第7章 TBM设备介绍及维修保养

雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程实施性施工组织设计第113页第七章TBM介绍及维修保养7.1TBM介绍1#隧洞自引(1)2+500～引(1)15+793段开挖采用的TBM为美国robbins公司生产，刀盘安装新刀时开挖直径为12430mm，刀具磨损到极限时开挖直径不小于12400mm。TBM从结构上分为主机、皮带连接桥和后配套三个部分，主机主要由刀盘、刀盘支撑体、护盾、主轴承、驱动系统、主梁、水平支撑、后支撑等组成，喷射混凝土台车位于皮带连接桥上。后配套系统由轨行式台车组成，后配套台车上布置液压动力站、变压器、配电柜、电缆水管卷筒、除尘通风设备等。TBM整机长度250m，其中主机长度为20m，皮带连接桥长度为40m(含轨道和轨枕安装区域)，后配套长度为155m，斜坡段长度35m。TBM主机重量约为1400t，后配套累计重量约为1100t。7.1.1主机部分7.1.1.1刀盘和刀具刀盘表面设计采用平面设计，可以减少在不稳定地层中的启动和掘进扭矩。同时在施工中起到稳定掌子面的作用。刀盘设计为6块，包括中心块2块，边块4块，以便于运输。(1)刀盘装备有喷水嘴，用于喷水降尘。高压水通过刀盘中心回转接头和管路进入喷嘴，在喷水嘴形成水雾喷出降尘。(2)刀盘周边的铲斗可以有效地清理隧洞底部的细小渣石。溜渣槽采用耐磨钢板制成。(3)刀具采用19〃盘形滚刀，滚刀刀圈工作可靠并且采用嵌入式轴承和金属密封。所有的刀圈都是可以更换的。(4)刀盘的外表面焊接耐磨格条，以加强刀盘的耐磨性能。7.1.1.2主驱动系统刀盘驱动采用14台315kW变频调速电机驱动。驱动系统最大扭矩(刀盘脱困)时24,778kNm(3.3倍高速扭矩)，在转数2.4rpm时为16519kNm，在转数5.0rpm时为7509kNm。刀盘可实现正时针与反时针旋转，正常掘进时只能按一个方向旋转，必要时可以实现反转。刀盘具备点动控制功能，以便检查及更换刀具时精确控制刀盘位置。雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程实施性施工组织设计第114页(1)主轴承采用大直径的三列滚子轴承，其寿命设计与预期的隧洞施工工期相匹配。轴承的密封系统采用四道唇型密封防止外界的污染和润滑油的漏损。密封腔还有若干迷宫能够防止渣石的进入造成密封损伤。迷宫中利用自动润滑脂泵进行润滑。润滑脂不断通过迷宫向外挤出带出可能进入迷宫的细小渣石。(2)变频驱动电机采用水冷却方式，每台电机都安装有热传感器并连接控制室进行监控。每台电机的变频设备为独立的，可以独立启动控制单台电机。(3)减速箱采用扭矩限定器和高惯量的电动机相连而得到保护，防止出现突发的过载现象损坏齿轮箱。7.1.1.3护盾护盾包括顶护盾、侧顶护盾、侧护盾和下支撑，可起到防尘密封的作用，同时可有效减小震动从而保护刀盘、驱动组件等设备；下支撑在掘进施工时可有效清除洞底虚渣。7.1.1.4主梁主梁是TBM的主要构件，其它部件都安装在它们之上，其作用是将来自支撑靴的作用反力传递至主轴承、刀盘、刀具上。7.1.1.5水平支撑与调向系统支撑系统总成包括两个大面积的支撑靴板，支撑洞壁提供推进系统的支撑反力。支撑系统安装在主梁上，其作用是为刀盘掘进提供反力。支撑端部由两组(共4块)水平撑靴组成，分别位于掘进机的两侧。支撑靴的截面积较大，可与洞壁岩石良好地接触，以适应破碎的、软弱的、不稳定的围岩区撑靴的支撑，为掘进提供足够的反力。撑靴的纵向开槽，可顺利通过环形支撑区。7.1.1.6推进系统该TBM采用4个水平推进油缸进行推进作业，油缸的前端安装在主梁上，后端固定在水平支撑靴上。推进时反力通过油缸传递到水平支撑上。7.1.1.7电气、控制系统TBM配置3台变压器，容量为2×3000kVA和2000kVA，备用一个1500kVA变压器安装位置。高压电缆经隧道接入TBM，通过电缆卷筒与变压器相连，供电电压为20kV，主驱动电压690V，其他动力电压400V，照明电压230V，移动式安全照明电压为36V，控制系统电压24V。雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程实施性施工组织设计第115页PLC系统提供TBM的主要控制功能。在操作室有一台工业电脑与PLC系统连接。7.1.1.8液压系统液压系统的作用是为TBM的支撑、推进、牵引等许多部件提供动力。该系统由高压低流量和低压高流量的油泵组合而成，液压油由泵从油箱供给至各个油缸和液压马达，再经由回路流回油箱，形成一个回路。其主要技术参数为：①液压系统功率：225(75×3)kW；②系统额定压力：345bar；③刀盘最大推力下的系统压力：289bar；7.1.2支护设备7.1.2.1锚杆钻机及超前钻机本标段采用TBM配套的锚杆钻机为阿特拉斯产品，在主机前方刀盘后部安装两台，在皮带连接桥位置安装两台，钻机型号为cop1838，其中前部的两台钻机可进行超前的钻孔，超前钻孔速度150m/10h，具有较高的工作效率。前后安装的钻机均可实现全圆周方向钻孔，并配备有钻杆接杆器。7.1.2.2钢拱架安装器钢拱架安装器的结构架为一个大型的钢导轨，在马达的驱动下旋转。钢拱架的安装完全由机械手完成，第一段钢拱架在安装器上夹住后，安装器的导轨局部旋转，这样下一段钢拱架就可以用螺栓固定在前一段的尾部。重复这个过程，将每环用螺栓固定在前一段的尾端，直到整环完成。当一环形成后，由钢拱架安装器上的张紧机构对钢拱架进行张紧。7.1.2.3钢筋网安装器钢筋网安装器在锚杆钻机的后方工作平台，可以将钢筋网片组合并顶起安装在预定位置。在出水洞段钢筋网安装器和钢瓦片安装器协作完成钢瓦片的安装。7.1.2.4钢瓦片安装器钢瓦片安装器利用钢拱架安装器的尺圈作为旋转结构，利用抓取装置将瓦片抓起，旋转定位顶紧在洞壁上，利用锚杆钻机施工锚杆固定。7.1.2.5混凝土喷射系统TBM上在L2区域安装两台混凝土喷射机械手，可完成360°范围的混凝土喷射。雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程实施性施工组织设计第116页每台可以完成隧洞洞壁210°范围的混凝土喷射。在L1区域设应急喷射混凝土机械手。7.1.2.6注浆灌浆设备两套液压注浆系统，可快速及时地对危险或存在潜在危险体进行支护。注浆系统和钻机均由其自带的液压泵站提供动力。7.1.3其它设备7.1.3.1测量导向系统TBM配备一套自动导向系统(PPS)，可在隧洞施工过程中准确的监测TBM的具体位置，及时、准确地计算并显示出TBM的位置与设计线路的具体偏差；给TBM驾驶员提供连续、准确、明了的数据，使驾驶人员及时纠正TBM的位置及状态，使TBM掘进方向和隧洞设计线路保持一致，从而保证隧洞的质量。7.1.3.2皮带输送系统TBM的皮带输送系统将石渣通过本身的皮带机输送到转渣皮带机而后通过洞内连续皮带运输出洞。TBM皮带机的带宽为1200mm。7.1.3.3通风除尘系统通风系统布置在后配套的尾部，包括一个新鲜风接力送风系统，TBM上的除尘系统包括风机、消音器、除尘器。新鲜风系统配套2个可存储柔性风筒的储风筒。7.1.3.4气体监测系统在TBM上安装气体监测系统。所有监测数据最终传送到后配套上的箱式报警装置。测得的数据在TBM控制室内可以显示，并可以储存在数据采集系统。7.1.3.5应急供电系统后配套安装两台备用发电机，在发生高压供电故障时，可以启动为通风机、应急照明、电缆卷筒、排水泵、PLC系统提供应急的电力供应。7.1.3.6消防系统在液压泵站、润滑油泵站、和主要电气设备附近布置自动消防灭火系统。同时在主机和后配套区域布置人工操作的灭火器。7.1.3.7数据采集系统合理布设各种必须的传感器，采集整机主要工作参数，并自动保存至微机，供随雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程实施性施工组织设计第117页时查阅。7.1.3.8视频监视系统在TBM的关键工作位置设置摄像头对工作情况进行实时监控，影像显示在TBM的操作室内。7.1.4后配套台车后配套全长155m，按功能划分各个台车，为施工供料、存料、供电、通风、排水。