敞開式TBM復(fù)合滑板式步進(jìn)機(jī)構(gòu)解析

徐東博　郇利民　暢海潮　張慧峰

摘 要：在敞開式TBM與鉆爆法功法相結(jié)合的隧洞工程施工中，為滿足施工工期和TBM設(shè)備安全需要，在保證設(shè)備安全的前提下，對TBM步進(jìn)機(jī)構(gòu)的可靠性、步進(jìn)效率要求越來越高。以往步進(jìn)裝置存在影響設(shè)備安全、施工困難且效率低等不利因素。在以往常用步進(jìn)裝置的基礎(chǔ)上，本文提出了一種復(fù)合滑板式步進(jìn)機(jī)構(gòu)，為提高TBM步進(jìn)效率和保障設(shè)備安全提供了有效的理論及實(shí)際依據(jù)。

關(guān)鍵詞：敞開式TBM 施工工期 TBM設(shè)備安全 步進(jìn)效率 復(fù)合滑板式

中圖分類號：TV554 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（b）-0113-02

由于TBM設(shè)備選型、制造、運(yùn)輸、組裝周期較長，為保證工期，一般采用鉆爆法與TBM相結(jié)合的中間支洞接應(yīng)方式縮短TBM施工工期。中間支洞鉆爆法接應(yīng)，直接導(dǎo)致了TBM中間轉(zhuǎn)場時(shí)步進(jìn)距離的加長，使得TBM步進(jìn)占用直線工期。TBM步進(jìn)速度的快慢將直接影響到總工期和經(jīng)濟(jì)效益，因此，在保證設(shè)備安全的前提下實(shí)現(xiàn)快速步進(jìn)是目前急需解決的重要問題之一。

1 常用滑板式步進(jìn)機(jī)構(gòu)形式及工作原理

1.1 常用滑板式步進(jìn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

常用滑板式步進(jìn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要包括1前滑板、2支撐座（左右各1組）、3頂升油缸組、4提升油缸、5步進(jìn)油缸、6連接桿、7尾部支撐架、8尾支撐、9推進(jìn)油缸、10鞍架。其中前滑板底部設(shè)置的導(dǎo)向座與隧洞底面的導(dǎo)向槽相配合以保證TBM沿隧道預(yù)設(shè)軸線滑行；支撐座上端弧面與側(cè)護(hù)盾焊接，底部坐落于隧道底面；頂升油缸組安裝于支撐座上，當(dāng)頂升油缸伸長時(shí)將TBM前部頂起，TBM從前滑板上抬起；提升油缸亦安裝于支撐座上，用于將支撐座從隧道底面提起/落下；連接桿將前滑板與尾部支撐架連接；步進(jìn)油缸用于TBM向前步進(jìn)；尾部支架采用螺栓與鞍架連接以支撐TBM尾部重量。

1.2 常用滑板式步進(jìn)機(jī)構(gòu)工作原理

常用滑板式步進(jìn)機(jī)構(gòu)的主要工作原理是采用前滑板1與隧洞底面的摩擦系數(shù)μ1（鋼材與混凝土之間0.2～0.3）大于底護(hù)盾與前滑板1（鋼材與鋼材之間有潤滑的情況下0.1～0.12）之間摩擦系數(shù)μ2的特點(diǎn)，即：TBM向前步進(jìn)時(shí)前滑板與隧道底面之間的摩擦力F1（=G×μ1）大于護(hù)盾與前滑板之間的摩擦力F2（=G×μ2）+主梁滑道摩擦力F3。步進(jìn)油缸推進(jìn)時(shí)因F1>F2+F3，TBM則在前滑板上向前移動，而前滑板保持不動來實(shí)現(xiàn)TBM的向前移動。

