敞開式TBM 錨桿鉆機系統組成及日常維保

申會宇，任明軍，丁彭彪，劉豪杰，楊曉龍

（1.中鐵隧道股份有限公司，河南鄭州 450000；2.中鐵工程裝備集團技術服務有限公司，河南鄭州 450000）

0 引言

前敞開式TBM 通過破碎帶的主要設備有超前鉆、錨桿鉆機和鋼拱架拼裝裝置等，它們一般安裝在掘進主驅動箱后端與主大梁連接的左右兩側，以便掘進中通過不良地質及時利用它們進行處理。其中錨桿鉆機是錨桿支護施工的關鍵設備之一，直接關系到TBM 能否安全、順利掘進以及工程質量能否達到設計要求。某項目隧道硬巖掘進機上采用的瑞典阿特拉斯錨桿鉆機，錨桿鉆機型號COP1838HD+，不同巖層條件下的成孔速度為4.3～4.8 m/min（160 Mp）、3.5～4.0 m/min（200 Mp），鉆孔范圍360°、鉆孔范圍Φ38～Φ89，采用獨立泵站，控制方式為線控+遙控，兩臺錨桿鉆機可以獨立進行鉆孔作業，并與掘進作業互不影響。

1 錨桿鉆機系統基本組成

動力總成+定位總成+控制總成+錨桿鉆機（圖1）。

圖1 錨桿鉆機系統基本組成

1.1 錨桿鉆機泵站組成

錨桿鉆機左右兩側分別設有獨立液壓泵控制，液壓泵采用斜盤軸向軸塞恒壓恒流量變量泵，兩聯泵（泵1A10V100 最大排量100 cm3、泵2A10V71 最大排量71 cm3）輸出液壓油進液壓閥組向錨桿鉆機提供沖擊動作、推進動作及相應的定位動作均由泵1 提供液壓油；鉆機旋轉動作由泵2 提供足夠的壓力油；增壓水泵通過對掘進機冷水系統水二次增壓，為錨桿鉆機提供足夠穩定壓力的沖洗水，沖渣、冷卻；空壓機為風冷V 型活塞式壓縮機，為錨桿鉆機脈沖潤滑系統提供壓縮氣體，形成油霧吹散至錨桿鉆機的內部潤滑釬尾與導向銅套、釬尾、旋轉襯套和沖擊活塞接觸面；散熱器為水冷交換器，通過TBM 內循環冷卻系統帶走錨桿鉆機液壓泵站熱量。

1.2 定位系統組成

錨桿鉆機的牽引和返回動作由推進油缸伸縮來牽引鋼絲繩和返回鋼絲繩控制完成；錨桿鉆機上安裝大量液壓軟管，軟管數量較多，為防止軟管松動、耷拉、拉扯，軟管由軟管過板對絲裝置調節松緊。錨桿鉆機及推進梁通過底座安裝在環形齒圈梁上，在液壓馬達+減速箱的驅動下，可以實現在環形齒圈梁圓周方向上的運動。環形齒圈梁安裝在錨桿鉆機平臺上，在主梁上安裝有鉆機平臺和鉆機環形齒圈梁的行走軌道，在水平油缸的作用下，可以實現錨桿鉆機和環形齒圈梁沿隧道軸線的移動，同時平臺設計有2 根隨動油缸，可以實現在掘進過程鉆機相對巖壁是靜止的。在TBM 掘進過程實現開孔作業，提高施工效率。推進梁前后擺動油缸能夠實現推進梁的前后角度的調整，左右擺動油缸能夠實現推進梁的左右角度調整，輔推油缸實現推進梁的上下位置的移動。

1.3 錨桿鉆機組成

錨桿鉆機由機頭、回轉機構、沖擊機構、機體等部件組成。

（1）機頭內部裝有導套銅套、沖洗頭、止動環。鉆桿通過連接套與釬尾聯接，機頭內的導套銅套可對釬尾起導向作用，而脈沖潤滑系統有壓縮氣體布置于錨桿鉆機潤滑口位置，有壓縮空氣吹散潤滑油形成油霧，吹散至錨桿鉆機的內部潤滑釬尾與導向銅套接觸面潤滑、冷卻，保證錨桿鉆機內部氣壓大于外部，防止小雜質顆粒進入機體。沖洗頭內的3 道水封保持沖洗水能夠通過釬尾到鉆頭處有足夠流量的水，用于將鉆桿鉆出的巖渣沖洗干凈，同時防止沖洗水進入鉆機的液壓系統。止動環的功能是疏導卡住的鉆桿，當沖擊活塞驅動釬尾到達其前面位置時，沖擊活塞會有剩余的沖擊速度，止動環用來接收這部分沖擊力。

