巖爆地質(zhì)段敞開式TBM關(guān)鍵設(shè)備維保技術(shù)探討

楊陽

摘 要：為解決硬巖TBM在巖爆地段施工時，關(guān)鍵設(shè)備頻繁損壞、施工效率低、施工成本增加問題，針對引漢濟渭嶺南TBM在巖爆段現(xiàn)場施工情況，分析TBM關(guān)鍵設(shè)備的損壞形式及原因，并提出TBM關(guān)鍵設(shè)備在運行保養(yǎng)方面采取的改進措施，使硬巖TBM在巖爆段順利掘進，提高施工效率，對類似工程起一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：敞開式TBM;巖爆;關(guān)鍵設(shè)備;改進措施;維保

TBM施工具有快速、安全、高效等鉆爆法不可比擬的優(yōu)勢，在我國的長大隧道施工使用越來越廣泛。但TBM一旦遇到巖爆等不良地質(zhì)段，關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)問題頻發(fā)，維修保養(yǎng)將花費大量的時間，嚴重制約施工進度。針對引漢濟渭嶺南TBM在巖爆段施工過程中，關(guān)鍵設(shè)備頻繁出現(xiàn)的問題進行分析，并在關(guān)鍵設(shè)備運行保養(yǎng)方面采取相應(yīng)的改進措施。

1工程概況

標段位于陜西省寧陜縣四畝地鎮(zhèn)境內(nèi)，全長18.275km，主洞采用一臺由羅賓斯公司制造的Φ8.02m敞開式硬巖掘進機施工，連續(xù)皮帶機出渣。為解決TBM長距離出渣、通風(fēng)及第二掘進段施工組織問題，標段中間設(shè)一座4號支洞（采用無軌斜井施工），承擔(dān)TBM檢修洞施工與主洞TBM的鉆爆接應(yīng)任務(wù)。

2巖爆段敞開式TBM關(guān)鍵設(shè)備損壞形式及原因分析

2.1主電機損壞形式及原因分析

（1）強巖爆致使主電機減速箱損壞，減速機內(nèi)部齒輪油通過主電機轉(zhuǎn)子軸間隙處流入主電機內(nèi)部，導(dǎo)致定子繞組絕緣值降低，不能滿足使用要求。

（2）隧洞底部強巖爆致使主電機外殼受損，耐壓強度降低，電機整體報廢。

（3）強巖爆、強震動致使主電機冷卻水回路管頭損壞，電機運行時溫度過高，變頻器頻繁報溫度過高故障，頻繁運行導(dǎo)致電機損壞。

2.2液壓系統(tǒng)損壞形式及原因分析

2.2.1執(zhí)行元件及閥塊損壞

巖爆產(chǎn)生的不規(guī)則石塊形成瞬間沖擊力，直接作用在液壓執(zhí)行元件及閥塊上，導(dǎo)致其直接損壞，損壞后需要大量時間進行排查并處理，必須對液壓系統(tǒng)進行更換、清洗等工作。

2.2.2液壓管路損壞

巖爆掉落的不規(guī)則棱角鋒利的石塊，砸落至帶壓狀態(tài)的液壓油管，使其表面橡膠破損鋼絲編織層破裂，從而使整條液壓管路損壞，必須停機進行檢修更換方可使用。

2.3拱架安裝器損壞形式及原因分析

2.3.1拱架安裝環(huán)損壞

拱架安裝環(huán)在TBM掘進期間基本都在護盾內(nèi)部，只有開始安裝鋼拱架支護時才會離開護盾，在安裝鋼拱架時會出現(xiàn)不同強度巖爆，或是圍巖上部，或是隧道底部，所釋放的沖擊力極易造成拱架安裝環(huán)的損壞變形。

2.3.2拱架安裝器結(jié)構(gòu)架斷裂、變形

在高頻強巖爆地段施工過程中，頂部垮塌的巖石順勢而下，巨大的重力勢能直接作用在拱架安裝器結(jié)構(gòu)件上，造成整體結(jié)構(gòu)件鏈接部位開裂及變形，致使整套系統(tǒng)部分功能缺失，而部分永久性損傷即使后續(xù)維修人員進行焊接修補，也無法達到新機使用狀態(tài)。

