巖爆地質(zhì)段敞開(kāi)式TBM關(guān)鍵設(shè)備維保技術(shù)探討

楊陽(yáng)

摘 要：為解決硬巖TBM在巖爆地段施工時(shí)，關(guān)鍵設(shè)備頻繁損壞、施工效率低、施工成本增加問(wèn)題，針對(duì)引漢濟(jì)渭嶺南TBM在巖爆段現(xiàn)場(chǎng)施工情況，分析TBM關(guān)鍵設(shè)備的損壞形式及原因，并提出TBM關(guān)鍵設(shè)備在運(yùn)行保養(yǎng)方面采取的改進(jìn)措施，使硬巖TBM在巖爆段順利掘進(jìn)，提高施工效率，對(duì)類(lèi)似工程起一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：敞開(kāi)式TBM;巖爆;關(guān)鍵設(shè)備;改進(jìn)措施;維保

TBM施工具有快速、安全、高效等鉆爆法不可比擬的優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)的長(zhǎng)大隧道施工使用越來(lái)越廣泛。但TBM一旦遇到巖爆等不良地質(zhì)段，關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)問(wèn)題頻發(fā)，維修保養(yǎng)將花費(fèi)大量的時(shí)間，嚴(yán)重制約施工進(jìn)度。針對(duì)引漢濟(jì)渭嶺南TBM在巖爆段施工過(guò)程中，關(guān)鍵設(shè)備頻繁出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，并在關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行保養(yǎng)方面采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1工程概況

標(biāo)段位于陜西省寧陜縣四畝地鎮(zhèn)境內(nèi)，全長(zhǎng)18.275km，主洞采用一臺(tái)由羅賓斯公司制造的Φ8.02m敞開(kāi)式硬巖掘進(jìn)機(jī)施工，連續(xù)皮帶機(jī)出渣。為解決TBM長(zhǎng)距離出渣、通風(fēng)及第二掘進(jìn)段施工組織問(wèn)題，標(biāo)段中間設(shè)一座4號(hào)支洞（采用無(wú)軌斜井施工），承擔(dān)TBM檢修洞施工與主洞TBM的鉆爆接應(yīng)任務(wù)。

2巖爆段敞開(kāi)式TBM關(guān)鍵設(shè)備損壞形式及原因分析

2.1主電機(jī)損壞形式及原因分析

（1）強(qiáng)巖爆致使主電機(jī)減速箱損壞，減速機(jī)內(nèi)部齒輪油通過(guò)主電機(jī)轉(zhuǎn)子軸間隙處流入主電機(jī)內(nèi)部，導(dǎo)致定子繞組絕緣值降低，不能滿(mǎn)足使用要求。

（2）隧洞底部強(qiáng)巖爆致使主電機(jī)外殼受損，耐壓強(qiáng)度降低，電機(jī)整體報(bào)廢。

（3）強(qiáng)巖爆、強(qiáng)震動(dòng)致使主電機(jī)冷卻水回路管頭損壞，電機(jī)運(yùn)行時(shí)溫度過(guò)高，變頻器頻繁報(bào)溫度過(guò)高故障，頻繁運(yùn)行導(dǎo)致電機(jī)損壞。

2.2液壓系統(tǒng)損壞形式及原因分析

2.2.1執(zhí)行元件及閥塊損壞

巖爆產(chǎn)生的不規(guī)則石塊形成瞬間沖擊力，直接作用在液壓執(zhí)行元件及閥塊上，導(dǎo)致其直接損壞，損壞后需要大量時(shí)間進(jìn)行排查并處理，必須對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行更換、清洗等工作。

2.2.2液壓管路損壞

巖爆掉落的不規(guī)則棱角鋒利的石塊，砸落至帶壓狀態(tài)的液壓油管，使其表面橡膠破損鋼絲編織層破裂，從而使整條液壓管路損壞，必須停機(jī)進(jìn)行檢修更換方可使用。

2.3拱架安裝器損壞形式及原因分析

2.3.1拱架安裝環(huán)損壞

拱架安裝環(huán)在TBM掘進(jìn)期間基本都在護(hù)盾內(nèi)部，只有開(kāi)始安裝鋼拱架支護(hù)時(shí)才會(huì)離開(kāi)護(hù)盾，在安裝鋼拱架時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同強(qiáng)度巖爆，或是圍巖上部，或是隧道底部，所釋放的沖擊力極易造成拱架安裝環(huán)的損壞變形。

2.3.2拱架安裝器結(jié)構(gòu)架斷裂、變形

在高頻強(qiáng)巖爆地段施工過(guò)程中，頂部垮塌的巖石順勢(shì)而下，巨大的重力勢(shì)能直接作用在拱架安裝器結(jié)構(gòu)件上，造成整體結(jié)構(gòu)件鏈接部位開(kāi)裂及變形，致使整套系統(tǒng)部分功能缺失，而部分永久性損傷即使后續(xù)維修人員進(jìn)行焊接修補(bǔ)，也無(wú)法達(dá)到新機(jī)使用狀態(tài)。

