掘進機掘進過程中產生扭矩的解決辦法及原理分析

龐金帝

摘要文章通過對掘進機及其抗扭矩裝置的結構和施工功法的介紹，闡述了如何使用掘進機抗扭矩裝置來平衡掘進機在掘進過程中產生的危害設備并影響施工安全的扭矩，從而使掘進機能過安全快速的完成隧道的施工建設。

關鍵詞硬巖掘進機；前盾；抗扭臂；抗扭矩缸；支撐盾；泵站

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0169-02

全斷面硬巖掘進機是融合機、電、液壓技術為一體的大型掘進裝備，被廣泛地應用于硬巖地質的各種隧道施工建設工程中，尤其對于大型長距離隧道工程，由于工程長、大、深隧洞的特點，使得傳統的鉆爆法難以適應工程建設需要，而采用掘進機施工具有快速、優質、安全、經濟、環保等突出優點。掘進機在掘進過程中會產生危害設備及施工安全的扭矩，目前用來平衡該扭矩的原理及方法有多種，本文著重介紹如何通過抗扭矩裝置來解決掘進過程中產生的扭矩問題。

1硬巖掘進機抗扭矩裝置簡介

如圖1所示，硬巖掘進機抗扭矩裝置主要由以下部件組成：前盾，前抗扭臂，抗扭矩缸，后抗扭臂，支撐盾，主機泵站以及激光導向裝置。其中，前盾與前抗扭臂相連接，抗扭矩油缸的一端與前抗扭臂樞紐連接，抗扭矩油缸的另一端與后抗扭臂樞紐連接，后抗扭臂與支撐盾相連接，主機泵站為所述抗扭矩油缸提供動力，激光導向裝置可檢測前盾的旋轉角度。

1-前盾；2-前抗扭臂；3-抗扭矩油缸；4-后抗扭臂；

5-支撐盾；6-主機泵站；7-激光導向裝置

圖1

2抗扭矩裝置中抗扭矩油缸工作原理

兩個抗扭矩油缸同向并列布置，其中一個抗扭矩油缸的出油口與另一個抗扭矩油缸的進油口連通，其中一個抗扭矩油缸的進油口與另一個抗扭矩油缸的出油口連通，兩條抗扭矩油缸與主機泵站分別通過單向閥連通。抗扭矩油缸具有伸出或縮進結構，即抗扭矩油缸能處于伸出或縮進狀態。通過抗扭矩油缸的伸縮配合前盾運動，進而配合刀盤軸向掘進并平衡刀盤掘進過程中產生的扭矩，從而實現掘進機的平穩掘進。

掘進機抗扭矩裝置的抗扭矩油缸的結構示意圖如圖2所示。

圖2

抗扭矩裝置中的兩條抗扭矩缸31、32同向并列布置，抗扭矩缸31的油缸出油口與抗扭矩缸32的油缸進油口連通，抗扭矩缸31的油缸進油口與抗扭矩缸32的油缸出油口連通。當掘進機正常掘進時，兩條抗扭矩油缸31、32的油缸與主機泵站61、62的液壓油分別通過單向閥阻斷，完全從動。前盾向前推進時，固接于前盾的前抗扭臂將兩條抗扭矩油缸31、32的油缸活塞桿拉出。同理，支撐盾向前步進時，固接于支撐盾的后抗扭臂將兩條抗扭矩缸31、32活塞桿壓入。

3硬巖掘進機抗扭矩裝置工作原理

本文提及的抗扭矩裝置中：前盾為中心為空的圓盤形狀，在盤上開設有一個或多個固定孔，用于與前抗扭臂固定；抗扭臂為一端小另一端大的臂狀，在抗扭臂一端開設有一個或多個固定孔，用于與前抗扭臂或后抗扭臂固定連接，抗扭臂另一端開叉，并在兩個叉上設有連接孔，通過該開叉結構和連接孔，抗扭臂與抗扭矩油缸樞紐連接；支撐盾為中心為空的圓盤形狀，在盤上開設有一個或多個固定孔，用于與后抗扭臂固定；兩個抗扭矩油缸同向并列布置，其中一個抗扭矩油缸的出油口與另一個抗扭矩油缸的進油口連通，其中一個抗扭矩油缸的進油口與另一個抗扭矩油缸的出油口連通，兩條抗扭矩油缸與主機泵站分別通過單向閥連通。抗扭矩油缸具有伸出或縮進結構，即抗扭矩油缸能處于伸出或縮進狀態。

