一种洞外狭窄场地TBM快速组装方法与流程

一种洞外狭窄场地tbm快速组装方法
技术领域
1.本发明属于长大隧道tbm施工技术领域，具体涉及一种洞外狭窄场地tbm快速组装方法。


背景技术：

2.tbm集机械、电子、液压、技术于一体，技术复杂、结构庞大，集开挖、支护、出渣、通风、排水于一身，是工厂化的隧道生产线。保证洞外组装质量和精度对tbm后期洞内掘进性能、使用寿命乃至维修周期影响重大。tbm成套设备以裸件形式及集装箱形式运输至组装现场。主机部分以裸件抵达，主机附属设备大部分装箱到达，后配套系统大多以裸件运到工地，而其上关键液压，电气部件均装箱到达，将这些不同形式、不同类型的构件按照tbm设计文件精度要求用专用机具组装起来，分别完成主机、桥架、后配套台车及附属设备的组装并用相关部件连接成一体。
3.对于山岭长大隧道一般设置于山岭之间，洞外以桥梁跨越沟壑，长大隧道通常采用tbm施工，经常由于洞外组装场地狭窄，无法满足tbm组装空间需求，从而采取爆破开挖山体移挖做填，从而来满足tbm拼装场地、构件摆放的需求。这种虽然满足了tbm的组装场地的需求及构件的摆放，但是耗费大量人力财力，破坏生态平衡，安全风险高，边坡防护费用高，针对洞口为桥梁的区域，组装完成后需待桥梁施工时要反开挖，增加桥梁成本，施工周期长，针对组装工期要求紧的tbm是不可取的。
4.同时针对山岭长大隧道tbm洞外组装，通常需要至少2台大吨位龙门吊来满足刀盘、桥架、台车等构件的组装及安装，灵活机动性差，安全风险高，大吨位龙门吊需要经过组装、验收、登记等程序准备周期长，同时需要单独配制至少2台大吨位吊车来配合施工，一次性机械设备投入成本高。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种洞外狭窄场地tbm快速组装方法，重点解决山岭长大隧道步进隧洞洞口tbm场地拼装狭窄导致装机速度慢占用时间长、装机质量控制难、安全风险高、装机成本高、装机秩序控制难、刀盘整体起吊翻转难度大的技术问题。
6.本发明通过下述技术方案实现：一种洞外狭窄场地tbm快速组装方法，包括以下步骤：s1：预备隧洞掘进，洞外组装场地填筑；s2：第1阶段组装、调试、步进；其余台车19按照组装顺序在台车组装区11组装成型；s3：第1+r阶段组装、调试、步进，其中r为不为零的自然数，其中r≥1；s4：整体步进至始发隧洞，掘进。
7.进一步地，步骤s1中还包括以下子步骤：s1.1：组装场地采用预备隧洞洞渣分层回填、分层碾压密实，每层层厚为l，其中l
≤30cm。
8.s1.2：分层回填距设计标高为m后，组装区域、大吨位履带吊及汽车吊活动区域采用钢筋混凝土进行场地硬化，剩余区域采用素混凝土硬化，其中m≤50cm。
9.进一步地，步骤s1中还包括以下子步骤：s1.3：组装场地与隧洞洞口之间设置下凹式刀盘组装区，下凹式刀盘组装区中心处设置步进导向槽，且延伸至隧洞掌子面。
10.进一步地，步骤s1.3中还包括以下子步骤：s1.3.1：待洞外组装场地、下凹式刀盘组装区施工完成后，规划功能区，各功能区的规划依次按照刀盘组装
→
l1区组装
→
l2区桥架组装
→
后配套台车组装进行规划。
11.进一步地，步骤s2.1中还包括以下子步骤：s2.1.1:刀盘分为若干块运输至刀盘组装区，汽车依次吊装若干块刀盘，且将若干块刀盘放置在可调节自由高度的支撑墩顶部，调整刀盘顶面高程后焊接成整体。
12.进一步地，其特征在于，刀盘的组装及安装包括以下步骤：t1：大吨位汽车吊配合大吨位履带吊通过钢丝绳穿过q个吊耳，将刀盘起吊至同一高度h，其中满足q≥4且h＞刀盘直径的1/2；t2：移走若干个支撑墩，以大吨位履带吊为主吊机，大吨位汽车吊为辅助吊机，以大吨位汽车吊处的吊耳为向上起吊旋转吊点，大吨位履带吊起吊并收紧钢丝绳、大吨位汽车吊慢速旋转并放松钢丝绳，使得刀盘倾斜最终垂直于地面；t3：大吨位履带吊收紧钢丝绳起吊刀盘，整机转动将刀盘安装至指定位置。
