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   摘要:TB880E型掘进机是采用双“X”型支撑的敞开式掘进机,在通过软弱围岩地段时,可以通过对支撑采用降低支撑油缸设定压力、推进油缸浮动等特殊控制方式,既保证机械的安全,又可安全地通过不良地质地段,使掘进顺利进行。对敞开式掘进机在软弱围岩地段施工时的使用提供了技术指导。
  关键词:敞开式掘进机 支撑 控制
  隧道掘进机(TBM)是当代隧道施工先进的大型机械,集隧道施工的开挖、支护、出渣和通风防尘等工序于一体,各工序连续而平行进行,实现了工厂化的隧道生产施工。与钻爆施工方法相比,具有施工速度快,施工质量好,使用劳动力少,作业环境好等优点。在长大隧道施工中使用愈来愈广泛。
TB880E型掘进机是铁道部针对西安至安康铁路秦岭特长隧道施工要求,于1997年引进的德国WIRTH公司生产的敞开式硬岩掘进机。
  这类掘进机在掘进中遇到不可避免的软弱地质地段时,面临洞壁支护和机器通过两类阻碍掘进进行的问题,笔者操作和指导操作该机在西康铁路秦岭隧道Ⅰ线出口和西南铁路桃花铺2号隧道施工中,通过了多处不同形式的洞壁坍塌地层地段,使掘进机安全通过,隧道掘进施工能顺利进行。本文对TB880E型掘进机支撑控制的论述是大量实际使用经验的总结,可供掘进机施工使用参考。
  1  TB880E型掘进机主机的支撑结构
  如图1 所示,TB880E型掘进机设置前后两组呈“X”形布置的支撑,前后支撑上各有四组支撑靴,每组两个,掘进机工作时,前后“X”支撑上的16个弧形支撑靴被32个支撑液压缸紧压在已经形成的圆形洞壁上,最大支撑力为60000kN(额定支撑力41000kN),将掘进机的主机支撑在洞壁上进行掘进施工。此种形式的支撑结构可以在机器掘进时有较好的定向刚度和稳定性。由于采用了前后两组支撑,整机的重心位于两组支撑之间,因而可以有效的减少主机前部(前下支撑)的下沉。而且两组支撑靴板与洞壁的接触面积较大,支撑力大,掘进施工中机器的稳定性好。
  稳定的支撑是掘进机工作的最基本条件,掘进机工作时,掘进机的支撑系统要牢固地支撑在洞壁上,此时,洞壁要对支撑靴板产生要求的反力,用以克服刀盘旋转破岩产生的扭矩和刀盘推进的反力。正常地质条件下,掘进机可在额定负荷下工作,达到设计的掘进速度。在软弱、破碎等不良地质地段,洞壁对支撑的反力不够,掘进就不能正常进行,甚至机器不能移动,掘进施工受阻。必须采取特殊技术措施,使机器通过这些施工困难的地段。
        2   880E型掘进机支撑液压系统的特点
  支撑的液压系统为TB880E型掘进机的关键部分,其前后两组支撑每组支撑包括有16个油缸,如图2。整个系统的液压油流量大、压力高,是保证TBM正常掘进施工的重要系统。
  在地质条件比较差的地段施工时,常常要根据地质变化的情况调整支撑油缸压力的大小以及支撑油缸数量。
  2.1 撑靴伸出控制
  为防止撑靴伸出速度过快,在洞壁不规则的情况下,使撑靴油缸损坏,在液压系统中采用同时向液压油缸有杆腔和无杆腔供油,利用相同油压不同作用面积(油缸有杆腔和无杆腔之间的面积差)推出活塞杆和撑靴板,直至靴板到达洞壁并稳定支撑。从而达到缓慢伸出并易于控制的效果。
  2.2 撑靴缩回控制
  支撑系统的油缸数量多,系统回油时流量很大,如果回油全部通过液压阀回到油箱,那么回油速度非常慢,而且对阀芯的冲击较大。因此系统在撑靴油缸缩回时,采用在有杆腔供油,无杆腔回油的控制方式,如图3,同时设置回油不通过主方向控制阀阀芯,直接回油箱加快回油速度,使油缸快速收回。撑靴的伸出和缩回由两台高压大流量泵供油。
  2.3 稳定支撑状态
  当撑靴支撑住洞壁后,需要稳定的维持支撑力,即为维持撑靴在破岩震动力和推进反力作用下,稳定撑靴支撑力,需及时对压力下降的油缸补充压力。(TB880E型掘进机设定的最小支撑压力为250bar)。当撑靴的支撑压力低于设定压力后,程序逻辑控制系统(PLC)使掘进机停止推进作业。为维持稳定的支撑压力,在液压系统中使用一台小流量的高压油泵来进行撑靴压力稳定的控制。

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