在掘進機掘進過程中刀盤旋轉，巖石會對刀盤施加反向扭矩，該扭矩傳遞到掘進機前盾上，使前盾有與刀盤反向旋轉的趨勢。前抗扭臂與前盾相連接，使得此反向扭矩傳遞到前抗扭臂上，而前抗扭臂與抗扭矩油缸銷軸連接，從而使得這種反向旋轉的趨勢對兩條抗扭矩油缸施加了力偶矩，反映到油缸桿上是兩個方向相反，大小相等的力。當抗扭矩缸31的油缸桿受拉時，抗扭矩缸32的油缸桿受壓。但是由于抗扭矩缸31油缸的出油口連通到了抗扭矩缸32油缸的進油口，抗扭矩缸31油缸的進油口連通到了抗扭矩缸32油缸的出油口，使得所述兩條抗扭矩缸31、32油缸形成互鎖，油缸桿會穩定在一個固定的位置無法伸出或縮回，恰好可以抵抗盾體旋轉的趨勢從而起到抗扭的作用。

然而實際施工過程中，液壓缸的油會隨使用時間的延長有一定的泄露，導致其抵抗盾體旋轉扭矩的作用逐漸減弱，盾體會產生緩慢的旋轉。此時通過激光導向裝置可以實時監測盾體的旋轉角度，當旋轉角度達到預定角度，例如旋轉角為3°時，兩條抗扭矩油缸與主機泵站之間的單向閥打開，通過主機泵站的調節，使兩條抗扭矩油缸工作，形成力偶矩，將盾體逆向旋轉至初始狀態，從而實現掘進機的平穩掘進。

4結論

文中提及的包含前盾，前抗扭臂，抗扭矩缸，后抗扭臂，支撐盾，主機泵站以及激光導向裝置的掘進機抗扭矩裝置，結構簡單，既可配合刀盤掘進，又可平衡掘進產生的扭矩，解決了現有技術中的掘進機掘進過程中刀盤產生的扭矩導致前盾產生軸心方向旋轉趨勢進而危害設備問題，極大地提高了設備的利用率，減小掘進施工安全隱患，使掘進效率有了明顯的提升。

參考文獻

[1]白云，丁志誠.隧道掘進機施工技術[M].中國建筑工業出版社，2008.

endprint

摘要文章通過對掘進機及其抗扭矩裝置的結構和施工功法的介紹，闡述了如何使用掘進機抗扭矩裝置來平衡掘進機在掘進過程中產生的危害設備并影響施工安全的扭矩，從而使掘進機能過安全快速的完成隧道的施工建設。

關鍵詞硬巖掘進機；前盾；抗扭臂；抗扭矩缸；支撐盾；泵站

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0169-02

全斷面硬巖掘進機是融合機、電、液壓技術為一體的大型掘進裝備，被廣泛地應用于硬巖地質的各種隧道施工建設工程中，尤其對于大型長距離隧道工程，由于工程長、大、深隧洞的特點，使得傳統的鉆爆法難以適應工程建設需要，而采用掘進機施工具有快速、優質、安全、經濟、環保等突出優點。掘進機在掘進過程中會產生危害設備及施工安全的扭矩，目前用來平衡該扭矩的原理及方法有多種，本文著重介紹如何通過抗扭矩裝置來解決掘進過程中產生的扭矩問題。

