第7章-TBM设备介绍及维修保养汇总(DOC 22页)

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1、 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七章 TBM介绍及维修保养7.1 TBM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

2、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

3、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24,778 kNm(3.3倍高速扭矩)，在转数2.4rpm时为16519 kNm，在转数5.0rpm时为7509 kNm。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。(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

4、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，

5、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

6、系统TBM配置3台变压器，容量为23000kVA和2000kVA，备用一个1500 kVA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。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：液压系统功率

7、：225(753)kW；系统额定压力：345bar；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

8、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。每台可以完成隧洞洞壁210范围的

9、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

10、通过洞内连续皮带运输出洞。TBM皮带机的带宽为1200 mm。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

11、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。7.1.5 TBM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7-1 TBM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12430mm，磨损到极限时12400m

12、m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14315kW4,410kW反向旋转可以，正转出渣刀盘转速05.6rpm恒定扭矩转速范围0 - 2.55rpm恒定功率转速范围2.555.6rpm刀盘扭矩(2.4rpm)16,519 kNm刀盘扭矩(5.0rpm)7,509 kNm挣脱扭矩24,778 kNm(3.3倍高

13、速扭矩)主轴承形式三轴式重型轴承表7-1 TBM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120MPa TBM平均推进速率30mm/min80MPa TBM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/50 Hz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24V DC(直流)变压器23000kVA2000kVA功率因数cos0.9数据远程控制有高压

14、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MEYCO Suprema, 2台喷混机械手数量225m3/hL2区安装配备Meyco Superemas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Atlas Copco COP1838。功率1315 KW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

15、石钻探作业。每台钻机均可覆盖所有位置。作业内容 空心锚杆，能实现中等量的灌浆 泥浆锚杆，能实现灌浆 后入式锚杆(灌浆后插入) 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)。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CUMMINS DY-285功率KW285空气压缩机型号ALTLAS

16、COP GA75W WORKPLACE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

17、力：3吨；2号吊机使用范围：在2号台车和通道之间，行走范围15米；3号吊机使用范围：在5号台车和通道之间，行走范围23米。4号吊机起吊能力：3吨；使用范围：从后配套后部(4号台车)到TBM后部机架，行走范围100米。5号、6号、7号和8号吊机起吊能力：1吨；使用范围：桥架下方的轨道摆放区，行走范围15米。7.2 连续皮带机介绍隧洞的连续皮带机安装在隧洞侧壁上，前端移动尾端安装于TBM后配套，皮带桥的延伸安装在TBM后配套尾部和TBM开挖同步完成。皮带机随TBM掘进而逐渐延伸。皮带储存机构每次可储存皮带500m，即可供250m掘进之用。主洞连续皮带机主要功能参数参见表7-3。表7-3 连续皮带机

18、主要性能参数表项目性能参数输送能力1800t/h皮带速度3m/s皮带型号钢丝绳皮带皮带宽度1200mm主驱动功率1200kW驱动方式电机驱动辅助驱动功率1200kW控制系统变频控制皮带储存能力500m主洞连续皮带机包括变频调频皮带机主驱动装置、辅助驱动、皮带、储带仓、皮带打滑探测装置、回程助力器、移动式尾部装置、皮带机架、支承结构、皮带托辊、皮带接头、控制装置、皮带连接台和硫化设备等，主要技术参数如下：类型：槽形皮带；皮带宽度：1200mm；输送能力：1800th；带速：3.0ms；主驱动功率：1200Kw，辅助驱动功率：1200kW。7.3 TBM与连续皮带机的维修保养TBM集机械、电子、液

19、压等各方面的技术于一体，技术复杂、结构庞大、各工序包括开挖、支护、出渣、通风、排水同时完成，是工厂化的隧洞生产线。能否充分发挥先进设备的效能、最大限度的满足工程需要，取决于正确的使用、科学的保养、周密的监控和及时的维修。本工程中TBM施工段落长，施工强度大，设备能力要求高，因此保证TBM的有效利用率将是本工程施工的关键。由于TBM为发包人购买设备，我们将在TBM的使用过程中充分借鉴国内外TBM施工管理经验，结合以往使用TBM的管理与维修保养经验，通过TBM供货商的现场技术培训和安装示范实践，结合供货商提供的技术文件，不断总结和归纳维修保养的成功经验，根据现场实情、设备状况和人员素质的不同，加以

