浅谈双护盾TBM液压系统

周清

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710032）

浅谈双护盾TBM液压系统

周清

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710032）

双护盾TBM作为近些年运用于隧道施工的大型设备，可进行掘进、出渣、拼装、灌浆等一体化作业。本文以兰州水源地所用双护盾TBM为例，主要介绍了液压系统组成和重要参数以及日常维护技术。

双护盾TBM ；液压系统； 维护技术

1 液压系统

双护盾TBM液压系统由推进系统、高压撑靴系统、快速复位系统、管片拼装系统、冷却循环系统、主机皮带系统以及自动润滑系统组成。通过各系统协调控制以及数字监控，保证设备正常运行。

1.1 推进系统

推进系统由主推进系统和辅助推进系统组成。主推系统由10根油缸组成并连接前盾和撑紧盾，行程1.5米，调定压力280bar，最快达120mm/min。在双护盾模式掘进时，主推油缸为刀盘提供推力。主推进油缸分为4个区，每个区装有行程传感器，每个单元液压油流量可由主控室手动调节，最高可达36.4L/min，据此调整TBM掘进时的姿态。

辅推进系统由布置在支撑护盾的14双缸加2单缸组成，这些油缸在尾盾内伸缩推压衬砌管片，行程为2.6米，调定压力为280bar,流量最高能达30.2L/min，推进模式下能达120mm/min。辅助推进油缸具有保持衬砌管片始终稳定的功能。

辅助推进油缸可由管片遥控器控制进退，方便管片的安装，以及在换步时辅推进油缸将撑紧盾向前推进，同时主推进油缸向前拉撑紧盾。当岩层不稳定，需要在单护盾模式下掘进时，可选择用辅助推进油缸在高压下顶住已安装好的管片给刀盘提供向前掘进的反推力。辅助推进油缸也分为4个区，每一个区均装有行程传感器，在单护盾模式掘进时，每一组油缸均可单独控制，并且主推进缸辅助调整前盾和刀盘的方向，进而方便TBM方向的控制。

液压元件重要参数如表1。

表1 主、辅液压元件参数

1.2 高压撑靴系统

高压撑靴系统由4根油缸串接而成，行程为350mm，调定压力为330bar。在掘进过程中，通过两个撑靴水平伸展高压撑住岩层为TBM掘进产生的推力和扭矩提供反作用力。撑紧油缸的行程是根据岩层和最大扩挖量确定。撑紧力可以根据地质情况进行调整，为防止撑紧靴的推力破坏围岩的稳定，撑靴对洞壁最大的接地比压设定为3MPa。当在硬岩地层开挖时，刀盘需要很大的推进力，撑紧盾系统必须提供足够的撑紧力来提供反作用力。当在软弱地层开挖时，刀盘只需要较小的推进力，撑紧力将成正比减少，因此对围岩的接触压力将较小，最大接地比压力不大于4MPa。

桥梁各构件表面和内部不同点位上的实际温度都处在不断变化的状态，而从由自然环境因素引起的温度荷载角度讲，可分为以下三种类型：①日照温度荷载，主要受太阳辐射影响，具有短时急变的时间性，作用于局部，不均匀分布，易使结构局部应力增大，是最为复杂的温度荷载；②骤然温降温度荷载，主要受强冷空气影响，具有短时变化的时间性，作用于整体，分布相对均匀，易使结构应力增大，具有一定复杂性；③年温变化荷载，主要受缓慢温变因素影响，具有长期缓慢的时间性，作用于整体，分布均匀，易使结构整体位移增大，是较简单的一种温度荷载。本次研究只考虑前两种温度荷载，年温变化荷载在工程设计中有所提及，故本次不考虑。

