周清

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

淺談雙護(hù)盾TBM液壓系統(tǒng)

周清

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710032）

雙護(hù)盾TBM作為近些年運(yùn)用于隧道施工的大型設(shè)備，可進(jìn)行掘進(jìn)、出渣、拼裝、灌漿等一體化作業(yè)。本文以蘭州水源地所用雙護(hù)盾TBM為例，主要介紹了液壓系統(tǒng)組成和重要參數(shù)以及日常維護(hù)技術(shù)。

雙護(hù)盾TBM ；液壓系統(tǒng)； 維護(hù)技術(shù)

1 液壓系統(tǒng)

雙護(hù)盾TBM液壓系統(tǒng)由推進(jìn)系統(tǒng)、高壓撐靴系統(tǒng)、快速?gòu)?fù)位系統(tǒng)、管片拼裝系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、主機(jī)皮帶系統(tǒng)以及自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)組成。通過(guò)各系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制以及數(shù)字監(jiān)控，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

1.1 推進(jìn)系統(tǒng)

推進(jìn)系統(tǒng)由主推進(jìn)系統(tǒng)和輔助推進(jìn)系統(tǒng)組成。主推系統(tǒng)由10根油缸組成并連接前盾和撐緊盾，行程1.5米，調(diào)定壓力280bar，最快達(dá)120mm/min。在雙護(hù)盾模式掘進(jìn)時(shí)，主推油缸為刀盤(pán)提供推力。主推進(jìn)油缸分為4個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)裝有行程傳感器，每個(gè)單元液壓油流量可由主控室手動(dòng)調(diào)節(jié)，最高可達(dá)36.4L/min，據(jù)此調(diào)整TBM掘進(jìn)時(shí)的姿態(tài)。

輔推進(jìn)系統(tǒng)由布置在支撐護(hù)盾的14雙缸加2單缸組成，這些油缸在尾盾內(nèi)伸縮推壓襯砌管片，行程為2.6米，調(diào)定壓力為280bar,流量最高能達(dá)30.2L/min，推進(jìn)模式下能達(dá)120mm/min。輔助推進(jìn)油缸具有保持襯砌管片始終穩(wěn)定的功能。

輔助推進(jìn)油缸可由管片遙控器控制進(jìn)退，方便管片的安裝，以及在換步時(shí)輔推進(jìn)油缸將撐緊盾向前推進(jìn)，同時(shí)主推進(jìn)油缸向前拉撐緊盾。當(dāng)巖層不穩(wěn)定，需要在單護(hù)盾模式下掘進(jìn)時(shí)，可選擇用輔助推進(jìn)油缸在高壓下頂住已安裝好的管片給刀盤(pán)提供向前掘進(jìn)的反推力。輔助推進(jìn)油缸也分為4個(gè)區(qū)，每一個(gè)區(qū)均裝有行程傳感器，在單護(hù)盾模式掘進(jìn)時(shí)，每一組油缸均可單獨(dú)控制，并且主推進(jìn)缸輔助調(diào)整前盾和刀盤(pán)的方向，進(jìn)而方便TBM方向的控制。

液壓元件重要參數(shù)如表1。

表1 主、輔液壓元件參數(shù)

1.2 高壓撐靴系統(tǒng)

高壓撐靴系統(tǒng)由4根油缸串接而成，行程為350mm，調(diào)定壓力為330bar。在掘進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)兩個(gè)撐靴水平伸展高壓撐住巖層為T(mén)BM掘進(jìn)產(chǎn)生的推力和扭矩提供反作用力。撐緊油缸的行程是根據(jù)巖層和最大擴(kuò)挖量確定。撐緊力可以根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整，為防止撐緊靴的推力破壞圍巖的穩(wěn)定，撐靴對(duì)洞壁最大的接地比壓設(shè)定為3MPa。當(dāng)在硬巖地層開(kāi)挖時(shí)，刀盤(pán)需要很大的推進(jìn)力，撐緊盾系統(tǒng)必須提供足夠的撐緊力來(lái)提供反作用力。當(dāng)在軟弱地層開(kāi)挖時(shí)，刀盤(pán)只需要較小的推進(jìn)力，撐緊力將成正比減少，因此對(duì)圍巖的接觸壓力將較小，最大接地比壓力不大于4MPa。