（2）回轉機構（圖2）。錨桿鉆機回轉機構液壓馬達輸出的動力經過小齒輪驅動大齒輪，從而使大齒輪在圓錐滾子軸承上轉動。大齒輪通過驅動器（四楞套）、旋轉襯套驅動釬尾轉動，從而帶動鉆桿轉動。

（3）沖擊機構包括中間體、沖擊活塞、前導向套、后導向套、換向閥、高壓蓄能器和緩沖蓄能器等。

2 錨桿鉆機系統日常維保檢查分析

2.1 錨桿鉆機泵站日常維保檢查

（1）油箱溫度。油溫過高時檢查是否油箱油位過低或冷卻進水溫度過高，檢查冷卻器是否堵塞，檢查內循環冷卻系統是否運行。

（2）液壓泵。產生噪聲時檢查是否吸入空氣，檢查是否吸油口堵塞，檢查是否油箱油位過低，檢查是否油泵連接軸松動。

圖2 回轉機構

（3）空壓機。無法正常時工作檢查濾芯是否堵塞、電氣控制線路是否松動。

（4）增壓水泵壓力。水泵出口壓力不足時，檢查進水壓力，保證進水壓力≥0.4 MPa；檢查管路是否破損泄漏、檢查增壓泵密封破損。

2.2 定位系統日常維保檢查

（1）推進和返回鋼絲繩松緊度。推進、返回鋼絲繩是否過緊或過松，鋼絲繩有無損傷。如果鋼絲繩磨損嚴重或出現松動，就會導致牽引錨桿鉆機動作時不靈敏。同時還應及時檢查清理鋼絲繩輪內石渣，防止石渣堆積損傷鋼絲繩，造成鋼絲繩跳槽等。

（2）軟管與軟管卷盤之間夾渣。錨桿鉆機在敞開式TBM 掘進機鉆孔過程中，由于是豎直或傾斜一定角度方向鉆孔，石渣極易進入軟管滑輪與軟管之間，若是不及時清理容易造成軟管的磨損，降低軟管使用壽命和引發泄漏，使錨桿鉆機無法正常工作。

（3）軟管松緊檢查。若出現軟管松動影響鉆機及推進系統的操作，通過軟管過板對絲裝置調節軟管松緊。

（4）推進梁摩擦滑片間隙大小及表面檢查。推進梁摩擦滑片間隙是否過大或者過小。如果在導軌和梁之間存在大的間隙，或者導軌已經嚴重磨損或刮傷，可能導致錨桿鉆機推進或返回時卡滯，此時必須更換滑動導軌，及時清理推進梁摩擦鋼皮上的水泥和小石渣，以免造成鋼皮和摩擦片過快損壞。

（5）錨桿鉆機螺栓檢查。由于TBM 設備掘進以及打錨桿時的震動較大，需經常檢查錨桿鉆機固定螺栓、錨桿鉆機邊螺栓、鋼絲繩、推進梁固定螺栓等有無松動，若有松動立即按要求緊固。檢查推進油缸前段漲緊套上一圈內六角頭的螺栓有無松動，若有松動立刻緊固，否則會造成鋼絲繩無法調緊，損壞鋼絲繩等。鉆機側螺栓扭矩350 N·m、蓄能器螺栓扭矩220 N·m、錨桿鉆機安裝架螺栓扭矩250 N·m 和前尾螺栓扭矩300 N·m。

（6）錨桿鉆機環向形走。若無動作，檢查馬達齒輪與環向形走齒卡是否夾石渣，馬達控制液壓閥芯是否卡死或電磁閥是否得電，馬達液壓油路是否泄漏，液壓油箱是否有液壓油。

（7）輔助推進梁上下。若無動作，檢查錨桿鉆機液壓閥組中減壓閥是否得電，輔助推進梁液壓缸控制閥芯是否卡死或電磁閥是否得電，管是否磨損漏油，液壓油箱是否有液壓油。

（8）錨桿鉆機平臺前后左右移動。若無動作，檢查行走軌道與輪子之間是否卡石塊，前后行走油缸控制閥閥芯是否卡死或電磁閥是否得電，油管是否磨損漏油，液壓油箱是否有液壓油。