13.进一步地，步骤t1中还包括以下子步骤：t1.1：在刀盘在组装的同时，可借助大吨位汽车吊进行l1区、第1节桥架、第1+n节桥架、第1号台车的组装；t2.2：刀盘及护盾、l1区、第1节及第1+第1+n节桥架、第1号台车组装完成后，整体调试并步进，第1节段组装结束，腾出第1+n节段组装场地，其中满足n≥1。
14.进一步地，在s3步骤中还包括以下子步骤：s3.1：第1阶段组装完成后调试步进的过程中，第1+r阶段组装中的第2号台车、第2+n号台车构件进场后摆放至台车构件摆放区，采用大吨位汽车吊在台车组装区组装成型，第2号台车、第2+n号台车摆放顺序自刀盘组装区至便道方向依次摆放。
15.进一步地，在s3步骤中还包括以下子步骤：s3.2：第1+r阶段组装、调试、步进中采用大吨位汽车吊将在台车组装区依次组装成型的第2号台车、第2+n号台车依次整机起吊安装在第1阶段组装的第1号台车的尾部；s3.3：第2号台车、第2+n号台车依次整机起吊安装在第1阶段组装的第1号台车的尾部后，第1阶段组装与第1+r阶段组装完成后可进行整机调试并向始发隧洞继续步进。
16.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、根据tbm组装顺序，科学规划组装场地，保证装机顺序，避免了大中型二次倒运，缩短装机时间，有效保证了tbm在狭窄的组装场地中有序装机；2、刀盘分块运输至刀盘组装区，精平后焊接完成，大吨位汽车吊配合大吨位履带吊双机抬吊、翻转，安装至指定位置，轻松解决刀盘翻转难的技术问题，操作简单、安全风险低；
3、tbm步进隧洞洞口组装仅采用2台大吨位汽车吊配合1台大吨位履带吊完成装机全过程，其中1台大吨位履带吊仅完成刀盘、机头架等大吨位构件起吊，起吊完成后即可退场，剩余tbm各构件仅采用2台大吨位汽车吊组装完成，相对于传统使用汽车吊配合龙门吊装机灵活机动性高、安全风险低、一次性机械设备投入成本低；4、采用“分段组装、分段调试、分段步进”的组装工艺，在第1阶段组装的同时，可在各规划组装区内进行第1+r阶段的各功能台车的组装，最后逐个整机吊装安装，后一阶段的组装与前一阶段的组装、调试平行作业，装机速度快、占用时间少，同时可保证双主洞钻爆法正常的施工。通过“分段组装、分段调试”发现tbm各功能区所存在的问题，尽可能将其在洞外解决，装机过程中质量有保证。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1 本发明实施例中洞外tbm组装场地布置图；图2 本发明实施例中tbm刀盘翻转安装示意图；图3 本发明实施例中tbm第n阶段现场组装示意图；图4 本发明实施例中tbm第n+1阶段现场组装示意图；图5 本发明实施例中tbm第n+n阶段现场组装示意图。
18.附图中标记及对应的零部件名称：1-施工便道；2-汽车吊；3-履带吊；4-刀盘各构件存放区；5-刀盘组装区；6-步进导向槽；7-l1区构件存放区；8-桥架构件存放区；9-l2区桥架组装；10-台车构件摆放区；11-台车组装区；12-刀盘；13-护盾；14-撑靴；15-后支撑；16-主梁；17-步进仰拱块；18-桥架；19-台车；20-钢丝绳；21-支撑墩；22-步进隧洞；23-下凹式刀盘组装区；24-吊耳。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
20.实施例：如图1至图5所示，本发明包括以下步骤：s1：预备隧洞掘进，洞外组装场地填筑；s2：第1阶段组装、调试、步进；s3：第1+r阶段组装、调试、步进，其中n为不为零的自然数，其中n≥1；s4：整体步进至始发隧洞，掘进。