1硬巖掘進機抗扭矩裝置簡介

如圖1所示，硬巖掘進機抗扭矩裝置主要由以下部件組成：前盾，前抗扭臂，抗扭矩缸，后抗扭臂，支撐盾，主機泵站以及激光導向裝置。其中，前盾與前抗扭臂相連接，抗扭矩油缸的一端與前抗扭臂樞紐連接，抗扭矩油缸的另一端與后抗扭臂樞紐連接，后抗扭臂與支撐盾相連接，主機泵站為所述抗扭矩油缸提供動力，激光導向裝置可檢測前盾的旋轉角度。

1-前盾；2-前抗扭臂；3-抗扭矩油缸；4-后抗扭臂；

5-支撐盾；6-主機泵站；7-激光導向裝置

圖1

2抗扭矩裝置中抗扭矩油缸工作原理

兩個抗扭矩油缸同向并列布置，其中一個抗扭矩油缸的出油口與另一個抗扭矩油缸的進油口連通，其中一個抗扭矩油缸的進油口與另一個抗扭矩油缸的出油口連通，兩條抗扭矩油缸與主機泵站分別通過單向閥連通。抗扭矩油缸具有伸出或縮進結構，即抗扭矩油缸能處于伸出或縮進狀態。通過抗扭矩油缸的伸縮配合前盾運動，進而配合刀盤軸向掘進并平衡刀盤掘進過程中產生的扭矩，從而實現掘進機的平穩掘進。

掘進機抗扭矩裝置的抗扭矩油缸的結構示意圖如圖2所示。

圖2

抗扭矩裝置中的兩條抗扭矩缸31、32同向并列布置，抗扭矩缸31的油缸出油口與抗扭矩缸32的油缸進油口連通，抗扭矩缸31的油缸進油口與抗扭矩缸32的油缸出油口連通。當掘進機正常掘進時，兩條抗扭矩油缸31、32的油缸與主機泵站61、62的液壓油分別通過單向閥阻斷，完全從動。前盾向前推進時，固接于前盾的前抗扭臂將兩條抗扭矩油缸31、32的油缸活塞桿拉出。同理，支撐盾向前步進時，固接于支撐盾的后抗扭臂將兩條抗扭矩缸31、32活塞桿壓入。

3硬巖掘進機抗扭矩裝置工作原理

本文提及的抗扭矩裝置中：前盾為中心為空的圓盤形狀，在盤上開設有一個或多個固定孔，用于與前抗扭臂固定；抗扭臂為一端小另一端大的臂狀，在抗扭臂一端開設有一個或多個固定孔，用于與前抗扭臂或后抗扭臂固定連接，抗扭臂另一端開叉，并在兩個叉上設有連接孔，通過該開叉結構和連接孔，抗扭臂與抗扭矩油缸樞紐連接；支撐盾為中心為空的圓盤形狀，在盤上開設有一個或多個固定孔，用于與后抗扭臂固定；兩個抗扭矩油缸同向并列布置，其中一個抗扭矩油缸的出油口與另一個抗扭矩油缸的進油口連通，其中一個抗扭矩油缸的進油口與另一個抗扭矩油缸的出油口連通，兩條抗扭矩油缸與主機泵站分別通過單向閥連通。抗扭矩油缸具有伸出或縮進結構，即抗扭矩油缸能處于伸出或縮進狀態。

在掘進機掘進過程中刀盤旋轉，巖石會對刀盤施加反向扭矩，該扭矩傳遞到掘進機前盾上，使前盾有與刀盤反向旋轉的趨勢。前抗扭臂與前盾相連接，使得此反向扭矩傳遞到前抗扭臂上，而前抗扭臂與抗扭矩油缸銷軸連接，從而使得這種反向旋轉的趨勢對兩條抗扭矩油缸施加了力偶矩，反映到油缸桿上是兩個方向相反，大小相等的力。當抗扭矩缸31的油缸桿受拉時，抗扭矩缸32的油缸桿受壓。但是由于抗扭矩缸31油缸的出油口連通到了抗扭矩缸32油缸的進油口，抗扭矩缸31油缸的進油口連通到了抗扭矩缸32油缸的出油口，使得所述兩條抗扭矩缸31、32油缸形成互鎖，油缸桿會穩定在一個固定的位置無法伸出或縮回，恰好可以抵抗盾體旋轉的趨勢從而起到抗扭的作用。

