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秦岭隧道TBM施工期间,我作为主司机亲手操作TBM,一直在掘进班工作,期间经历了多种地质条件,积累了一定的经验。本文介绍关于在掘进机完成一个循环后转人下一个循环的换步过程中,换步方式对刀具及掘进速度的影响。
  在一个循环结束后一般采用以下步骤进行换步:
  (1)刀盘退后2-3cm;
  (2)空转10-20s后,停止对盘旋转,停止电机和停皮带机;
  (3)撑出护盾下支撑使油缸压力升至18.0MPa;
  (4)松夹紧油缸,此时护盾下支撑压力下降,应继续升压至14D-16DMPa左右,期间若感觉边刀刮擦洞顶,可停止往出;
  (5)撑出后支撑,并使后支撑竖直缸压力升至15.0MPa左右;
  (6)放格外凯Ⅰ和外凯Ⅱ;
  (7)向前移动外凯,同时进行外凯偏转调整及主机姿态调整;
  (8)外凯就位唇,调整主机滚动2
  (9)撑紧外凯Ⅰ和外凯Ⅱ至27.0MPa左右;
  (10)将所有护盾支撑收回;
  (11)撑出护盾下支撑至外凯I,撑靴压力升高0.2-0.4MPa;s将其余护盾撑出至贴近洞壁S
  (12)将夹紧油缸夹紧;
  (13)拖后配套,并向前移动后支撑;
  (14)拖后配套同时,启动皮带机,并顺次启动主电机;
  (15)启动刀盘施转,此时护盾下支撑油缸压力约为12.0MPa左右,可升至14.0MPa左右;
  (16)开始掘进;
  (17)另外在软岩或破碎地质条件下掘进时,推力较小、扭矩较大、振动较大,掘进时可将顶护盾及侧护后撑出至5.0MPa左右,使之与洞壁保持浮动支撑,可大大减小振动,降低扭矩峰值,对刀具受力、电机寿命及主机寿命均有好处。
刀盘护盾由顶护盾、侧护盾(2块)、底护盾(护盾下支撑)和中护盾五块组成,中护盾由14个轴向布置的夹紧油缸,压紧在刀盘主轴承总成的凸台上,好象是空套’在内凯上,其余护盾通过8个油缸及两个铰点连接在中护盾上。因此,整个护盾与刀盘之间不是刚性连接而是靠国植实现的一种‘浮动’连接这种结构有利于起到一种缓冲的‘跟刀架’作用。由于护盾的这种结构,采取了上述的换步方式。
  其中第3、4步预先升高护盾下支撑油缸的压力,使底护盾承受住刀盘的大部分重量,并且将护盾下的虚碴压实,这样松开夹紧缸放松外凯时刀盘位置保持基本不变。这两步的好处在于启动刀盘时边刀位于上一循环的已掘出空得,对边刀保护作用极大.
  而第10、11步是保持和提高掘进速度井保证下护盾清碴效果的关键这在Ⅴ、Ⅵ类硬岩掘进中体现明显。液压推进缸作用在刀盘上的力可以认为主要有两个作用:其绝大部分推进力作用在71把刀具上使刀具切人岩石进行破岩;另外一小部分通过夹紧油缸作用在护盾上其中又主要作用在下护盾上,使下护盾克服与护盾底部岩碴的摩擦力,向前推碴,再通过刮板转运至皮带机上。在总推力一定的情况下,用在护盾除碴上的力越大,作用在刀具上的力就越小因此如何在保证下护后的除碴作用的前提下尽量减小其摩擦力,就成了提高推进效率从而提高推进速度的关键了。我们知道;
  F=f×N
  假设护盾下支撑与岩碴接触面的摩擦系数为f则摩擦力对取决于正压力N.
  N=P×S
  其中P为护盾下支撑油缸大腔压力,S为油缸活塞面积。
  已知4个下支撑油缸内径为300mm,井取护盾下支撑油缸大腔压力为15.0MPa,取摩擦系数f=0.2,则得;
  F=848kN
  对于秦岭隧道使用的TB880E型隧道掘进机来悦,由于采用432mm盘形滚刀,每把刀承载约250kN,其最推进力控制在17000kN,而仅下护盾摩擦力就占总推力的5%如果下护盾压得更紧,则正压力增加,摩擦力占总推力的比例会更大,可见护盾摩擦力的影响不可忽视。如果在换步时重新撑紧外凯后将护后下支撑保持在正好接触岩面而压力尽可能小的情况下护盾与岩面的摩擦力即可减小到最小限度,提高推进力的使用效率,从而提高推进速度。实际施工中,在隧道里程DK65+300左右Ⅴ、Ⅵ类硬岩掘进中得到了验证,在同样地质条件下,比不按此换步的掘进速度提高约25%左右,平均两个半小时一个循环可提速至两个小时以内完成,按每日掘进18小时计算,每天可多掘进约两个循环,每月多掘进约的个循环,机械使用效率和经济效益明显提高。但要注意的是,采用将护盾全部收回,再撑出下护盾至外凯Ⅰ撑紧压力升高0.2-0.4MPa.让护盾低压撑紧岩画的操作应保证护盾充分接触岩面,不可单纯追求速度而提高下护盾,使护盾下积碴过多,不但护盾起不到减振作用,而且长此以往,下护盾支撑油缸和顶护盾伸出油缸逐渐缩进至极限位置,护盾被积碴及洞顶夹住,夹紧油缸压力升高至16.0MPa以上,而由PLC控制自动停止导致无法继续掘进。
  在一年多的掘进实践中证明采取上述换步步骤有三大好处:一是保护刀具(尤其是边刀),减小其正常磨损,避免非正常损环;二是可保持或提高掘进速度;三是可保证下护盾的清渣作用。

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