舊TBM的關鍵部件改造修復與升級

曲長海 教傳杰 吳根生

(中國水利水電第六工程局有限公司,遼寧沈陽 110179)

舊TBM的關鍵部件改造修復與升級

曲長海 教傳杰 吳根生

(中國水利水電第六工程局有限公司,遼寧沈陽 110179)

TBM264-311開敞式全斷面硬巖隧道掘進機完成遼寧大伙房輸水工程近18km掘進任務后,經(jīng)過三年半的閑置,對其關鍵部件改造、修復與升級,成功用于另一隧洞工程。文章結合大伙房水庫輸水工程施工中出現(xiàn)的各種問題及掘進中出現(xiàn)設備故障,對該機部分結構件進行了優(yōu)化改造設計,為舊TBM設備重復利用提供了可借鑒的寶貴經(jīng)驗。

TBM 關鍵部件 改造 修復 升級

1 引言

TBM264-311開敞式全斷面硬巖隧道掘進機由遼寧工程局于2004年采購，美國Robbins公司設計制造，TBM重約620t，變壓器容量5000kVA，開挖直徑8.03m，刀盤轉速0～8.3rpm，刀盤最大運行推力22.934KN，10臺300kW驅動電機，刀盤上裝備47把19英寸(483mm)盤型滾刀和4把17英寸(432mm)雙刃型滾刀。該機2008年9月完成大伙房輸水工程近18km掘進任務后，閑置三年半時間，大量的橡膠油管和高壓電纜幾近報廢；絕大多數(shù)的油缸密封已經(jīng)完全失去原有效能。

鑒于大伙房輸水工程施工中出現(xiàn)的各種問題及掘進中出現(xiàn)設備故障，對該機部分結構件進行了優(yōu)化改造，該機現(xiàn)用于遼寧另一個輸水工程。

2 刀盤支撐護盾優(yōu)化改造

原TBM頂護盾后面聯(lián)接指形護盾，指形護盾在掘進施工中易被塌方石塊砸變形，不能起到很好的支撐作用。在掘進施工中，遇到塌方區(qū)域時給操作人員帶來嚴重安全隱患，因此在此次維修中對指形護盾進行改造，改造成封閉式護盾。

3 轉接優(yōu)化改造

原TBM轉接座加強筋在掘進中嚴重被渣料磨損，從而導致轉接座間接磨損。在此次改造中，為了減少轉接座在使用中的磨損，在轉接座內(nèi)增加刮渣板，在掘進施工中起到明顯效果。

4 環(huán)形梁安裝器優(yōu)化改造

原TBM環(huán)形梁安裝器帶有環(huán)形梁舉升小車，此裝置在主梁上占有很大空間，對操作員的操作和驅動電機、錨桿鉆機等設備的檢修工作帶來很多不便，且工作靈活性差。改造后的環(huán)形梁安裝器采用4個固定擴張油缸，頂部(2個)和兩側(每側各1個)，同時對環(huán)形梁進行擴張，從而有效的保障了環(huán)形梁能緊貼隧道洞壁。改進環(huán)形梁安裝器，使施工人員增加了安全感，鋼拱架安裝效率大大提高。

5 橋架平臺優(yōu)化改造

為減輕1號臺車及后配套直接承受連接橋施加的壓力，在1號臺車和連接橋之間新增設一個支撐輪組門架，支撐輪組門架使橋架有更好的支撐受力。同時對連接橋的走道平臺進行改造，改造后可以從門架的上平臺和下平臺走到TBM主機前部，方便對橋架皮帶機和噴混裝置的維護和操作，改造后支撐輪組門架與連接橋相連。

6 液壓系統(tǒng)優(yōu)化改造

(1)液壓泵站優(yōu)化改造。維修改造前，液壓泵站安裝在主梁的左下方。因液壓泵站集成了整個液壓系統(tǒng)的閥塊以及各閥塊之間連接管路的錯綜復雜，且其安裝位置在主梁處，掘進施工時對其造成很大震動，對管件磨損造成很大影響。當出現(xiàn)故障時，檢修空間狹窄，安全隱患相對較高。因此，為了維護檢修方便，在此次維修改造中將其放到1號臺車上。