20、优化、改进、提高，形成一套TBM与连续皮带机的管理与维修保养模式，以程序文件的形式分工班执行。7.3.1 维修保养的指导思想与原则7.3.1.1 维修保养指导思想“以保障设备的功能为前提，以保证施工进度为目标，使维修保养、施工作业规范、程序化。”为在本工程中使用TBM的基本指导思想。7.3.1.2 维修保养的原则(1)掘进施工与维修保养并重采用TBM施工必须以良好的TBM状态为前提，根据地质条件、施工实际合理操控、合理组织，才能顺利达到这一目标。即必须树立掘进施工与维修保养并重的观念。我们将在本工程TBM施工中采用二个掘进工班和一个整备工班的组织模式，采用9-9-6的作业班制，整备工作时间为6

21、小时，其主要任务是TBM设备的维修保养。(2)全员参与TBM与连续皮带机维修保养和状态监测的规范化实施，除设备维修保养部门外，还要让各级决策者(含各工班长)和执行者(操作使用、维护保养人员)都了解维修保养和状态监测的意义、本岗位对设备维护、保养应尽的责任、义务及技术要求，积极参与并切实贯彻执行，实现TBM状况的持续良好。(3)强化保养从保养技术措施上，抓住影响设备寿命的关键问题，充分发挥状态监测的作用，以油、液管理为重点，坚持油液超精细过滤；汲取设备管理先进企业的经验，以“清洁、清洁、再清洁”，“保养、保养、再保养”为原则，强化保养观念。(4)迅速维修为保证设备状态持续完好，必须根据TBM操作

22、、保养以及状态监测的信息，综合分析，及时准确地判断故障部位、性质以及原因，确定维修方案，在最短的时间内实施维修，并且尽量减少维修时间、降低维修成本。7.3.2 TBM设备管理机构及职责针对本工程采用的TBM设备，我们建立了一个系统化的TBM设备管理体系，制定TBM掘进机管理办法、TBM安全操作规程、TBM维修保养规程、TBM状态监测管理细则、TBM故障诊断操作规程等一系列完整的规章制度，并将落到实处。7.3.2.1 组织机构我们针对TBM的维修保养将组建一支合理规模、效率高、维修技术精良的专业化队伍。维修保养工作由TBM副经理全面负责，由机电总工、技术室机电工程师、各掘进工班长和整备工班长、专

23、业工程师(机械、液压、电气、监测)、各工位负责人和熟练技工组成专业的维修保养队伍。TBM维修保养的组织机构见图7-1。图7-1 TBM与连续皮带机维修保养组织机构框图7.3.2.2 维修保养机构的职责TBM维修保养各机构的职能职责如表7-4所示。7.3.3 TBM设备管理制度在以往的TBM施工过程中，我们建立了一系列的设备使用管理制度，包括：“三好”、“四会”和“五项纪律”、人员培训制度、全员管理制度、操作人员岗位责任制、备品配件供应管理制度、技术革新管理制度、设备管理奖惩制度等。我们将在本工程的施工过程中进一步实施完善。主要内容如下表7-5所示。表7-4 维修保养组织机构职能职责一览表机构名

24、称人员组成维修保养职能职责领导小组项目经理、TBM副经理、设备物资部长、财务部长等全面负责TBM与连续皮带机的使用、管理、维修和保养；建立健全维修保养组织机构及各种规章制度；定期主持召开维修保养工作会；领导技术培训、引进新技术和检测新方法、开展岗位练兵和相应的考核等工作。专家组国内外TBM专家(包括业主与监理相关专家)利用自己的知识，根据设备状况，结合工程实际，为维修保养的决策提供意见和方案，特别是协助解决维修保养中出现的重大问题TBM技术室技术室主任、状态监测与故障诊断专业工程师、内业整理人员全面配合维护保养领导小组的工作；负责各种规章制度的制定、督促落实；各类考核的组织实施；维修保养会议的