21.对于山岭长大隧道一般设置于山岭之间，洞外以桥梁跨越沟壑，长大隧道通常采用tbm施工，经常由于洞外组装场地狭窄，无法满足tbm组装空间需求，从而采取爆破开挖山体移挖做填，从而来满足tbm拼装场地、构件摆放的需求。这种虽然满足了tbm的组装场地的需求及构件的摆放，但是耗费大量人力财力，破坏生态平衡，安全风险高，边坡防护费用高，针对洞口为桥梁的区域，组装完成后需待桥梁施工时要反开挖，增加桥梁成本，施工周期
长，针对组装工期要求紧的tbm是不可取的。
22.同时针对山岭长大隧道tbm洞外组装，通常需要至少2台大吨位龙门吊来满足刀盘12、桥架18、台车19等构件的组装及安装，灵活机动性差，安全风险高，大吨位龙门吊需要经过组装、验收、登记等程序准备周期长，同时需要单独配制至少2台大吨位吊车来配合施工，一次性机械设备投入成本高。
23.结合新疆某22.13km级特长隧道，地处高寒高海拔地区，隧道采用“3洞+4竖井”设计方案，采用4座竖井分5段纵向通风，竖井间隔4.4km设置一处，兼顾施工期及运营期正洞的通风作用。中导洞采用敞开式tbm法施工，设计开挖直径8430mm，主机长度约25.0m，整机长度285.0m，主机重量约800t，整机重量约2972.06t，整个刀盘12重量为157.6t，刀盘12分块运输至组装现场焊接成整体，1台大吨位汽车吊2配合1台大吨位履带吊3经过双机抬吊、翻转安装至指定位置。设计步进隧洞22180m，始发隧洞35m，始发隧洞出口端大里程方向150m为阿拉沟大桥0号桥台，为确保桥梁后期施工，始发隧洞洞口填筑140mtbm组装场地，考虑到预备隧洞及始发洞、双主洞的钻爆法正常施工，预留20m施工便道1，因此仅有120m
×
65m(长
×
宽)组装场地。根据现场组装场地的总体规划和施工进度等边界条件限制，tbm采用“分段组装、分段调试、分段步进”的组装工艺，采用220t汽车吊2、75t汽车吊2配合450t履带吊3吊装安装，装机速度快、质量安全可靠。项目自2020年5月29日首批构件到场开始组装，截止至2020年7月14日组装完成，整机组装工期46日。
24.本发明通过tbm组装顺序，科学规划组装场地，保证装机顺序，避免了大中型构件二次倒运，缩短装机时间，有效保证了tbm在狭窄的组装场地中有序装机。
25.刀盘分块运输至刀盘组装区，精平后焊接完成，大吨位汽车吊配合大吨位履带吊双机抬吊、翻转、旋转安装到tbm刀盘设计位置，快速解决刀盘翻转难的技术问题，操作简单、安全风险低。
26.tbm步进隧洞洞口组装仅采用2台大吨位汽车吊配合1台大吨位履带吊完成装机全过程，其中1台大吨位履带吊仅完成刀盘、机头架等大吨位构件起吊，起吊完成后即可退场，剩余tbm各构件仅采用2台大吨位汽车吊组装完成，整个组装过程中机械使用连续，机械利用效率高，相对于传统使用汽车吊配合龙门吊装机灵活机动性高、安全风险低、一次性机械设备投入成本低。
27.采用“分段组装、分段调试、分段步进”的组装工艺，在第1阶段组装的同时，可在各规划组装区内进行第1+r阶段的各功能台车的组装，最后逐个整机吊装安装，后一阶段的组装与前一阶段的组装、调试平行作业，装机速度快、占用时间少，缩短组装工期。通过“分段组装、分段调试”发现各阶段组装中的存在的技术问题，尽可能将其在洞外解决，装机过程中质量有保证。
28.依次按照s2第1阶段组装、调试、步进，再到s3第1+r阶段组装、调试、步进的组装顺序，完成整个tbm洞外组装的施工。
29.需要说明的是，步骤s1中还包括以下子步骤：s1.1：组装场地采用预备隧洞洞渣分层回填、分层碾压密实，每层的层厚为l，其中l≤30cm。
30.s1.2：分层回填距设计标高为m后，组装区域、大吨位履带吊3及汽车吊2活动区域采用钢筋混凝土进行场地硬化，剩余区域采用素混凝土硬化，其中m≤50cm。
