岩爆地质段敞开式TBM关键设备维保技术探讨

杨阳

摘 要：为解决硬岩TBM在岩爆地段施工时，关键设备频繁损坏、施工效率低、施工成本增加问题，针对引汉济渭岭南TBM在岩爆段现场施工情況，分析TBM关键设备的损坏形式及原因，并提出TBM关键设备在运行保养方面采取的改进措施，使硬岩TBM在岩爆段顺利掘进，提高施工效率，对类似工程起一定的借鉴作用。

关键词：敞开式TBM;岩爆;关键设备;改进措施;维保

TBM施工具有快速、安全、高效等钻爆法不可比拟的优势，在我国的长大隧道施工使用越来越广泛。但TBM一旦遇到岩爆等不良地质段，关键设备系统问题频发，维修保养将花费大量的时间，严重制约施工进度。针对引汉济渭岭南TBM在岩爆段施工过程中，关键设备频繁出现的问题进行分析，并在关键设备运行保养方面采取相应的改进措施。

1工程概况

标段位于陕西省宁陕县四亩地镇境内，全长18.275km，主洞采用一台由罗宾斯公司制造的Φ8.02m敞开式硬岩掘进机施工，连续皮带机出渣。为解决TBM长距离出渣、通风及第二掘进段施工组织问题，标段中间设一座4号支洞（采用无轨斜井施工），承担TBM检修洞施工与主洞TBM的钻爆接应任务。

2岩爆段敞开式TBM关键设备损坏形式及原因分析

2.1主电机损坏形式及原因分析

（1）强岩爆致使主电机减速箱损坏，减速机内部齿轮油通过主电机转子轴间隙处流入主电机内部，导致定子绕组绝缘值降低，不能满足使用要求。

（2）隧洞底部强岩爆致使主电机外壳受损，耐压强度降低，电机整体报废。

（3）强岩爆、强震动致使主电机冷却水回路管头损坏，电机运行时温度过高，变频器频繁报温度过高故障，频繁运行导致电机损坏。

2.2液压系统损坏形式及原因分析

2.2.1执行元件及阀块损坏

岩爆产生的不规则石块形成瞬间冲击力，直接作用在液压执行元件及阀块上，导致其直接损坏，损坏后需要大量时间进行排查并处理，必须对液压系统进行更换、清洗等工作。

2.2.2液压管路损坏

岩爆掉落的不规则棱角锋利的石块，砸落至带压状态的液压油管，使其表面橡胶破损钢丝编织层破裂，从而使整条液压管路损坏，必须停机进行检修更换方可使用。

2.3拱架安装器损坏形式及原因分析

2.3.1拱架安装环损坏

拱架安装环在TBM掘进期间基本都在护盾内部，只有开始安装钢拱架支护时才会离开护盾，在安装钢拱架时会出现不同强度岩爆，或是围岩上部，或是隧道底部，所释放的冲击力极易造成拱架安装环的损坏变形。

2.3.2拱架安装器结构架断裂、变形

在高频强岩爆地段施工过程中，顶部垮塌的岩石顺势而下，巨大的重力势能直接作用在拱架安装器结构件上，造成整体结构件链接部位开裂及变形，致使整套系统部分功能缺失，而部分永久性损伤即使后续维修人员进行焊接修补，也无法达到新机使用状态。

2.4锚杆钻机损坏形式及原因分析

2.4.1岩爆落石造成钻机整体结构掉落

由于锚杆钻机的工作性质和使用需求，其顶部与周身无任何防护措施，若顶部发生高频强岩爆，所掉落的石块直接将锚杆钻机整体结构件砸落，钻机整体结构掉落极易造成推进梁的扭曲变形。

2.4.2岩爆大石块造成钻机耐磨滑道砸伤变形

岩爆落石多以三角形、锥形等不规则形状呈现，块径大且棱角锋利，在大石块的冲击作用下，致使钻机推进梁耐磨滑道损伤变形（如图所示），滑道表面出现破损将加重母座的磨损程度，极大减少设备的使用寿命。

2.4.3岩爆大石块造成钻机变速箱刹车损坏

高频强岩爆产生的落石砸落至驱动装置本身，直接造成链接螺栓断裂，驱动齿与行走轨道分离，使整套驱动的制动功能失效，致使钻机滑落造成结构件以及机身的损坏，钻机自身重量的下坠力度加上落石的冲击，极易造成钻机刹车花键轴的断裂，以及变速箱内部行星齿的损坏。

2.5皮带机损坏形式及原因分析

2.5.1皮带机结构件损坏

在岩爆段施工时，大量大块岩石从掘进岩面垮落，加之刀盘刮渣仓局部损坏无法及时修复，大块的岩石未有效破碎即被输送到主机皮带机接渣斗处，造成接渣斗弧形板、扇形板、梯形板被砸落变形、掉落、缓冲床磨损。