2.3 錨桿鉆機日常維保檢查

（1）防渣橡膠擋圈檢查。錨桿鉆機由于是豎直鉆孔，所以釬尾必須有防渣橡膠擋圈，防止雜質進入錨桿鉆機釬尾與機頭的導向套過早磨損。

（2）釬尾螺紋檢查。釬尾通過連接套與鉆桿鉆頭連接，進行旋轉和沖擊動作的傳遞，從而實現巖臂的開孔作業。一旦釬尾連接螺紋磨損就無法完成旋轉和沖擊動作的傳遞，而造成釬尾快速磨損的原因之一是釬尾與連接套連接不緊固。

（3）COP 潤滑維保檢查。每班檢查氣與潤滑油從釬尾和前導套之間，及前端的孔中出來，潤滑氣壓0.25～0.3 MPa，調節脈沖次數25 次/min。檢查潤滑油箱中的油位，如果潤滑系統已經用光了油，在注油之后必須進行排氣。若沒有潤滑或者潤滑不夠，極易出現以下述問題：①機頭的導套維保檢查，當磨損＞1 mm 即直徑＞39 mm 時必須更換，否則會造成釬尾回轉時偏心，使四棱套斷裂、沖擊活塞沖擊面過早磨損；②四棱套維保檢查，如果齒寬度＞2 mm，必須更換四棱套；③旋轉襯套維保檢查，充分的潤滑是旋轉襯套保持良好性能必要條件，高推進力和大孔徑造孔要及時提高潤滑要求，若沒有潤滑或者潤滑不夠時襯套端面周圍會因高溫變色，嚴重時甚至導致旋轉襯套碎成兩半，通常還會對錨桿鉆機造成昂貴的二次損壞。

（4）沖洗水日常維保檢查。鉆孔時保證鉆頭處有足夠流量的水，水壓≥1 MPa，水泵進水口＞0.4 MPa，且流量要足夠：①檢查錨桿鉆機機頭處，若是有漏水時，必須立即更換錨桿鉆機機頭內水封，以免造成水進入液壓系統；②檢查打鉆出水情況，打孔時要有水從鉆桿和孔的縫隙間流出，如沒有水流出立即停止打孔，退出鉆桿檢查原因（鉆桿鉆頭堵塞，或者有裂縫），若繼續打鉆極易造成鉆頭柱齒快速磨損和卡鉆桿。

（5）蓄能器日常維保檢查。每周檢查鑿巖機上2 個蓄能器的氮氣（N2）壓力，高壓蓄能器氮氣壓力9 MPa，低壓蓄能器氮氣壓力3 MPa。充氮氣時先將蓄能器內氮氣完全放掉，檢查充氮閥密封圈和氮氣膜片完好后再充加氮氣。蓄能器只能充入氮氣，若充入其他氣體，會造成蓄能器爆炸。

（6）旋轉壓力與推進壓力日常檢查。根據現場配的45 mm鉆頭調轉速160～200 r/min，正轉方向為從鑿巖機釬尾往后看順時針方向。推進壓力3.5～8 MPa，需要根據巖石及現場環境在打孔時隨時調節控制，避免空打。控制打孔時旋轉壓力5～6 MPa，旋轉壓力過高時需要降低推進壓力，旋轉壓力過低增加推進壓力。推進壓力過低會造成鑿巖機空打損壞鉆具以及沖擊活塞，推進壓力過高會造成鉆桿彎曲。

（7）錨桿鉆機在低推進、無推進或者反向推進情況下易出現下述問題：①機頭殼體前端環狀裂紋、沖洗頭、止動環產生裂紋，沖擊在低推進、無推進或者反向推進（反打）的情況下運行太久，極易造成機頭、沖洗頭、止動環產生裂紋；②緩沖活塞氣蝕損壞，推進壓力過低迫使緩沖活塞運動向前，這也意味著活塞的沖擊位置也會靠前，活塞的行程將變長，活塞和換向閥的換向時間將不再與錨桿鉆機所設計的時間相匹配，導致活塞前后導向套發生氣蝕；③沖擊活塞氣蝕損壞，長時間在低推進壓力下運行、頻繁反打或者蓄能器充氮壓力不合適以及蓄能器損壞，都將加劇沖擊活塞的氣蝕磨損；④導向套氣蝕，推進壓力過低、長時間地反向推進、鑿巖機在蓄能器充氮壓力過低，會造成前、后導向套的氣蝕。

所以禁止低推進、無推進或者反向推進情況下的運行沖擊尤為重要，尤其是在全沖擊的時候。

3 總結

隧道內環境惡劣要做好錨桿鉆機系統的維保維護工作，正確操作錨桿鉆機，及時檢查、更換損壞磨損的零部件，使錨桿鉆機使用效率達到最大效果，保證隧道內的良好掘進。