淺談雙護盾TBM液壓系統(tǒng)

周清

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

淺談雙護盾TBM液壓系統(tǒng)

周清

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

雙護盾TBM作為近些年運用于隧道施工的大型設(shè)備，可進行掘進、出渣、拼裝、灌漿等一體化作業(yè)。本文以蘭州水源地所用雙護盾TBM為例，主要介紹了液壓系統(tǒng)組成和重要參數(shù)以及日常維護技術(shù)。

雙護盾TBM ；液壓系統(tǒng)； 維護技術(shù)

1 液壓系統(tǒng)

雙護盾TBM液壓系統(tǒng)由推進系統(tǒng)、高壓撐靴系統(tǒng)、快速復(fù)位系統(tǒng)、管片拼裝系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、主機皮帶系統(tǒng)以及自動潤滑系統(tǒng)組成。通過各系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制以及數(shù)字監(jiān)控，保證設(shè)備正常運行。

1.1 推進系統(tǒng)

推進系統(tǒng)由主推進系統(tǒng)和輔助推進系統(tǒng)組成。主推系統(tǒng)由10根油缸組成并連接前盾和撐緊盾，行程1.5米，調(diào)定壓力280bar，最快達120mm/min。在雙護盾模式掘進時，主推油缸為刀盤提供推力。主推進油缸分為4個區(qū)，每個區(qū)裝有行程傳感器，每個單元液壓油流量可由主控室手動調(diào)節(jié)，最高可達36.4L/min，據(jù)此調(diào)整TBM掘進時的姿態(tài)。

輔推進系統(tǒng)由布置在支撐護盾的14雙缸加2單缸組成，這些油缸在尾盾內(nèi)伸縮推壓襯砌管片，行程為2.6米，調(diào)定壓力為280bar,流量最高能達30.2L/min，推進模式下能達120mm/min。輔助推進油缸具有保持襯砌管片始終穩(wěn)定的功能。

輔助推進油缸可由管片遙控器控制進退，方便管片的安裝，以及在換步時輔推進油缸將撐緊盾向前推進，同時主推進油缸向前拉撐緊盾。當(dāng)巖層不穩(wěn)定，需要在單護盾模式下掘進時，可選擇用輔助推進油缸在高壓下頂住已安裝好的管片給刀盤提供向前掘進的反推力。輔助推進油缸也分為4個區(qū)，每一個區(qū)均裝有行程傳感器，在單護盾模式掘進時，每一組油缸均可單獨控制，并且主推進缸輔助調(diào)整前盾和刀盤的方向，進而方便TBM方向的控制。

液壓元件重要參數(shù)如表1。

表1 主、輔液壓元件參數(shù)

1.2 高壓撐靴系統(tǒng)

高壓撐靴系統(tǒng)由4根油缸串接而成，行程為350mm，調(diào)定壓力為330bar。在掘進過程中，通過兩個撐靴水平伸展高壓撐住巖層為TBM掘進產(chǎn)生的推力和扭矩提供反作用力。撐緊油缸的行程是根據(jù)巖層和最大擴挖量確定。撐緊力可以根據(jù)地質(zhì)情況進行調(diào)整，為防止撐緊靴的推力破壞圍巖的穩(wěn)定，撐靴對洞壁最大的接地比壓設(shè)定為3MPa。當(dāng)在硬巖地層開挖時，刀盤需要很大的推進力，撐緊盾系統(tǒng)必須提供足夠的撐緊力來提供反作用力。當(dāng)在軟弱地層開挖時，刀盤只需要較小的推進力，撐緊力將成正比減少，因此對圍巖的接觸壓力將較小，最大接地比壓力不大于4MPa。

橋梁各構(gòu)件表面和內(nèi)部不同點位上的實際溫度都處在不斷變化的狀態(tài)，而從由自然環(huán)境因素引起的溫度荷載角度講，可分為以下三種類型：①日照溫度荷載，主要受太陽輻射影響，具有短時急變的時間性，作用于局部，不均勻分布，易使結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力增大，是最為復(fù)雜的溫度荷載；②驟然溫降溫度荷載，主要受強冷空氣影響，具有短時變化的時間性，作用于整體，分布相對均勻，易使結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大，具有一定復(fù)雜性；③年溫變化荷載，主要受緩慢溫變因素影響，具有長期緩慢的時間性，作用于整體，分布均勻，易使結(jié)構(gòu)整體位移增大，是較簡單的一種溫度荷載。本次研究只考慮前兩種溫度荷載，年溫變化荷載在工程設(shè)計中有所提及，故本次不考慮。

2.3 快速復(fù)位系統(tǒng)

復(fù)位系統(tǒng)采用雙作用葉片泵，通過插裝閥快速復(fù)位閥組，在TBM換步時，給主推、輔推快速供油。在撐靴伸出時，通過快速給油達到60bar時，再進行高壓撐靴撐緊。

2.4 管片拼裝系統(tǒng)