然而實際施工過程中，液壓缸的油會隨使用時間的延長有一定的泄露，導致其抵抗盾體旋轉扭矩的作用逐漸減弱，盾體會產生緩慢的旋轉。此時通過激光導向裝置可以實時監測盾體的旋轉角度，當旋轉角度達到預定角度，例如旋轉角為3°時，兩條抗扭矩油缸與主機泵站之間的單向閥打開，通過主機泵站的調節，使兩條抗扭矩油缸工作，形成力偶矩，將盾體逆向旋轉至初始狀態，從而實現掘進機的平穩掘進。

4結論

文中提及的包含前盾，前抗扭臂，抗扭矩缸，后抗扭臂，支撐盾，主機泵站以及激光導向裝置的掘進機抗扭矩裝置，結構簡單，既可配合刀盤掘進，又可平衡掘進產生的扭矩，解決了現有技術中的掘進機掘進過程中刀盤產生的扭矩導致前盾產生軸心方向旋轉趨勢進而危害設備問題，極大地提高了設備的利用率，減小掘進施工安全隱患，使掘進效率有了明顯的提升。

參考文獻

[1]白云，丁志誠.隧道掘進機施工技術[M].中國建筑工業出版社，2008.

endprint

摘要文章通過對掘進機及其抗扭矩裝置的結構和施工功法的介紹，闡述了如何使用掘進機抗扭矩裝置來平衡掘進機在掘進過程中產生的危害設備并影響施工安全的扭矩，從而使掘進機能過安全快速的完成隧道的施工建設。

關鍵詞硬巖掘進機；前盾；抗扭臂；抗扭矩缸；支撐盾；泵站

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0169-02

全斷面硬巖掘進機是融合機、電、液壓技術為一體的大型掘進裝備，被廣泛地應用于硬巖地質的各種隧道施工建設工程中，尤其對于大型長距離隧道工程，由于工程長、大、深隧洞的特點，使得傳統的鉆爆法難以適應工程建設需要，而采用掘進機施工具有快速、優質、安全、經濟、環保等突出優點。掘進機在掘進過程中會產生危害設備及施工安全的扭矩，目前用來平衡該扭矩的原理及方法有多種，本文著重介紹如何通過抗扭矩裝置來解決掘進過程中產生的扭矩問題。

1硬巖掘進機抗扭矩裝置簡介

如圖1所示，硬巖掘進機抗扭矩裝置主要由以下部件組成：前盾，前抗扭臂，抗扭矩缸，后抗扭臂，支撐盾，主機泵站以及激光導向裝置。其中，前盾與前抗扭臂相連接，抗扭矩油缸的一端與前抗扭臂樞紐連接，抗扭矩油缸的另一端與后抗扭臂樞紐連接，后抗扭臂與支撐盾相連接，主機泵站為所述抗扭矩油缸提供動力，激光導向裝置可檢測前盾的旋轉角度。

1-前盾；2-前抗扭臂；3-抗扭矩油缸；4-后抗扭臂；

5-支撐盾；6-主機泵站；7-激光導向裝置

圖1

2抗扭矩裝置中抗扭矩油缸工作原理

兩個抗扭矩油缸同向并列布置，其中一個抗扭矩油缸的出油口與另一個抗扭矩油缸的進油口連通，其中一個抗扭矩油缸的進油口與另一個抗扭矩油缸的出油口連通，兩條抗扭矩油缸與主機泵站分別通過單向閥連通。抗扭矩油缸具有伸出或縮進結構，即抗扭矩油缸能處于伸出或縮進狀態。通過抗扭矩油缸的伸縮配合前盾運動，進而配合刀盤軸向掘進并平衡刀盤掘進過程中產生的扭矩，從而實現掘進機的平穩掘進。