31.这里的分层回填距设计标高是指土方回填厚度不大于30cm，土石分层回填不大于40cm，石方分层回填不大于50cm，分层厚度越小，重型压路机碾压完成后压实度越好，填料之间的颗粒越密实，后期的不均匀沉降越小，有利于提高组装区域路堤的整体强度和刚度；整个组装场地长度150m宽度100m包含组装区域，两者处于同一水平高度，组装区域仅供tbm整机组装，剩余区域为大件摆放、履带吊行走等，组装区域和履带吊的活动区域采用钢筋混凝土基础，其余区域采用非钢筋混凝土基础。组装的区域几何尺寸有长度150m宽度8.4m，主要功能是供tbm现场组装，组装区域的中轴线与tbm中轴线、掘进洞的中轴线重合。
32.需要说明的是，步骤s1中还包括以下子步骤：s1.3：组装场地与隧洞洞口之间设置下凹式刀盘组装区23，下凹式刀盘组装区23中心处设置矩形步进导向槽6，且延伸至隧洞掌子面，步进导向槽中心线与掘进隧道中心线重合，且在步进过程中起到步进导向的作用，下凹式刀盘组装区23可消除刀盘底部与l2区及后配套上下之间的垂直高差。
33.需要说明的是，步骤s1.3中还包括以下子步骤：s1.3.1：待洞外组装场地、下凹式刀盘组装区23施工完成后，规划汽车吊2及履带吊3站位及行走轨迹、刀盘12存放区、刀盘组装区5、l1区构件存放区7、桥架构件存放区8、桥架18构件组装区、后配套台车构件摆放区10、后配套台车构件摆放区10等功能区，各功能区的规划依次按照刀盘12组装、l1区组装、l2区桥架组装9、后配套台车19组装进行规划。并且在s2步骤中的第1阶段组装、调试、步进顺序为：刀盘12及护盾13组装、l1区组装、第1节、第1+n节中的l2区桥架组装9、第1号台车19组装，其中本步骤中的n≥1；第1号台车19为主控室(司机室)，l1区包含主梁16、机头架、撑靴14装置、后支撑15装置等，所有敞开式tbm都有l1区和l2区，本台tbm的l1区指盾护盾尾部到1号桥架头部的距离，l2区为1号桥架端头至3号桥架尾部，即1号桥架、2号桥架、3号桥架；需要说明的是，步骤s2.1中包括以下步骤：s2.1.1:刀盘12分为若干块运输至刀盘组装区5，刀盘12被分为若干块且运输至刀盘组装区5，汽车吊依次吊装若干块刀盘12，且将若干块刀盘12放置在具备调节自由高度功能的支撑墩21顶部，调整刀盘12顶面高程至同一水平面后焊接成整体，刀盘组装区5设置在紧靠刀盘12安装位置的一侧，且距离不得过远。
34.本发明通过将刀盘12分块运输至刀盘组装区5，精平后进行焊接，焊接完成后，大吨位汽车吊2配合大吨位履带吊3双机抬吊、翻转，安装至指定位置，轻松解决刀盘12翻转难的技术问题，操作简单、安全风险低。
35.需要说明的是，其特征在于，刀盘12的组装及安装包括以下步骤：t1：大吨位汽车吊2配合大吨位履带吊3通过钢丝绳20穿过q个吊耳24，将刀盘12起吊至同一高度h，其中满足q≥4且h＞刀盘12直径的1/2；t2：移走若干个支撑墩21，以大吨位履带吊3为主吊机，大吨位汽车吊2为辅助吊机，以大吨位汽车吊2处的吊耳24为向上起吊旋转吊点，大吨位履带吊3起吊并收紧钢丝绳20、大吨位汽车吊2慢速旋转并放松钢丝绳20，使得刀盘12倾斜最终垂直于地面；t3：大吨位履带吊3收紧钢丝绳20起吊刀盘12，整机转动将刀盘12安装至指定位置。
36.tbm步进隧洞22洞口组装仅采用2台大吨位汽车吊2配合1台大吨位履带吊3完成装机全过程，其中1台大吨位履带吊3仅完成刀盘12、机头架等大吨位构件起吊，起吊完成后即可退场，剩余tbm各构件仅采用2台大吨位汽车吊2组装完成，相对于传统使用汽车吊2配合龙门吊装机灵活机动性高、安全风险低、一次性机械设备投入成本低。