2.3 快速复位系统

复位系统采用双作用叶片泵，通过插装阀快速复位阀组，在TBM换步时，给主推、辅推快速供油。在撑靴伸出时，通过快速给油达到60bar时，再进行高压撑靴撑紧。

2.4 管片拼装系统

管片拼装系统由盾尾区域的两个液压马达、2根抓持油缸、2根平移油缸、1根倾斜油缸、2根提升油缸组成，泵调定压力为240bar。

该系统由单独的液压系统提供动力，通过对液压马达和液压油缸等执行机构动作的比例控制，可实现拼装管片的纵向移动、径向移动、横向移动、回转、横摇和俯仰动作。并通过安装在管片抓斗上的传感器实现管片快速精确的定位及安装。

管片拼装系统又称辅助系统，辅助泵与拼装泵串联一起，主要为注浆泵、管片运输小车、主机稳定器油缸、管片卸载器油缸、刀盘制动、纠偏控制油缸等提供液压动力。液压元件重要参数如表2。

表2 拼装液压元件参数

2.5 主机皮带系统

执行元件由安装于滚筒内部的液压马达和后部的两根张紧油缸以及一根皮带移动油缸组成（如图1）。

图1 皮带系统简图

主要为皮带提供传输动力以及移动皮带，便于人员进入刀盘进行检修。泵切断压力为160bar，控制电流最高可达600mA，最大输送速度约2.8rpm。

2.6 冷却循环系统

冷却循环系统由油箱冷却系统和主驱动齿轮油冷却系统组成。

油箱冷却系统主要用于油温的冷却，采用双叶片泵，调定压力为10bar。主驱动冷却系统采用螺杆泵，流量为85L/min，控制温度为35℃，通过同步马达冷却及润滑小齿轮、小齿轮轴承、主轴承齿轮箱。

2.7 自动润滑系统

油脂集中润滑系统主要通过气动油脂泵向电动油脂桶供油，电动油脂泵主要向主驱动内、外密封供油，防止主驱动被渣土污染。而气动油脂泵直接向管片拼装机滚子和轴承润滑供油。

电动油脂桶顶部装有超声波液位开关，检测桶内油脂量。当桶内油脂达到低位时，气动泵自动开启，向油脂桶内供油，高位时泵输送停止。

3 液压系统日常维护

TBM液压系统主要的推进、支撑系统都选用大的集成阀组，以及各大辅助系统均为紧密的控制元件。因此，液压系统维护、保养是否规范对整个设备的掘进性能、效益发挥着至关的作用。维护主要事项如下：（1）液压装置的故障，70%与油液有关，需对油箱的油位、温度、清洁度、颜色进行日常巡检，定期对油液进行抽样化验。（2）液压油的选用应采用同一厂家及型号。（3）TBM液压管路错综复杂，应对管路采用保护措施，避免与尖锐、硬物体接触，以免管路爆裂，高压冲击。（4）对一些管路上的气动控制元件，采取日常排水、加润滑油，防止气动控制元件磨损失灵。（5）对整个管路、控制阀块进行日常泄漏检查。（6）设备管路上安装的过滤器，均有电信号检测，当出现报警信号时，更换过滤器芯，未安装的，需做定期清洗或更换。（7）对液压泵、电机、控制阀组噪声检查。（8）定期对所有关键的连接螺栓进行紧固检查。（9）对整个设备的压力表、温度表、主控界面的各项数据进行日常巡检和备录。（10）对整个设备的旋转机构进行定期EP2润滑。（11）对液压维护人员进行培训学习，增强技术能力和日常维护意识。（12）除对液压系统实体设备进行监控外，还需对一些隐形因素进行监控。虽然这些不影响设备功能使用，但长时间会对设备寿命有影响，需加强日常巡检经验的累计及学习。

4 结语

TBM液压系统串联着整个运动机构，控制元件众多，管路错综复杂。因此，需加强液压系统的日常监控，主动预防故障，保证设备的正常掘进性能，对工程的顺利贯穿有着积极意义。

[1]苏启棠，王利权.液压系统油液污染[J].现代机械，2005(5).

[2]李玉萍.浅析液压系统常见故障及防范措施[J].郑州铁路职业技术学院学报，2010(3).

[3]双护盾TBM的应用与研究.中国水利水电出版社，2011(10).

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1671-0711（2017）01（下）-0110-02