掘進機抗扭矩裝置的抗扭矩油缸的結構示意圖如圖2所示。

圖2

抗扭矩裝置中的兩條抗扭矩缸31、32同向并列布置，抗扭矩缸31的油缸出油口與抗扭矩缸32的油缸進油口連通，抗扭矩缸31的油缸進油口與抗扭矩缸32的油缸出油口連通。當掘進機正常掘進時，兩條抗扭矩油缸31、32的油缸與主機泵站61、62的液壓油分別通過單向閥阻斷，完全從動。前盾向前推進時，固接于前盾的前抗扭臂將兩條抗扭矩油缸31、32的油缸活塞桿拉出。同理，支撐盾向前步進時，固接于支撐盾的后抗扭臂將兩條抗扭矩缸31、32活塞桿壓入。

3硬巖掘進機抗扭矩裝置工作原理

本文提及的抗扭矩裝置中：前盾為中心為空的圓盤形狀，在盤上開設有一個或多個固定孔，用于與前抗扭臂固定；抗扭臂為一端小另一端大的臂狀，在抗扭臂一端開設有一個或多個固定孔，用于與前抗扭臂或后抗扭臂固定連接，抗扭臂另一端開叉，并在兩個叉上設有連接孔，通過該開叉結構和連接孔，抗扭臂與抗扭矩油缸樞紐連接；支撐盾為中心為空的圓盤形狀，在盤上開設有一個或多個固定孔，用于與后抗扭臂固定；兩個抗扭矩油缸同向并列布置，其中一個抗扭矩油缸的出油口與另一個抗扭矩油缸的進油口連通，其中一個抗扭矩油缸的進油口與另一個抗扭矩油缸的出油口連通，兩條抗扭矩油缸與主機泵站分別通過單向閥連通。抗扭矩油缸具有伸出或縮進結構，即抗扭矩油缸能處于伸出或縮進狀態。

在掘進機掘進過程中刀盤旋轉，巖石會對刀盤施加反向扭矩，該扭矩傳遞到掘進機前盾上，使前盾有與刀盤反向旋轉的趨勢。前抗扭臂與前盾相連接，使得此反向扭矩傳遞到前抗扭臂上，而前抗扭臂與抗扭矩油缸銷軸連接，從而使得這種反向旋轉的趨勢對兩條抗扭矩油缸施加了力偶矩，反映到油缸桿上是兩個方向相反，大小相等的力。當抗扭矩缸31的油缸桿受拉時，抗扭矩缸32的油缸桿受壓。但是由于抗扭矩缸31油缸的出油口連通到了抗扭矩缸32油缸的進油口，抗扭矩缸31油缸的進油口連通到了抗扭矩缸32油缸的出油口，使得所述兩條抗扭矩缸31、32油缸形成互鎖，油缸桿會穩定在一個固定的位置無法伸出或縮回，恰好可以抵抗盾體旋轉的趨勢從而起到抗扭的作用。

然而實際施工過程中，液壓缸的油會隨使用時間的延長有一定的泄露，導致其抵抗盾體旋轉扭矩的作用逐漸減弱，盾體會產生緩慢的旋轉。此時通過激光導向裝置可以實時監測盾體的旋轉角度，當旋轉角度達到預定角度，例如旋轉角為3°時，兩條抗扭矩油缸與主機泵站之間的單向閥打開，通過主機泵站的調節，使兩條抗扭矩油缸工作，形成力偶矩，將盾體逆向旋轉至初始狀態，從而實現掘進機的平穩掘進。

4結論

文中提及的包含前盾，前抗扭臂，抗扭矩缸，后抗扭臂，支撐盾，主機泵站以及激光導向裝置的掘進機抗扭矩裝置，結構簡單，既可配合刀盤掘進，又可平衡掘進產生的扭矩，解決了現有技術中的掘進機掘進過程中刀盤產生的扭矩導致前盾產生軸心方向旋轉趨勢進而危害設備問題，極大地提高了設備的利用率，減小掘進施工安全隱患，使掘進效率有了明顯的提升。

參考文獻

[1]白云，丁志誠.隧道掘進機施工技術[M].中國建筑工業出版社，2008.

endprint