and clearly-forced assembling support for the temporary supporting pier is designed and checked.It is found up to the requirement and ensures the smooth completion of the assembhng construction of the steel truss.The project may serve as a usefuI reference for other similar pro)iects in the future,. Key words:large-span steel truss;support;centering;assembly (上接第6 5页)of the cutter ring,cutter blades and the breaking or flahng off of the ring.Put forward also in the paper are so— lutions to the ventilation--related problems of the tunnel,including the base vibration of the fan,the breaking of the pipe,the leakage of the pipe,etc.Better transportation schemes to strengthen the hnes and vehicle operation management are worked out as wel1.The application of the above-mentioned measures helps speed up the comprehensive construction speed in TBM. Key words:TBM;main bearing;lubrication;cutter;ventilation;transportation management 国防交通工程与技术 囫2014第2期