橋梁各構(gòu)件表面和內(nèi)部不同點(diǎn)位上的實(shí)際溫度都處在不斷變化的狀態(tài)，而從由自然環(huán)境因素引起的溫度荷載角度講，可分為以下三種類型：①日照溫度荷載，主要受太陽(yáng)輻射影響，具有短時(shí)急變的時(shí)間性，作用于局部，不均勻分布，易使結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力增大，是最為復(fù)雜的溫度荷載；②驟然溫降溫度荷載，主要受強(qiáng)冷空氣影響，具有短時(shí)變化的時(shí)間性，作用于整體，分布相對(duì)均勻，易使結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大，具有一定復(fù)雜性；③年溫變化荷載，主要受緩慢溫變因素影響，具有長(zhǎng)期緩慢的時(shí)間性，作用于整體，分布均勻，易使結(jié)構(gòu)整體位移增大，是較簡(jiǎn)單的一種溫度荷載。本次研究只考慮前兩種溫度荷載，年溫變化荷載在工程設(shè)計(jì)中有所提及，故本次不考慮。

2.3 快速?gòu)?fù)位系統(tǒng)

復(fù)位系統(tǒng)采用雙作用葉片泵，通過(guò)插裝閥快速?gòu)?fù)位閥組，在TBM換步時(shí)，給主推、輔推快速供油。在撐靴伸出時(shí)，通過(guò)快速給油達(dá)到60bar時(shí)，再進(jìn)行高壓撐靴撐緊。

2.4 管片拼裝系統(tǒng)

管片拼裝系統(tǒng)由盾尾區(qū)域的兩個(gè)液壓馬達(dá)、2根抓持油缸、2根平移油缸、1根傾斜油缸、2根提升油缸組成，泵調(diào)定壓力為240bar。

該系統(tǒng)由單獨(dú)的液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，通過(guò)對(duì)液壓馬達(dá)和液壓油缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的比例控制，可實(shí)現(xiàn)拼裝管片的縱向移動(dòng)、徑向移動(dòng)、橫向移動(dòng)、回轉(zhuǎn)、橫搖和俯仰動(dòng)作。并通過(guò)安裝在管片抓斗上的傳感器實(shí)現(xiàn)管片快速精確的定位及安裝。

管片拼裝系統(tǒng)又稱輔助系統(tǒng)，輔助泵與拼裝泵串聯(lián)一起，主要為注漿泵、管片運(yùn)輸小車、主機(jī)穩(wěn)定器油缸、管片卸載器油缸、刀盤(pán)制動(dòng)、糾偏控制油缸等提供液壓動(dòng)力。液壓元件重要參數(shù)如表2。

表2 拼裝液壓元件參數(shù)

2.5 主機(jī)皮帶系統(tǒng)

執(zhí)行元件由安裝于滾筒內(nèi)部的液壓馬達(dá)和后部的兩根張緊油缸以及一根皮帶移動(dòng)油缸組成（如圖1）。

圖1 皮帶系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

主要為皮帶提供傳輸動(dòng)力以及移動(dòng)皮帶，便于人員進(jìn)入刀盤(pán)進(jìn)行檢修。泵切斷壓力為160bar，控制電流最高可達(dá)600mA，最大輸送速度約2.8rpm。

2.6 冷卻循環(huán)系統(tǒng)

冷卻循環(huán)系統(tǒng)由油箱冷卻系統(tǒng)和主驅(qū)動(dòng)齒輪油冷卻系統(tǒng)組成。

油箱冷卻系統(tǒng)主要用于油溫的冷卻，采用雙葉片泵，調(diào)定壓力為10bar。主驅(qū)動(dòng)冷卻系統(tǒng)采用螺桿泵，流量為85L/min，控制溫度為35℃，通過(guò)同步馬達(dá)冷卻及潤(rùn)滑小齒輪、小齒輪軸承、主軸承齒輪箱。