2.4錨桿鉆機(jī)損壞形式及原因分析

2.4.1巖爆落石造成鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)掉落

由于錨桿鉆機(jī)的工作性質(zhì)和使用需求，其頂部與周身無(wú)任何防護(hù)措施，若頂部發(fā)生高頻強(qiáng)巖爆，所掉落的石塊直接將錨桿鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)件砸落，鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)掉落極易造成推進(jìn)梁的扭曲變形。

2.4.2巖爆大石塊造成鉆機(jī)耐磨滑道砸傷變形

巖爆落石多以三角形、錐形等不規(guī)則形狀呈現(xiàn)，塊徑大且棱角鋒利，在大石塊的沖擊作用下，致使鉆機(jī)推進(jìn)梁耐磨滑道損傷變形（如圖所示），滑道表面出現(xiàn)破損將加重母座的磨損程度，極大減少設(shè)備的使用壽命。

2.4.3巖爆大石塊造成鉆機(jī)變速箱剎車(chē)損壞

高頻強(qiáng)巖爆產(chǎn)生的落石砸落至驅(qū)動(dòng)裝置本身，直接造成鏈接螺栓斷裂，驅(qū)動(dòng)齒與行走軌道分離，使整套驅(qū)動(dòng)的制動(dòng)功能失效，致使鉆機(jī)滑落造成結(jié)構(gòu)件以及機(jī)身的損壞，鉆機(jī)自身重量的下墜力度加上落石的沖擊，極易造成鉆機(jī)剎車(chē)花鍵軸的斷裂，以及變速箱內(nèi)部行星齒的損壞。

2.5皮帶機(jī)損壞形式及原因分析

2.5.1皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)件損壞

在巖爆段施工時(shí)，大量大塊巖石從掘進(jìn)巖面垮落，加之刀盤(pán)刮渣倉(cāng)局部損壞無(wú)法及時(shí)修復(fù)，大塊的巖石未有效破碎即被輸送到主機(jī)皮帶機(jī)接渣斗處，造成接渣斗弧形板、扇形板、梯形板被砸落變形、掉落、緩沖床磨損。

2.5.2輸送帶破損、撕裂

巖爆產(chǎn)生的大塊巖石頻繁堵塞皮帶機(jī)下渣斗，若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并停機(jī)，極易造成輸送帶縱向撕裂;在巖渣輸送過(guò)程中，巖渣不斷通過(guò)各個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)，在下落過(guò)程中對(duì)皮帶機(jī)產(chǎn)生極大的沖擊力，大塊巖石在通過(guò)落差較大的下料口，由于重力作用極易造成輸送帶貫穿破損。

3施工工程過(guò)程中采取的維保及改進(jìn)措施

巖爆地質(zhì)段TBM設(shè)備掘進(jìn)運(yùn)行，維保是關(guān)鍵，通過(guò)每日強(qiáng)制保養(yǎng)4h發(fā)現(xiàn)故障原因并采取修復(fù)方式及改進(jìn)措施能夠有效降低設(shè)備故障率，減少巖爆對(duì)TBM設(shè)備影響，針對(duì)上述產(chǎn)生的故障，采取了以下改進(jìn)措施：

3.1主電機(jī)損改進(jìn)措施

（1）變頻器報(bào)電機(jī)短路故障時(shí)，立即停止使用故障電機(jī)，及時(shí)通知值班電工對(duì)電機(jī)進(jìn)行阻值測(cè)定，相間及相對(duì)地阻值未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁使用;

（2）電機(jī)接線盒使用高強(qiáng)度亞克力板封閉，防止隧洞底部強(qiáng)巖爆后水流進(jìn)入接線盒內(nèi)導(dǎo)致接線排和接線端子損壞，間接導(dǎo)致電機(jī)定子繞組線圈燒毀

3.2液壓系統(tǒng)改進(jìn)措施

（1）對(duì)設(shè)備裸漏的液壓管路，采用分段連接，減少長(zhǎng)距離更換破損管路造成液壓系統(tǒng)的污染，并使用螺旋保護(hù)套纏繞油管，極大減少了油管被巖爆損壞情況發(fā)生，進(jìn)一步降低了成本的浪費(fèi)。

（2）為降低液壓馬達(dá)及油缸長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致元器件的損壞率，在各部位液壓系統(tǒng)增添安全溢流閥，以保證元器件內(nèi)部穩(wěn)定的工作壓力，降低液壓設(shè)備的故障率。