25、组织；技术培训、引进新技术和监测新方法的具体落实；掘进施工、维修保养各种资料文件的汇总整理与分析；状态监测的实施；为整备班和掘进班提供技术支持与服务；负责设备技术方面的内外联络；汇总配件需求计划并报设备物资部落实；总结分析配件消耗规律。整备班机、电、液工程师，清洁、润滑、故障排除人员维修保养工作执行的主要力量，完成绝大部分的维修保养、状态监测等工作，并在必要时配合掘进工班完成维修工作；上报配件需求计划，探索配件消耗规律。掘进班掘进工班全体人员掘进过程中设备状况的巡查与实时监控；保持设备清洁；掘进中故障的排除；掘进数据的收集上报；向整备班报告设备运转过程中的情况与问题；7.3.4 TBM与连续皮

26、带机的状态监测及维护保养TBM的维护保养工作主要在整备时间完成，可分为前期控制、运行维护和事后维修三类。前期控制是指对如主轴承、电机、轴承密封、液压泵站系统等重点部件的运行状态进行分项目监测。运行维护是指在掘进机使用过程中的周期性的维护保养。事后维修指当故障发生后及时地修复。其中状态监测对检测人员及检测设备要求较高，主要由技术室负责完成。7.3.4.1 状态监测7.3.4.1.1 状态监测目的设备在使用过程中，要保持其良好的性能，不发生故障，需要预测出可能发生故障的部件，在它即将发生故障之前进行更换。为了准确掌握TBM及连续皮带机的运行情况，需对其相关参数进行不间断的监测，摸索重要部件的磨损规

27、律、消耗规律，判断异常情况的发生时段或预测即将出现的故障，以做出正确决策；及时维护保养、提前预防，防患于未然，确保设备状况良好，进一步提高TBM及连续皮带机的使用效率。表7-5 设备管理制度简述设备管理制度简要说明“三好”管好设备、用好设备、修好设备“四会”会使用、会保养、会检查、会排除故障“五项纪律”(1) 凭证使用设备，遵守安全使用规程；(2) 保持设备清洁，并按规定加油；(3) 遵守设备的交接班制度；(4) 管好工具、附件，不得遗失；(5) 发现异常，立即停车。技术培训制度(1)岗前培训。包括安全培训、TBM技术知识培训、操作培训、生产制度培训；(2)组装中的培训。一是设备供应商进行的现

28、场培训，二是内部专家开展的现场培训，两方面有机结合；(3)试掘进期间的培训。主要由设备供应商的人员进行操作指导，同时完成对项目技术人员的培训工作。日常学习制度坚持学习经常化、学习工作化，在工作中学习，在学习中工作。知识与技能不断更新，更好的为发挥TBM的先进性能服务。定人定岗定人、定机和凭证使用设备，不允许无证人员单独使用设备，保持操作、维修和管理人员的相对稳定，既要管好、用好设备，又要充分发挥设备的先进性能。专人专责与群体参与相结合专人专责，能使工作落到实处；群体参与便于相互支持、相互督促，避免人为差错。让操作人员参与TBM设备管理，我们要从长期以来行之有效的群众参与设备管理的实践中挖掘和整

29、理出符合本工程实际情况的设备管理方法和措施，不断提高TBM管理、操作人员的素质才能，保证设备检修的质量和生产效益。方案报批制度(1)TBM设备安全操作规程、维修保养规程等，必须经建立人批准后实施；(2)实现向监理人提交维护保养与维修计划，实施后向建立人报告结果；(3)对设备的重要保养及修理，应严格按监理人的要求做好记录，当监理人验收签字后设备才能重新启用；(4)未经监理人书面同意，不得在设备上任意拆换、增设任何零部件或设施。重大问题遵从监理指示在合同实施期间，如监理人认为有必要，提出对TBM设备进行大修理、技术改造、系统设备及配件更新、更换(简称“系统维护”)等，我们将严格按照监理人的指示进行

30、系统维护工作。日常维护与计划检修相结合加强设备的日常维护保养、安全和污染防护工作十分重要，走日常维护与计划检修相结合的道路，以保证安全生产和降低设备的维修费用，保证设备状况持续良好。交接班制度TBM施工过程中，严格执行交接班制度，交班人须把设备运行中发现的问题，详细记录在“交接班记录薄”上，并主动向接班人介绍设备运行情况，双方当面检查，交接完毕在记录薄上签字。资料积累与上报制度(1)TBM设备配套各种资料的保存，严格按照监理人的指示进行保护，需要日常使用可考虑复印、翻译等方式。(2)做好TBM设备运行、维护保养、更换备品配件的记录与统计，并在每个月底前报送监理人。评比机制以设备管理、计划检修、