管片拼裝系統(tǒng)由盾尾區(qū)域的兩個液壓馬達、2根抓持油缸、2根平移油缸、1根傾斜油缸、2根提升油缸組成，泵調(diào)定壓力為240bar。

該系統(tǒng)由單獨的液壓系統(tǒng)提供動力，通過對液壓馬達和液壓油缸等執(zhí)行機構(gòu)動作的比例控制，可實現(xiàn)拼裝管片的縱向移動、徑向移動、橫向移動、回轉(zhuǎn)、橫搖和俯仰動作。并通過安裝在管片抓斗上的傳感器實現(xiàn)管片快速精確的定位及安裝。

管片拼裝系統(tǒng)又稱輔助系統(tǒng)，輔助泵與拼裝泵串聯(lián)一起，主要為注漿泵、管片運輸小車、主機穩(wěn)定器油缸、管片卸載器油缸、刀盤制動、糾偏控制油缸等提供液壓動力。液壓元件重要參數(shù)如表2。

表2 拼裝液壓元件參數(shù)

2.5 主機皮帶系統(tǒng)

執(zhí)行元件由安裝于滾筒內(nèi)部的液壓馬達和后部的兩根張緊油缸以及一根皮帶移動油缸組成（如圖1）。

圖1 皮帶系統(tǒng)簡圖

主要為皮帶提供傳輸動力以及移動皮帶，便于人員進入刀盤進行檢修。泵切斷壓力為160bar，控制電流最高可達600mA，最大輸送速度約2.8rpm。

2.6 冷卻循環(huán)系統(tǒng)

冷卻循環(huán)系統(tǒng)由油箱冷卻系統(tǒng)和主驅(qū)動齒輪油冷卻系統(tǒng)組成。

油箱冷卻系統(tǒng)主要用于油溫的冷卻，采用雙葉片泵，調(diào)定壓力為10bar。主驅(qū)動冷卻系統(tǒng)采用螺桿泵，流量為85L/min，控制溫度為35℃，通過同步馬達冷卻及潤滑小齒輪、小齒輪軸承、主軸承齒輪箱。

2.7 自動潤滑系統(tǒng)

油脂集中潤滑系統(tǒng)主要通過氣動油脂泵向電動油脂桶供油，電動油脂泵主要向主驅(qū)動內(nèi)、外密封供油，防止主驅(qū)動被渣土污染。而氣動油脂泵直接向管片拼裝機滾子和軸承潤滑供油。

電動油脂桶頂部裝有超聲波液位開關(guān)，檢測桶內(nèi)油脂量。當(dāng)桶內(nèi)油脂達到低位時，氣動泵自動開啟，向油脂桶內(nèi)供油，高位時泵輸送停止。

3 液壓系統(tǒng)日常維護

TBM液壓系統(tǒng)主要的推進、支撐系統(tǒng)都選用大的集成閥組，以及各大輔助系統(tǒng)均為緊密的控制元件。因此，液壓系統(tǒng)維護、保養(yǎng)是否規(guī)范對整個設(shè)備的掘進性能、效益發(fā)揮著至關(guān)的作用。維護主要事項如下：（1）液壓裝置的故障，70%與油液有關(guān)，需對油箱的油位、溫度、清潔度、顏色進行日常巡檢，定期對油液進行抽樣化驗。（2）液壓油的選用應(yīng)采用同一廠家及型號。（3）TBM液壓管路錯綜復(fù)雜，應(yīng)對管路采用保護措施，避免與尖銳、硬物體接觸，以免管路爆裂，高壓沖擊。（4）對一些管路上的氣動控制元件，采取日常排水、加潤滑油，防止氣動控制元件磨損失靈。（5）對整個管路、控制閥塊進行日常泄漏檢查。（6）設(shè)備管路上安裝的過濾器，均有電信號檢測，當(dāng)出現(xiàn)報警信號時，更換過濾器芯，未安裝的，需做定期清洗或更換。（7）對液壓泵、電機、控制閥組噪聲檢查。（8）定期對所有關(guān)鍵的連接螺栓進行緊固檢查。（9）對整個設(shè)備的壓力表、溫度表、主控界面的各項數(shù)據(jù)進行日常巡檢和備錄。（10）對整個設(shè)備的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行定期EP2潤滑。（11）對液壓維護人員進行培訓(xùn)學(xué)習(xí)，增強技術(shù)能力和日常維護意識。（12）除對液壓系統(tǒng)實體設(shè)備進行監(jiān)控外，還需對一些隱形因素進行監(jiān)控。雖然這些不影響設(shè)備功能使用，但長時間會對設(shè)備壽命有影響，需加強日常巡檢經(jīng)驗的累計及學(xué)習(xí)。

4 結(jié)語

TBM液壓系統(tǒng)串聯(lián)著整個運動機構(gòu)，控制元件眾多，管路錯綜復(fù)雜。因此，需加強液壓系統(tǒng)的日常監(jiān)控，主動預(yù)防故障，保證設(shè)備的正常掘進性能，對工程的順利貫穿有著積極意義。

[1]蘇啟棠，王利權(quán).液壓系統(tǒng)油液污染[J].現(xiàn)代機械，2005(5).

[2]李玉萍.淺析液壓系統(tǒng)常見故障及防范措施[J].鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2010(3).

[3]雙護盾TBM的應(yīng)用與研究.中國水利水電出版社，2011(10).

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1671-0711（2017）01（下）-0110-02