37.进一步地，步骤t1中还包括以下子步骤：t1.1：在刀盘12在组装的同时，可借助大吨位汽车吊2进行l1区、第1节桥架18、第1+n节桥架18、第1号台车19的组装；t2.2：刀盘12及护盾13、l1区、第1节及第1+第1+n节桥架18、第1号台车19组装完成后，整体调试并步进，第1节段组装结束，腾出第1+n节段组装场地，其中满足n≥1。
38.需要说明的是，步进的过程中同时在下凹式刀盘组装区23安装步进仰拱块17。
39.需要说明的是，在s3步骤中还包括以下子步骤：s3.1：第1阶段组装完成后调试步进的过程中，第1+r阶段组装中的第2号台车19、第2+n号台车19构件进场后摆放至台车构件摆放区10，采用大吨位汽车吊2在台车组装区11组装成型，第2号台车19、第2+n号台车19摆放顺序自刀盘组装区5至便道方向依次摆放。
40.需要说明的是，在s3步骤中还包括以下子步骤：s3.2：待第1阶段步进腾出第1+n节段台车19组装空间后，采用大吨位汽车吊2将在台车组装区11组装成型的第2号台车19起吊安装在第1号台车19尾部，并进行第1+r阶段调试、步进，腾出第2+n节段台车19组装空间，其中满足n≥1、r≥1；s3.3：同理，第2号台车10、2+n号台车19依次整机起吊安装在第1+r阶段组装的第2号台车19、第2+n号台车的尾部后，同时进行第1+r阶段调试，其中满足n≥1、r≥1；s3.4：待第2+n号台车19组装完成后，进行整机调试并向始发隧洞继续步进。
41.采用“分段组装、分段调试、分段步进”的组装工艺，在第1阶段组装的同时，可在各规划组装区内进行第1+r阶段的各功能台车19的组装，最后逐个整机吊装安装，后一阶段的组装与前一阶段的组装、调试平行作业，装机速度快、占用时间少，同时可保证双主洞钻爆法正常的施工。通过“分段组装、分段调试”发现tbm各功能区所存在的问题，尽可能将其在洞外解决，装机过程中质量有保证。
42.需要说明的是，在 s3步骤中的第1+r阶段组装、调试、步进中采用大吨位汽车吊2将在台车组装区11依次组装成型的第2号台车19、第2+n号台车19依次整机起吊安装在第1阶段组装的第1号台车19的尾部。
43.需要说明的是，所述第2号台车19、第2+n号台车19依次整机起吊安装在第1阶段组装的第1号台车19的尾部后，第1阶段组装与第1+r阶段组装完成后可进行整机调试并向始发隧洞继续步进。
44.需要说明的是，所述步进的过程中同步安装步进仰拱块17。
45.需要说明的是，所述整机步进至始发隧道掌子面开始掘进。
46.现有技术中有的采用1台2
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100t龙门吊和1台70t汽车吊进行组装，龙门吊机动灵活性差、安装及施工工期长、一次进出场费用高，一次设备投入成本高，在组装的过程中容易造成设备的闲置，龙门吊使用效率较低；而本技术刀盘的组装采用“双机抬吊”，即刀盘起吊、翻转、旋转均采用1台汽车吊配合1台履带吊完成，轻松解决刀盘翻转难的技术问题，刀盘组装时间短，施工速度快、操作简单、安全风险低，灵活机动性强；并且本技术科学合理规
划大型构件存放区、组装区、主机组装区，设置下凹式刀盘组装区，消除刀盘底部与l2和后配套之间的高差，同时步进过程中同步安装步进段仰拱块，达到安全、快速组装、快速步进的目标。
47.现有技术中有的场地比较狭窄，长度仅仅为140m，宽度为20m，不能合理规划组装区、台车存放区，而且后配套台车组装采取平行作业模式，却是在另外一个场地渣场组装成型，再将组装成型的后配套运输到组装场地上整体安装，增加了后配套台车的倒运成本和费用；而本技术后配套1号至1+n节台车进场后在场地内指定区域存放，在tbm刀盘至第1节台车(司机室)组装的同时，采用汽车吊从构件存放区吊装至组装区组装成型按照顺序堆放。
48.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。