2 常用滑板式步進(jìn)機(jī)構(gòu)分析

常用滑板式步進(jìn)機(jī)構(gòu)的工作流程是：（1）初始狀態(tài)支撐座2提起，TBM后支腿提起，底護(hù)盾坐落于前滑板上，前滑板與地面貼死，尾部支撐架7貼緊地面；（2）開始推進(jìn)時(shí)步進(jìn)油缸伸出，TBM在前滑板上向前滑動，尾部支架保持不動，TBM整體向前步進(jìn)一個行程；（3）頂升油缸組伸出將護(hù)盾頂起，支撐TBM前部重量，同時(shí)尾支撐落下支撐TBM后部重量；（4）步進(jìn)油缸回縮將前滑板向前拖動，并通過連接桿帶動鞍架和尾部支架向前移動；（5）完成換步后頂升油缸組縮回、尾支撐提起，恢復(fù)初始狀態(tài)完成一個步進(jìn)循環(huán)。

在其工作過程中的步驟（2）TBM向前步進(jìn)/換步時(shí)，鞍架和尾部支架保持不動，推進(jìn)油缸需跟隨步進(jìn)油缸被動伸長/縮短，其缺點(diǎn)是：（1）向前步進(jìn)/換步時(shí)推進(jìn)油缸需被動伸長/縮短，缸體和活塞桿與密封產(chǎn)生摩擦，此時(shí)油缸內(nèi)部無油品潤滑，整個過程會對密封有一定程度的磨損，長距離步進(jìn)時(shí)無法保證油缸密封壽命，危及TBM設(shè)備安全。為保證TBM設(shè)備安全，施工時(shí)推進(jìn)油缸會在TBM步進(jìn)完成后安裝，安裝難度較大。

（2）長距離步進(jìn)時(shí)，鞍架和主梁滑道產(chǎn)生摩擦，存在滑道耐磨板磨損或無法使用的風(fēng)險(xiǎn)。

3 新型復(fù)合滑板式步進(jìn)機(jī)構(gòu)

根據(jù)以上對常用步進(jìn)機(jī)構(gòu)分析，現(xiàn)提出一種新型復(fù)合式滑板式步進(jìn)機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

整個結(jié)構(gòu)包括主要包括1前滑板、2支撐座（左右各1組）、3頂升油缸組、4提升油缸、5步進(jìn)油缸、6連接桿、7輪組式支撐架、8后滑板、9尾支撐、10推進(jìn)油缸、11鞍架。其工作原理與常用滑板式相同，其工作過程為：（1）初始狀態(tài)支撐座提起，TBM后支腿提起，底護(hù)盾坐落于前滑板上，前滑板與地面貼死，輪組式支撐架坐落于后滑板的軌道上，后滑板與地面貼死；（2）工作時(shí)步進(jìn)油缸伸出，TBM在前滑板上向前滑動，輪組式支撐架隨步進(jìn)油缸伸出在后滑板軌道上隨TBM向前滑動，TBM整體向前步進(jìn)，過程中推進(jìn)油缸及鞍架與主梁無相對運(yùn)動；（3）頂升油缸組伸出至支撐座將護(hù)盾頂起，支撐TBM前部重量，尾支撐落下支撐TBM后部重量，此時(shí)輪組式支撐架與后滑板上的軌道脫離；（4）步進(jìn)油缸回縮將前滑板向前拖動，同時(shí)通過連接桿帶動后滑板向前移動；（5）完成換步后頂升油缸組縮回、尾支撐提起，恢復(fù)初始狀態(tài)。

與常用滑板式步進(jìn)機(jī)構(gòu)相比，其特點(diǎn)是：（1）步進(jìn)時(shí)推進(jìn)油缸始終保持相對靜止?fàn)顟B(tài)，不隨步進(jìn)油缸伸長/縮短，保證了油缸密封壽命；（2）推進(jìn)油缸在設(shè)備組裝時(shí)直接安裝，施工難度降低；（3）鞍架與主梁滑道無相對運(yùn)動，主梁滑道耐磨板無磨損；（4）因其尾部支撐的摩擦為滾動摩擦，步進(jìn)效率可提升10%～15%，減少施工工期。

4 結(jié)語

步進(jìn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)，在有效的保證推進(jìn)油缸及主梁滑道耐磨板等設(shè)備安全的同時(shí)，亦提高了施工效率，縮短了施工工期，適合應(yīng)用于TBM的快速步進(jìn)。

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