31、合理使用、正确润滑、认真维护等为主要内容。采取季评比、年总结。7.3.4.1.2 监测对象根据设备的重要程度和系统故障对工程的影响程度，确定监测系统以主机为主，重点是主机部分的大轴承、电机、轴承密封、液压系统、润滑系统和变速机构。其余液压泵站和辅助设备则根据需要，有选择地进行分项目监测。7.3.4.1.3 监测项目主要监测项目为运动部件润滑油样的光谱分析、铁谱分析和污染度分析；传感器的检测；内窥镜监测等。油样的光谱分析、铁谱分析和污染度分析，可以了解进入润滑油中磨损产物的种类、磨损颗粒的形貌、尺寸、含量，并由此判断机械磨损的严重程度；通过油液理化指标的化验，可以得知油液的劣化情况，由油质的变化

32、推断故障的某些诱因；同时根据按需维修、按需保养的要求，及时更换变质的油液并延长正常油液的使用时间。通过各种传感器的检测，可以实时监测各运动部件的运转参数和运动状态；位移、压力、温度、流量、油位、压差、转速等参数对故障诊断有直接和间接的参考作用。此外，借助于内窥镜，可以免于拆卸，直接观察到部件内部零件的损伤情况。7.3.4.1.4 状态监测方法在本工程中，我们将采用如下监测方法： (1)振动监测利用振动信号通过各种动态测试仪器拾取、记录和分析动态信号，是进行系统状态监测和故障诊断的主要途径。(2)声学监测采用噪声监测技术、超声波检测技术和声发射技术检测运动部件的状态。(3)温度监测利用接触和非接

33、触的方式测温度不仅方便、直接，而且检测投入较少，适用范围很广，比较有效。(4)红外测温监测利用红外热辐射温度计和红外热成像装置进行系统状态监测和故障诊断得到了迅速发展和应用。实现了把景物的不可见热图象转变为可见图象。(5)无损检测无损检测是对材料和零部件进行非破坏性检测，以期发现表面和内部缺陷。(6)工业内窥镜利用内窥镜对不宜拆检或不便于拆检的犄角旮旯，预留监视孔进行镜检，可以直观地观测内部各元件的磨损情况。(7)油样分析技术油液中携带着来自磨损表面的磨损碎屑，因此油液分析应该不仅能够测定润滑油或液压油的状态，而且能够据此推测设备的磨损状态。对油液的分析应尽量全面，较全面的油液分析方法应该包括

34、磨损金属/微粒分析；理化性能分析；粘度测定等。磨损分析目前使用的方法有直接检测法、磨屑收集法、取样分析法。其中取样分析法包括光谱分析、铁谱分析、扫描电镜、颗粒计数法、离心法。(8)综合利用各种监测手段与方法将上述各种监测方法与手段有机地结合起来，监测结果相互支持、相互印证，利用长期跟踪监测获得的大量油液测试数据，用趋势分析、数理统计以及模糊聚类分析等方法，就能找到TBM各运行阶段的磨损规律，从而为故障诊断提供强有力的依据。7.3.4.1.5 TBM重要部位监测方法(1)主轴承监测方法根据主轴承监测难点及振动监测影响因素的考虑，针对施工现场的实际条件，将选用下面六项联合监测方案：对润滑系统实施监

35、测，确保良好的润滑；通过油液磨损分析，监测轴承磨损状况；通过振动信号监测轴承元件的损坏；定期检测轴承的轴向间隙，判定轴承磨损程度；用工业内窥镜，定期观测轴承内部各元件的磨损情况；通过内置的电涡流传感器和地面站，定期监测轴承滚子、滚道的损伤。(2)主轴承密封监测方法主轴承密封是保证主轴承正常运转的关键，密封破坏，水和灰尘进入或润滑油外泄，会造成主轴承的腐蚀和磨料磨损。对于密封损坏的现场监测，可行的手段是油液分析和外漏观察。目视迷宫密封液体流动状况；定期打开滤清器上盖，检查密封材料是否混入；通过油质分析，监测灰尘、水侵入状况定期进行油质分析，密切监测油中灰尘和水的含量，间接监测密封状况。每月取油样