(2)液壓泵及油箱優(yōu)化改造。液壓系統(tǒng)優(yōu)化改造前，液壓泵和油箱是分離。改造后將液壓泵和液壓油箱集中布置，且安裝在1號臺車上，與液壓泵站相鄰，縮短了油箱到液壓泵、液壓泵到液壓泵站的供油距離，方便對泵及油箱的維護保養(yǎng)。

(3)后支撐和護盾油缸的控制閥塊位置優(yōu)化改造。考慮到液壓泵站安裝在1號臺車上，而TBM拖拉油缸、撐靴油缸、推進油缸及護盾油缸等都在主梁和機頭架處，這樣布置增加管路的長度，也增加油管的使用數(shù)量，為降低因液壓泵站位置的改變所導致的管路變化，固將液壓泵站上的102-1和18-1閥塊安裝在安架和主梁上。

(4)環(huán)形梁安裝器操作閥塊位置優(yōu)化改造。對環(huán)形梁安裝器改造后，為了操作安全、方便，提高拱架安裝效率，因此將環(huán)形梁安裝器操作閥塊安裝在環(huán)形梁支撐架上。在施工過程中發(fā)現(xiàn)，因掘進時振動劇烈，導致操作閥不同程度的損壞，嚴重影響剛拱架的安裝。因此操作閥塊和環(huán)形梁不能直接焊接，而是在它們之間增加一橡膠緩沖墊，以減少因振動造成閥塊的損壞。

(5)TBM部分隱藏油缸優(yōu)化改造。TBM的后支撐油缸和撐靴內(nèi)部平衡油缸，因其安裝在設備的內(nèi)部，在掘進過程中出現(xiàn)漏油現(xiàn)象處理相當費時費力，所以將油缸的油管連接部位和接頭部位裸露在外表，以便于維修保養(yǎng)。

(6)主推進油缸優(yōu)化改造。在掘進施工中，為了保護油缸活塞桿不被刮傷，在油缸上安裝保護蓋板。但掘進施工中產(chǎn)生的灰塵和固體顆粒卻很容易落到油缸活塞桿上，油缸端蓋上的防塵密封圈容易損壞，而端蓋防塵密封圈安裝的結構又導致?lián)p壞后不能更換。防塵密封圈一旦損壞就會導致灰塵和固定小顆粒進入端蓋內(nèi)部損壞油缸其他密封圈。為了能夠在防塵密封圈損壞后能及時更換新的防塵密封圈，對推進油缸端蓋優(yōu)化改造。

(7)拖拉油缸優(yōu)化改造。在TBM掘進過程中，拖拉油缸拖著后配套前移。隨著撐靴換步的同時，拖拉油缸的活塞桿也隨著伸出，伸出到一定長度時就需要將拖拉油缸回收，因操作室無法判斷油缸伸出的長度和需要回收的長度，因此每次收拖拉油缸時都需要安排專人查看，影響TBM掘進效率。因此在原有基礎增加一套拉線式行程傳感器，將油缸伸出量反饋到操作室。操作手在操作室內(nèi)就可以知道油缸的伸出量，換步效率明顯提高。

7 潤滑系統(tǒng)改造

(1)潤滑油箱和潤滑泵的優(yōu)化改造。潤滑系統(tǒng)優(yōu)化改造前，油箱和泵是分離的，并且安裝在主梁正下方，在承受因掘進帶來劇烈振動的同時也給維修保養(yǎng)帶來諸多不便，而且增加了更大的安全隱患。為了使?jié)櫥到y(tǒng)的結構更加緊湊、方便維修保養(yǎng)，將潤滑油箱和泵安裝在2號臺車上。