2.7 自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)

油脂集中潤(rùn)滑系統(tǒng)主要通過(guò)氣動(dòng)油脂泵向電動(dòng)油脂桶供油，電動(dòng)油脂泵主要向主驅(qū)動(dòng)內(nèi)、外密封供油，防止主驅(qū)動(dòng)被渣土污染。而氣動(dòng)油脂泵直接向管片拼裝機(jī)滾子和軸承潤(rùn)滑供油。

電動(dòng)油脂桶頂部裝有超聲波液位開(kāi)關(guān)，檢測(cè)桶內(nèi)油脂量。當(dāng)桶內(nèi)油脂達(dá)到低位時(shí)，氣動(dòng)泵自動(dòng)開(kāi)啟，向油脂桶內(nèi)供油，高位時(shí)泵輸送停止。

3 液壓系統(tǒng)日常維護(hù)

TBM液壓系統(tǒng)主要的推進(jìn)、支撐系統(tǒng)都選用大的集成閥組，以及各大輔助系統(tǒng)均為緊密的控制元件。因此，液壓系統(tǒng)維護(hù)、保養(yǎng)是否規(guī)范對(duì)整個(gè)設(shè)備的掘進(jìn)性能、效益發(fā)揮著至關(guān)的作用。維護(hù)主要事項(xiàng)如下：（1）液壓裝置的故障，70%與油液有關(guān)，需對(duì)油箱的油位、溫度、清潔度、顏色進(jìn)行日常巡檢，定期對(duì)油液進(jìn)行抽樣化驗(yàn)。（2）液壓油的選用應(yīng)采用同一廠家及型號(hào)。（3）TBM液壓管路錯(cuò)綜復(fù)雜，應(yīng)對(duì)管路采用保護(hù)措施，避免與尖銳、硬物體接觸，以免管路爆裂，高壓沖擊。（4）對(duì)一些管路上的氣動(dòng)控制元件，采取日常排水、加潤(rùn)滑油，防止氣動(dòng)控制元件磨損失靈。（5）對(duì)整個(gè)管路、控制閥塊進(jìn)行日常泄漏檢查。（6）設(shè)備管路上安裝的過(guò)濾器，均有電信號(hào)檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)時(shí)，更換過(guò)濾器芯，未安裝的，需做定期清洗或更換。（7）對(duì)液壓泵、電機(jī)、控制閥組噪聲檢查。（8）定期對(duì)所有關(guān)鍵的連接螺栓進(jìn)行緊固檢查。（9）對(duì)整個(gè)設(shè)備的壓力表、溫度表、主控界面的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行日常巡檢和備錄。（10）對(duì)整個(gè)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行定期EP2潤(rùn)滑。（11）對(duì)液壓維護(hù)人員進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)，增強(qiáng)技術(shù)能力和日常維護(hù)意識(shí)。（12）除對(duì)液壓系統(tǒng)實(shí)體設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控外，還需對(duì)一些隱形因素進(jìn)行監(jiān)控。雖然這些不影響設(shè)備功能使用，但長(zhǎng)時(shí)間會(huì)對(duì)設(shè)備壽命有影響，需加強(qiáng)日常巡檢經(jīng)驗(yàn)的累計(jì)及學(xué)習(xí)。

4 結(jié)語(yǔ)

TBM液壓系統(tǒng)串聯(lián)著整個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制元件眾多，管路錯(cuò)綜復(fù)雜。因此，需加強(qiáng)液壓系統(tǒng)的日常監(jiān)控，主動(dòng)預(yù)防故障，保證設(shè)備的正常掘進(jìn)性能，對(duì)工程的順利貫穿有著積極意義。

[1]蘇啟棠，王利權(quán).液壓系統(tǒng)油液污染[J].現(xiàn)代機(jī)械，2005(5).

[2]李玉萍.淺析液壓系統(tǒng)常見(jiàn)故障及防范措施[J].鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(3).

[3]雙護(hù)盾TBM的應(yīng)用與研究.中國(guó)水利水電出版社，2011(10).

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1671-0711（2017）01（下）-0110-02