36、外送作光谱、铁谱分析。主轴承监测状态分项方法见图7-2。(3)液压系统(含润滑系统)监测方法TBM液压系统庞大，尤其控制油路众多。液压系统的检测方法通常有油质分析、油样磨损分析、温度、流量、压力、转速等项目。采用一般检查与重点检查结合的方式，便于测试的各类参数普遍检测一次，针对长期使用、可能存在故障隐患、需要检查的重要元件，辅以多种检测手段进行重点诊断。图7-2 主轴承分项状态监测方法对液压油油位、油温、油质、滤清器堵塞实施监测；通过油液磨损分析，监测液压系统磨损状况，包括理化指标、清洁度、直读式铁谱、分析式铁谱和光谱分析；测量主要回路关键点参数，与各回路标称参数比较判断各液压元件的状况。(4

37、)齿轮箱监测方法大齿圈和变速机构的工作情况与主轴承相似，检测方法采用以振动、油质、油液磨损、温度、油位检查结合的方法。此外，还应定期用工业内窥镜，观测大齿圈的表面磨损状况。(5)变频电机监测方法变频电机通过振动频谱分析监测轴承状况，同时辅以温度和电气绝缘等参数监控。(6)其它监测方法根据掘进施工的需要，对有可能影响工程进度的结构件损伤、磨损、锈蚀、裂纹等，进行损伤检查，如主梁精密表面、主推进油缸、撑靴油缸、刀盘等。此外，还有电气件的绝缘、老化，密封材料、橡胶材料的老化检查。(7)连续皮带机状态监测监测项目在连续皮带系统中重点部件可分为：动力系统、变速箱、联轴器、轴承、皮带托滚等；重点部位在皮带

38、的驱动端(中间辅助驱动)及两条皮带的交接处。监测方法根据以往的掘进经验，皮带的驱动系统故障多发生在变速箱、连轴器等机械部件上，掘进时当班的机械工程师应注意观察，交接时做好记录。在主驱动和皮带末端，两皮带表面往往存在一定落差，石渣呈不规则运动状态；应在主驱动及皮带末端加装摄像机，可根据需要自行增减，同时可监测皮带与主从滚之间是否夹渣。7.3.4.2 TBM设备维护保养7.3.4.2.1 TBM主要部件的维护保养(1)刀盘每天检查所有螺纹的紧固(包括刀盘盖板螺栓、铲斗固定螺栓、喷水管接头螺母)、刮渣器耐磨板和铲斗磨损件的状况；喷水嘴的喷水效果；为安全起见，也应检查扶梯是否裂纹或脱落。(2)主轴承主

39、轴承运转状况的优劣不但对TBM工作寿命的影响很大，而且一旦出现异常，由此造成的工期和经济损失是难以弥补的。因此，对于轴承组件的维护保养内容，主要在于对轴承润滑状况、密封状况的严密监测，对润滑油液的油质分析、磨损分析、以及对轴承滚子和滚道的内窥镜观测、电涡流监测。(3)液压与润滑系统为了解TBM液压系统与润滑系统工作状态和可靠性的变化情况，并对各元件的工作寿命作出预测，在不影响工程进度、现场许可且保证精度的前提下，进行液压与润滑系统性能参数和液压元件主要参数的不解体检查。检查对象液压与润滑系统的检查对象包括回路检查与原件检查。检查方式采用一般检查与重点检查结合的方式，便于测试的各类参数普遍检测一

40、次，针对长期使用、可能存在故障隐患、需要检查的重要元件，以多种检测手段进行重点诊断。部件检查项目和内容见图7-3。图7-3 液压系统部件检查分项图(4)电气系统以主驱动电机和配电柜作为主要的检查对象，分别制定相应的检查措施。同时在施工过程中实时检查各电缆的破损和接头的状态。见图7-4电气系统维修保养检查图。图7-4 电气系统维护保养分项图(5)变速箱本工程所用TBM主驱动变速箱为油润滑，其维护保养内容如下：油位检查每班检查润滑油面高度，油面高度的观测必须等待足够时间直到油均匀流到各个部位，变速机构停止时才能通过透明玻璃观察。油品检查每两个月从变速箱中随机选一个，旋开放油螺钉，从此孔内深入油腔抽