7.1.5TBM设备配置与技术参数表TBM及后配套设备配置及技术参数如表7-1、7-2所示。表7-1TBM基本参数表（一）所属部位项目性能参数整机开挖直径新刀时φ12430mm，磨损到极限时φ12400mm长度约210m重量约1400t装机功率6078kW掘进行程1820mm最小转弯半径800m滚刀直径483mm(19＂)最大切削载荷311kN刀圈总数78把平均刀间距(面刀)89mm装刀方式背装式刀盘推荐刀盘推力22,703kN可承受最大推力24,260kN最大水平支撑力71,500kN刀盘驱动形式变频调速电机(水冷)驱动/功率14×315kW＝4,410kW反向旋转可以，正转出渣刀盘转速0～5.6rpm恒定扭矩转速范围0-2.55rpm恒定功率转速范围2.55－5.6rpm刀盘扭矩(2.4rpm)16,519kNm刀盘扭矩(5.0rpm)7,509kNm挣脱扭矩24,778kNm(3.3倍高速扭矩)主轴承形式三轴式重型轴承雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程实施性施工组织设计第118页表7-1TBM基本参数表（二）所属部位项目性能参数撑靴系统形式水平撑靴液压系统液压油矿物油或可降解油品主机液压系统功率225kW液压系统额定压力345bar脂润滑系统1套推进系统推进油缸行程1.82m推进系统≥120MPaTBM平均推进速率30mm/min≥80MPaTBM平均推进速率60mm/min电气系统输入电压20kV/50Hz主驱动电机690V/3相/50Hz液压和润滑系统电机400V/50Hz电气系统TBM照明电路220V/50Hz控制系统PLC控制电压24VDC(直流)变压器2×3000kVA＋2000kVA功率因数cosφ0.9数据远程控制有高压电缆卷筒带300m电缆主机皮带机宽度1400mm输送能力1850t/h，相当于5.82m/h钢拱架安装系统钢拱架的安装实现全机械化。安装器是机械式环形梁系统钢筋网、钢瓦片安装设备所有的操作都由在防水区和/或带顶盖的液压升降机内的工人完成。喷锚设备湿喷机MEYCOSuprema,2台喷混机械手数量2×25m3/hL2区安装配备MeycoSuperemas的2台喷混站，可覆盖360度范围泥浆喷射L2区在喷混站后上方提供一台喷射站锚杆钻机/超前钻机规格型号AtlasCopcoCOP1838。功率13～15KW锚杆直径22mm，25mm，28mm，32mm作业范围该钻机设计为能够覆盖180度岩石钻探作业。每台钻机均可覆盖所有位置。作业内容①空心锚杆，能实现中等量的灌浆②泥浆锚杆，能实现灌浆③后入式锚杆(灌浆后插入)④粉末包锚杆5)楔型锚杆锚杆自动进给锚杆钻有自动更换钻杆和自动进给功能。每台钻机配备一套钻杆和工具(L1钻机可钻30米，L2为12米)。雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程实施性施工组织设计第119页表7-2后配套基本参数所属部位项目性能参数后配套系统型式台车式、走行于预先铺设的轨道最小转弯半径800m总重量1100吨牵引方式2X液压油缸转渣皮带机1后配套台车轨道双轨间距900MM轨道规格43KG/M双向交叉变道器数量1连续皮带机移动尾翼1紧急发电机型号CUMMINSDY-285功率KW285空气压缩机型号ALTLASCOPGA75WWORKPLACE数量4功率KW75,4X最大工作压力BAR7.5生产率CM/M14.7,4X噪音级别dB(A)67通风系统风筒仓尺寸3m软风筒仓容量250m软风筒仓提升设备1辅助风机93KW,1台除尘器形式干式，1台排风站功率75kW，2台高压电缆卷筒数量1容量每个卷筒300m给排水系统供水软管卷筒100m，1件排水软管卷筒60m，1件供水箱10m3，1件排水箱容量10m3，1件转渣皮带机带宽1400mm输送能力1800t/h后配套吊机1号吊机起吊能力：5吨；使用范围：从后配套后部(3号台车)到TBM后部机架，行走范围85米后配套吊机2号和3号吊机两台吊机的起吊能力：3吨；2号吊机使用范围：在2号