3.3拱架安裝器改進(jìn)措施

（1）考慮在不影響整體使用效果以及改造所耽誤的進(jìn)度，在拱架安裝器一號(hào)斜撐的兩側(cè)，添加輔助支撐系統(tǒng)，在遇到巖爆落石積壓的情況下，能提供額外的支撐力度，使鋼拱架支護(hù)效果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)保證作業(yè)區(qū)域的人員安全。

（2）在易損壞的設(shè)備區(qū)域添加防護(hù)罩，減少落石對(duì)設(shè)備的沖擊損傷;對(duì)整體結(jié)構(gòu)框架，主要受力點(diǎn)使用鋼板加固，增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;對(duì)安裝環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)裝置安裝座加固，防止落石撞擊造成底座斷裂;6組頂撐裝置導(dǎo)向柱，導(dǎo)向套外部使用鋼板包裹，減輕本體的磨損。

3.4錨桿鉆機(jī)改進(jìn)措施

（1）在剎車(chē)下部添加支撐架，即便鏈接螺栓斷裂也能起到制動(dòng)作用，避免鉆機(jī)小車(chē)的整體滑落，此外在整套驅(qū)動(dòng)的上部焊接防護(hù)罩，減少巖爆落石的直接砸損，降低設(shè)備的故障及損壞率。

（2）在兩臺(tái)液壓油泵的泄露油管處增添大流量水冷裝置，使油品的溫度從源頭處降低，改善的液壓系統(tǒng)內(nèi)部的高溫環(huán)境，提升液壓系統(tǒng)各元器件的工作性能。

（3）及時(shí)的調(diào)整鉆機(jī)系統(tǒng)的沖擊、旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給壓力保持鉆機(jī)不超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于圍巖硬度較高的地段，將沖擊壓力適當(dāng)增大，增強(qiáng)其自身碎巖能力，降低鉆機(jī)進(jìn)眼速率，以此保證錨桿鉆機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3.5皮帶機(jī)改進(jìn)措施

（1）TBM在巖爆地段掘進(jìn)時(shí)，為有效破碎掌子面的巖石，減少大量的大石塊進(jìn)入皮帶機(jī)，掘進(jìn)時(shí)必須合理選擇掘進(jìn)參數(shù)。結(jié)合引漢濟(jì)渭TBM和掘進(jìn)時(shí)的情況，選擇低轉(zhuǎn)速、低推力、低扭矩（轉(zhuǎn)速2～3r/min，推力為100～180bar，扭矩1200～2000knm）的掘進(jìn)參數(shù)。

（2）橋架皮帶機(jī)及轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)的緩沖床，由緩沖托輥改為聚乙烯緩沖條設(shè)計(jì)，可以有效吸收沖擊、防止輸送帶撕裂，減緩物料對(duì)輸送帶的沖擊和損壞。

（3）為有效遏制輸送帶縱向撕裂情況的出現(xiàn)，經(jīng)選型及數(shù)次現(xiàn)場(chǎng)試用，最終確定EP250鋼絲網(wǎng)抗撕裂皮帶可滿(mǎn)足使用要求，該種輸送帶具有尼龍輸送帶優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，另外具有縱向強(qiáng)度高、抗撕裂的特點(diǎn)。

3.6現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理措施

為有效減少巖爆造成主驅(qū)動(dòng)、拱架安裝器、錨桿鉆機(jī)、液壓系統(tǒng)、皮帶系統(tǒng)的設(shè)備損傷，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理與施工條件，制定了一系列的管理專(zhuān)項(xiàng)措施;有效降低了設(shè)備故障率，提高員工積極性：

（1）制定專(zhuān)項(xiàng)設(shè)備考核制度，根據(jù)本月設(shè)備的完好率及使用率情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員和管理人員進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)獎(jiǎng)罰措施，以此充分調(diào)動(dòng)員工的積極性，使其更富有責(zé)任心。

（2）設(shè)定專(zhuān)人進(jìn)行設(shè)備的操作與維護(hù)，防止因人員自身水平的問(wèn)題，造成設(shè)備故障頻發(fā)。

（3）定期對(duì)各班操作手、巡守工進(jìn)行理論培訓(xùn)，使其對(duì)設(shè)備的工作原理、使用方法有更清晰的認(rèn)識(shí)，可以處理一些常見(jiàn)的設(shè)備故障。

（4）加強(qiáng)設(shè)備改進(jìn)部位的日常檢查，對(duì)每日巡檢進(jìn)行記錄匯總，建立專(zhuān)用設(shè)備履歷。

結(jié)論

總之，在高頻強(qiáng)巖爆地質(zhì)條件下，對(duì)敞開(kāi)式TBM關(guān)鍵設(shè)備損壞形式，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的改進(jìn)措施及維保頻次，經(jīng)引漢濟(jì)渭嶺南TBM現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐，能有效降低TBM關(guān)鍵設(shè)備故障率，提高設(shè)備利用率。

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