(2)潤滑回油泵優(yōu)化改造。潤滑回油泵和磁性濾芯最初安裝在前主梁下面，不便于維修保養(yǎng)。因此將其安裝位置改到右側底護盾上。

8 電氣系統(tǒng)改造

(1)操作室優(yōu)化改造。改造前的操作室位于3號主梁靠近后支腿處，位置過于靠前，在掘進過程中振動大，對操作室內(nèi)的電腦等危害較大。而且由于位置限制，TBM操作室空間相對狹小，給操作手帶來諸多不便。改造后將操作室移至1#臺車尾部，大大減少了掘進過程中震動、粉塵等對電腦的危害。同時，操作室的尺寸結構及內(nèi)部布置也做了很大改善。操作室內(nèi)部空間加大，操作手操作起來更加方便、舒適。內(nèi)部布置將液壓及潤滑系統(tǒng)壓力儀表盤省去，通過程序以數(shù)字的形式在監(jiān)視器里顯示出來，操作手看起來更直觀、方便。主控電腦由原來的一臺工控機改為兩臺高性能的工控一體機，其中一臺作為備用，一旦主操作電腦出現(xiàn)故障，只需將主操作電腦上的通訊卡插到備用電腦上即可恢復，不會影響掘進。同時，備用電腦也用作監(jiān)視器，以顯示不同的操作界面，方便操作手掌握各部分的運行情況。

(2)PLC及I/O模塊優(yōu)化改造。改造前設備上所使用的PLC模塊，采用三菱公司生產(chǎn)的Q系列PLC，由于TBM結構復雜、操作繁瑣，PLC模塊需要的輸入輸出點數(shù)多所使用的三菱系列PLC占用空間大，線路錯綜復雜，影響美觀。改造后的PLC模塊采用德國MURR公司生產(chǎn)的CUBE系列PLC模塊。模塊結構緊湊，占用空間小。模塊采用插接式接線方式，接線簡單、維護方便。改造前的現(xiàn)場總線站采用三菱公司生產(chǎn)的FX系列I/O模塊，接線繁瑣且占用空間大。改造后采用CUBE20系列現(xiàn)場總線站。改造后各輸入輸出點對應清晰明了，接線簡單，維護起來十分方便。但由于安裝人員經(jīng)驗不足，改造后的現(xiàn)場總線站沒有采取任何防護措施，在掘進過程中極易受油、水及粉塵污染，造成模塊內(nèi)部損壞。將現(xiàn)場總線站安裝在帶減震的密封配電箱內(nèi)，這樣既可以減少油、水、粉塵對電器元件的損害，又可以避免長期震動造成模塊內(nèi)部接觸不良。

(3)電纜橋架優(yōu)化改造。本臺設備共有10臺主驅動電機，每臺電機采用兩條3×70mm2+3×50mm2的銅芯交聯(lián)聚氯乙烯電纜供電。電纜全部沿電纜橋架鋪設，本設備采用梯級式熱鍍鋅橋架，由于TBM掘進過程中震動大，電纜長期與橋架的橫向連接相摩擦，經(jīng)常造成電纜磨損，導致電機出現(xiàn)過流現(xiàn)象，由于鋪設線路長，橋架又全部覆蓋蓋板。查找線路損壞部位十分困難。這大大影響了掘進進度。為了減少這一現(xiàn)象發(fā)生，采用托盤式鍍鋅橋架，既可以防止摩擦造成的電纜損傷，又有利于橋架內(nèi)部的水分排出。

(4)液壓泵站電機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化改造。改造前的液壓泵站電機靠自身所帶的風扇進行冷卻，由于經(jīng)常大功率、超負荷工作，電機經(jīng)常出現(xiàn)高溫現(xiàn)象。針對此種情況，對電機冷卻系統(tǒng)進行了改進。增加了兩臺風機對電機進行冷卻。風機的啟動電源直接從液壓泵站的軟啟動開關引出，使風機和電機同步運行，既起到冷卻電機的作用，又不會過多的浪費電能。改造后冷去效果明顯提高。

9 結語

隧洞工程越來越廣泛地采用TBM施工，TBM設備龐大繁雜，既有笨重的鋼構件，也有精密的控制設備和儀表，還復雜的電氣、液壓等管路系統(tǒng)，是一種大型高新技術設備。隨著功能的需要和技術的成熟，對舊TBM設備的關鍵部件改造、修復與升級有利于減少施工成本，降低工程造價。

曲長海(1968.12.26—),男(滿族),遼寧西豐人,華北水利水電學院水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)畢業(yè),大學本科。