2.4錨桿鉆機損壞形式及原因分析

2.4.1巖爆落石造成鉆機整體結(jié)構(gòu)掉落

由于錨桿鉆機的工作性質(zhì)和使用需求，其頂部與周身無任何防護措施，若頂部發(fā)生高頻強巖爆，所掉落的石塊直接將錨桿鉆機整體結(jié)構(gòu)件砸落，鉆機整體結(jié)構(gòu)掉落極易造成推進梁的扭曲變形。

2.4.2巖爆大石塊造成鉆機耐磨滑道砸傷變形

巖爆落石多以三角形、錐形等不規(guī)則形狀呈現(xiàn)，塊徑大且棱角鋒利，在大石塊的沖擊作用下，致使鉆機推進梁耐磨滑道損傷變形（如圖所示），滑道表面出現(xiàn)破損將加重母座的磨損程度，極大減少設(shè)備的使用壽命。

2.4.3巖爆大石塊造成鉆機變速箱剎車損壞

高頻強巖爆產(chǎn)生的落石砸落至驅(qū)動裝置本身，直接造成鏈接螺栓斷裂，驅(qū)動齒與行走軌道分離，使整套驅(qū)動的制動功能失效，致使鉆機滑落造成結(jié)構(gòu)件以及機身的損壞，鉆機自身重量的下墜力度加上落石的沖擊，極易造成鉆機剎車花鍵軸的斷裂，以及變速箱內(nèi)部行星齒的損壞。

2.5皮帶機損壞形式及原因分析

2.5.1皮帶機結(jié)構(gòu)件損壞

在巖爆段施工時，大量大塊巖石從掘進巖面垮落，加之刀盤刮渣倉局部損壞無法及時修復(fù)，大塊的巖石未有效破碎即被輸送到主機皮帶機接渣斗處，造成接渣斗弧形板、扇形板、梯形板被砸落變形、掉落、緩沖床磨損。

2.5.2輸送帶破損、撕裂

巖爆產(chǎn)生的大塊巖石頻繁堵塞皮帶機下渣斗，若未及時發(fā)現(xiàn)并停機，極易造成輸送帶縱向撕裂;在巖渣輸送過程中，巖渣不斷通過各個轉(zhuǎn)載點，在下落過程中對皮帶機產(chǎn)生極大的沖擊力，大塊巖石在通過落差較大的下料口，由于重力作用極易造成輸送帶貫穿破損。

3施工工程過程中采取的維保及改進措施

巖爆地質(zhì)段TBM設(shè)備掘進運行，維保是關(guān)鍵，通過每日強制保養(yǎng)4h發(fā)現(xiàn)故障原因并采取修復(fù)方式及改進措施能夠有效降低設(shè)備故障率，減少巖爆對TBM設(shè)備影響，針對上述產(chǎn)生的故障，采取了以下改進措施：

3.1主電機損改進措施

（1）變頻器報電機短路故障時，立即停止使用故障電機，及時通知值班電工對電機進行阻值測定，相間及相對地阻值未達到標準，嚴禁使用;

（2）電機接線盒使用高強度亞克力板封閉，防止隧洞底部強巖爆后水流進入接線盒內(nèi)導(dǎo)致接線排和接線端子損壞，間接導(dǎo)致電機定子繞組線圈燒毀

3.2液壓系統(tǒng)改進措施

（1）對設(shè)備裸漏的液壓管路，采用分段連接，減少長距離更換破損管路造成液壓系統(tǒng)的污染，并使用螺旋保護套纏繞油管，極大減少了油管被巖爆損壞情況發(fā)生，進一步降低了成本的浪費。

（2）為降低液壓馬達及油缸長時間超負荷運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致元器件的損壞率，在各部位液壓系統(tǒng)增添安全溢流閥，以保證元器件內(nèi)部穩(wěn)定的工作壓力，降低液壓設(shè)備的故障率。

3.3拱架安裝器改進措施

（1）考慮在不影響整體使用效果以及改造所耽誤的進度，在拱架安裝器一號斜撐的兩側(cè)，添加輔助支撐系統(tǒng)，在遇到巖爆落石積壓的情況下，能提供額外的支撐力度，使鋼拱架支護效果達到標準要求，同時保證作業(yè)區(qū)域的人員安全。

