秦嶺隧道I線所用TB880E掘進(jìn)機(jī)，經(jīng)過近兩年的施工使用，發(fā)現(xiàn)該機(jī)型在穿越不良地段時，存在撐靴利用不足而使推進(jìn)力降低、成倍增加掘進(jìn)時間的問題。特別在秦嶺硬巖條件下，通過斷層時，當(dāng)撐靴可撐出三分之二，推進(jìn)力卻達(dá)不到額定推力的三分之二，在掌子面巖層較硬需大推力時，掘進(jìn)時間明顯成倍多于以往同類巖石所需時間，同時刀具磨損也比同類巖石下嚴(yán)重。據(jù)分析認(rèn)為是由于該機(jī)推進(jìn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理所造成的，以下分析其原因及改進(jìn)設(shè)想。

1TBM推進(jìn)工況簡介及液壓系統(tǒng)原理

1．1TBM推進(jìn)H況簡介

TBM內(nèi)凱與刀盤相連，內(nèi)凱分為前后兩段，由螺栓連接（見圖1）。前后外凱可分別在前后內(nèi)凱上滑動。前后外凱分別有四個推進(jìn)油缸推動內(nèi)凱，實(shí)現(xiàn)刀盤向前掘進(jìn)。前后外凱各有八個撐靴分為四組，成X型徑向布置在外凱上。當(dāng)撐靴全部撐緊在巖壁上時，撐靴與巖壁間靜摩擦力就是推進(jìn)油缸推進(jìn)內(nèi)凱前進(jìn)的推進(jìn)反力，掘進(jìn)中TBM額定推力為17．5MN，推進(jìn)油缸壓力27．OMPa。前后外凱的各個撐靴可單獨(dú)控制，在隧道壁某處過軟或坍塌時，對應(yīng)的撐靴油缸可關(guān)閉，不撐出撐靴。由于撐出撐靴數(shù)量的減少，必須相應(yīng)減小推進(jìn)力，即減小推進(jìn)油缸壓力，否則撐靴可能打滑或損壞導(dǎo)向柱。

1．2TBM推進(jìn)液壓系統(tǒng)原理圖

從圖2可看出，TBM前后兩組推進(jìn)油缸由同一個壓力補(bǔ)償器對推進(jìn)油缸大腔供油，即前后兩組推進(jìn)油缸無論何時的推進(jìn)壓力相等，也就是前后外凱推進(jìn)油缸的壓力不能分別控制調(diào)整。

2推進(jìn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷分析

在過不良地段時，由于隧道壁巖石坍塌或其他原因形成空洞，造成前外凱或后外凱撐靴不能全部撐出的情形。例如，當(dāng)前外凱16個撐靴可以全部撐出且撐靴所撐位置巖石狀況很好，而后外凱撐靴只能撐出8個撐靴油缸，這時前外凱推進(jìn)油缸推進(jìn)力可以達(dá)到8．5MN，而后外凱因?yàn)橹粨纬鲆话霐?shù)量撐靴，其推進(jìn)油缸推進(jìn)力只能達(dá)到約5．5MN，推進(jìn)油缸壓力約19.0MPa。從液壓原理圖可以著到，因?yàn)榍昂笸鈩P推進(jìn)油缸大腔油路相通，前外凱推進(jìn)油缸壓力與后外凱推進(jìn)油缸壓力相等，也為19．OMPa，因此總推力只有11MN。在秦嶺一線北口硬巖條件下，多數(shù)小斷層過后就是硬巖，需要TBM達(dá)到額定推力才能有效掘進(jìn)。在這種情況下，推進(jìn)力減小5－6MN對掘進(jìn)的影響就是掘進(jìn)時間成倍增加。如果前后外凱推進(jìn)油缸可分別控制，使前后推進(jìn)油缸的推進(jìn)力都能達(dá)到其撐靴所能達(dá)到最大靜摩擦力，在上例中，推進(jìn)力就可以達(dá)到15MN，從而縮短掘進(jìn)時間。

3液壓系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)想

壓系統(tǒng)改進(jìn)原理圖如圖3所示，圖中三位五通換向問可以是手動也可以是電磁換向，比例減壓閥在操作室內(nèi)操作盤上可調(diào)。舉例說明，當(dāng)前外凱僅能撐出4個撐靴，而后外凱撐靴可以全部撐出時，三位六通換向閻處于右位，從比例減壓閥供油。在操作盤上調(diào)節(jié)比例減壓閥的調(diào)節(jié)電位器，使后外凱推進(jìn)油缸推進(jìn)壓力為19．OMPa。調(diào)節(jié)推進(jìn)油缸比例閥的調(diào)節(jié)電位器，使前外凱推進(jìn)油缸壓力達(dá)到27．OMPa，從而可使刀盤獲得15MN推進(jìn)力，提高掘進(jìn)效率.