2.5.2输送带破损、撕裂

岩爆产生的大块岩石频繁堵塞皮带机下渣斗，若未及时发现并停机，极易造成输送带纵向撕裂;在岩渣输送过程中，岩渣不断通过各个转载点，在下落过程中对皮带机产生极大的冲击力，大块岩石在通过落差较大的下料口，由于重力作用极易造成输送带贯穿破损。

3施工工程过程中采取的维保及改进措施

岩爆地质段TBM设备掘进运行，维保是关键，通过每日强制保养4h发现故障原因并采取修复方式及改进措施能够有效降低设备故障率，减少岩爆对TBM设备影响，针对上述产生的故障，采取了以下改进措施：

3.1主电机损改进措施

（1）变频器报电机短路故障时，立即停止使用故障电机，及时通知值班电工对电机进行阻值测定，相间及相对地阻值未达到标准，严禁使用;

（2）电机接线盒使用高强度亚克力板封闭，防止隧洞底部强岩爆后水流进入接线盒内导致接线排和接线端子损坏，间接导致电机定子绕组线圈烧毁

3.2液压系统改进措施

（1）对设备裸漏的液压管路，采用分段连接，减少长距离更换破损管路造成液压系统的污染，并使用螺旋保护套缠绕油管，极大减少了油管被岩爆损坏情况发生，进一步降低了成本的浪费。

（2）为降低液压马达及油缸长时间超负荷运转，导致元器件的损坏率，在各部位液压系统增添安全溢流阀，以保证元器件内部稳定的工作压力，降低液压设备的故障率。

3.3拱架安装器改进措施

（1）考虑在不影响整体使用效果以及改造所耽误的进度，在拱架安装器一号斜撑的两侧，添加辅助支撑系统，在遇到岩爆落石积压的情况下，能提供额外的支撑力度，使钢拱架支护效果达到标准要求，同时保证作业区域的人员安全。

（2）在易损坏的设备区域添加防护罩，减少落石对设备的冲击损伤;对整体结构框架，主要受力点使用钢板加固，增强整体结构强度;对安装环液压驱动装置安装座加固，防止落石撞击造成底座断裂;6组顶撑装置导向柱，导向套外部使用钢板包裹，减轻本体的磨损。

3.4锚杆钻机改进措施

（1）在刹车下部添加支撑架，即便链接螺栓断裂也能起到制动作用，避免钻机小车的整体滑落，此外在整套驱动的上部焊接防护罩，减少岩爆落石的直接砸损，降低设备的故障及损坏率。

（2）在两台液压油泵的泄露油管处增添大流量水冷装置，使油品的温度从源头处降低，改善的液压系统内部的高温环境，提升液压系统各元器件的工作性能。

（3）及时的调整钻机系统的冲击、旋转、进给压力保持钻机不超负荷运转，对于围岩硬度较高的地段，将冲击压力适当增大，增强其自身碎岩能力，降低钻机进眼速率，以此保证锚杆钻机系统的稳定。

3.5皮带机改进措施

（1）TBM在岩爆地段掘进时，为有效破碎掌子面的岩石，减少大量的大石块进入皮带机，掘进时必须合理选择掘进参数。结合引汉济渭TBM和掘进时的情况，选择低转速、低推力、低扭矩（转速2～3r/min，推力为100～180bar，扭矩1200～2000knm）的掘进参数。

（2）桥架皮带机及转载皮带机的缓冲床，由缓冲托辊改为聚乙烯缓冲条设计，可以有效吸收冲击、防止输送带撕裂，减缓物料对输送带的冲击和损坏。

（3）为有效遏制输送带纵向撕裂情况的出现，经选型及数次现场试用，最终确定EP250钢丝网抗撕裂皮带可满足使用要求，该种输送带具有尼龙输送带优点的同时，另外具有纵向强度高、抗撕裂的特点。

3.6现场技术管理措施

为有效减少岩爆造成主驱动、拱架安装器、锚杆钻机、液压系统、皮带系统的设备损伤，针对现场管理与施工条件，制定了一系列的管理专项措施;有效降低了设备故障率，提高员工积极性：

（1）制定专项设备考核制度，根据本月设备的完好率及使用率情况，对现场操作人員和管理人员进行专项奖罚措施，以此充分调动员工的积极性，使其更富有责任心。

（2）设定专人进行设备的操作与维护，防止因人员自身水平的问题，造成设备故障频发。

（3）定期对各班操作手、巡守工进行理论培训，使其对设备的工作原理、使用方法有更清晰的认识，可以处理一些常见的设备故障。

（4）加强设备改进部位的日常检查，对每日巡检进行记录汇总，建立专用设备履历。

结论

总之，在高频强岩爆地质条件下，对敞开式TBM关键设备损坏形式，对关键设备的改进措施及维保频次，经引汉济渭岭南TBM现场施工实践，能有效降低TBM关键设备故障率，提高设备利用率。

参考文献：

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[2]王宏宇.浅谈岩爆地质段敞开式TBM关键设备维保技术探讨.2020.

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[4]曹富荣等.矿用输送机胶带纵向撕裂原因及其防治，煤矿开采，2015，