（2）在易損壞的設(shè)備區(qū)域添加防護罩，減少落石對設(shè)備的沖擊損傷;對整體結(jié)構(gòu)框架，主要受力點使用鋼板加固，增強整體結(jié)構(gòu)強度;對安裝環(huán)液壓驅(qū)動裝置安裝座加固，防止落石撞擊造成底座斷裂;6組頂撐裝置導(dǎo)向柱，導(dǎo)向套外部使用鋼板包裹，減輕本體的磨損。

3.4錨桿鉆機改進措施

（1）在剎車下部添加支撐架，即便鏈接螺栓斷裂也能起到制動作用，避免鉆機小車的整體滑落，此外在整套驅(qū)動的上部焊接防護罩，減少巖爆落石的直接砸損，降低設(shè)備的故障及損壞率。

（2）在兩臺液壓油泵的泄露油管處增添大流量水冷裝置，使油品的溫度從源頭處降低，改善的液壓系統(tǒng)內(nèi)部的高溫環(huán)境，提升液壓系統(tǒng)各元器件的工作性能。

（3）及時的調(diào)整鉆機系統(tǒng)的沖擊、旋轉(zhuǎn)、進給壓力保持鉆機不超負荷運轉(zhuǎn)，對于圍巖硬度較高的地段，將沖擊壓力適當(dāng)增大，增強其自身碎巖能力，降低鉆機進眼速率，以此保證錨桿鉆機系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3.5皮帶機改進措施

（1）TBM在巖爆地段掘進時，為有效破碎掌子面的巖石，減少大量的大石塊進入皮帶機，掘進時必須合理選擇掘進參數(shù)。結(jié)合引漢濟渭TBM和掘進時的情況，選擇低轉(zhuǎn)速、低推力、低扭矩（轉(zhuǎn)速2～3r/min，推力為100～180bar，扭矩1200～2000knm）的掘進參數(shù)。

（2）橋架皮帶機及轉(zhuǎn)載皮帶機的緩沖床，由緩沖托輥改為聚乙烯緩沖條設(shè)計，可以有效吸收沖擊、防止輸送帶撕裂，減緩物料對輸送帶的沖擊和損壞。

（3）為有效遏制輸送帶縱向撕裂情況的出現(xiàn)，經(jīng)選型及數(shù)次現(xiàn)場試用，最終確定EP250鋼絲網(wǎng)抗撕裂皮帶可滿足使用要求，該種輸送帶具有尼龍輸送帶優(yōu)點的同時，另外具有縱向強度高、抗撕裂的特點。

3.6現(xiàn)場技術(shù)管理措施

為有效減少巖爆造成主驅(qū)動、拱架安裝器、錨桿鉆機、液壓系統(tǒng)、皮帶系統(tǒng)的設(shè)備損傷，針對現(xiàn)場管理與施工條件，制定了一系列的管理專項措施;有效降低了設(shè)備故障率，提高員工積極性：

（1）制定專項設(shè)備考核制度，根據(jù)本月設(shè)備的完好率及使用率情況，對現(xiàn)場操作人員和管理人員進行專項獎罰措施，以此充分調(diào)動員工的積極性，使其更富有責(zé)任心。

（2）設(shè)定專人進行設(shè)備的操作與維護，防止因人員自身水平的問題，造成設(shè)備故障頻發(fā)。

（3）定期對各班操作手、巡守工進行理論培訓(xùn)，使其對設(shè)備的工作原理、使用方法有更清晰的認識，可以處理一些常見的設(shè)備故障。

（4）加強設(shè)備改進部位的日常檢查，對每日巡檢進行記錄匯總，建立專用設(shè)備履歷。

結(jié)論

總之，在高頻強巖爆地質(zhì)條件下，對敞開式TBM關(guān)鍵設(shè)備損壞形式，對關(guān)鍵設(shè)備的改進措施及維保頻次，經(jīng)引漢濟渭嶺南TBM現(xiàn)場施工實踐，能有效降低TBM關(guān)鍵設(shè)備故障率，提高設(shè)備利用率。

參考文獻：

[1]劉森.高地應(yīng)力巖爆對TBM施工的影響及對策.2019.

[2]王宏宇.淺談巖爆地質(zhì)段敞開式TBM關(guān)鍵設(shè)備維保技術(shù)探討.2020.

[3]邵國龍.COP1838型鑿巖機前端常見故障原因分析與維修要點[J].工程機械與維修，2019，

[4]曹富榮等.礦用輸送機膠帶縱向撕裂原因及其防治，煤礦開采，2015，