41、取200ml油样，用于污染度、理化指标、铁谱和光谱分析；当变速箱油位低于最小值时，及时补充新油，并加到规定要求的高度。振动检查每班检查变速箱体温度和振动情况、运转是否平稳、是否有渗漏。可能的情况下，利用噪声计测量机构的噪声水平；平时加强传统感觉诊断。(6)皮带机皮带机的维护每天进行，包括驱动端和从动端的轴承润滑，其润滑脂必须保质保量的注满，皮带辊子的检查随时进行，发现损坏的辊子必须马上更换。每班停机时及时清理皮带夹层和滚筒之间散落的石渣，主机主梁内的皮带机底部的积渣定期清理，保证主机皮带机的正常运行。(7)支护设备TBM支护设备主要由钢拱架安装设备、钢瓦片安装器、锚杆钻机、超前钻机、喷混设备、

42、注浆设备、材料运输设备等组成。设备的使用频率高、工作条件恶劣，设备维修保养对设备的正常运行至关重要。设备保养主要分为以下方面检查，见图7-5。图7-5 支护设备维护分项图在进行以上三项主要支护设备检查的同时，对钢筋网安装器、材料吊机等分项设备的运行状况进行必要的检查。类似工程施工中总结的部分维修示例见表7-6。表7-6 TBM故障诊断与维修示例（一）系统故障表现可能原因解决方法液压系统(1)泵不供油泵的吸管截止阀被关闭打开阀门油箱油量不足。这种情况会导致泵的空吸并产生噪音。立刻关闭泵。补充适量的液压油泵和马达的连接松脱检查并修理或更换转向不对立刻关闭泵。将驱动马达翻转两圈液压油粘度过高改变油的

43、等级或在启动泵之前预热液压油。吸管滤网或管线堵塞。检查吸管是否通畅，如通畅，排空并请洗油箱和滤网，再注入新油。变量泵行程设置不当调整泵的设置泵的内部损坏拆下分解，更换损坏的零件(2)泵不产生压力泵不供油输出管未接好检查软管，更换损坏零件系统中有一个或多个换向阀将液流直接引回油箱。确定阀在系统中的位置，检查阀处于正确位置并能正常工作。安全阀压力设置太低或失效确定影响系统的安全阀，并正确设置，如有需要，进行修理或更换。泵的内部损坏拆下分解，更换损坏的零件(3)运行有噪音油泵空吸。立刻关闭泵。补充适量的液压油吸管渗漏导致油泵空吸。立刻关闭泵。检查输入管连接，夹紧，修理或更换零件。进口堵塞确认进口开关

44、阀处于开的位置。确保进口油路无堵塞。呼吸器堵塞更换呼吸器泵的转向不对立刻关闭泵。将驱动马达翻转两圈泵的内部损坏拆下分解，更换损坏的零件(5)油温过高高压泵过多的打滑用测试仪器检查泵的输出压力补偿器没调整好或发生了故障(高压支撑系统)检查支撑系统压力，压力设置应稍低于安全阀的设置。(6)主机的皮带机运行太慢低速开关设置不正确或发生了故障。确定皮带机的速度是否正常，如果正常，检查低速开关是否正常皮带机由于负载过重或受到阻碍。检查运行压力。关闭刀盘和皮带机，检查是否有什么阻碍。皮带太紧检查运行压力和张紧油缸压力液压驱动所需的液流不足确保阀门正常，检查泵的输出液压马达被内部旁路拆下泵检查内部，修理或更

45、换损坏的零件。表7-6 TBM故障诊断与维修示例（二）系统故障表现可能原因解决方法液压系统(7)刀盘驱动无法启动断路器处于关闭状态打开断路器润滑油流量或压力不够校正流量和压力润滑油流量开关设置不正确或发生故障检查该开关和连接支撑压力低于压力开关设置使用高压支撑系统伸展支撑支撑压力开关设置不正确或发生故障检查压力设置，如正常，检查电路使用了微动系统关闭微动系统(8)液压油驱动马达或润滑油驱动马达无法启动断路器处于关闭状态。打开断路器。油量不足补充适量的油浮动开关设置不正确或功能障碍。调整开关设置和运行马达启动过载，跳闸重启电路，如果不是跳闸问题，检查电路故障。(9)密封润滑油指示灯不正常。密封润

46、滑泵电路故障进行电路检查。给料器发生故障解决给料器的运行故障给料器开关失常。在此情况下不要继续操作，否则会损坏设备。检查电路和开关。(10)刀盘转动时没水或水量很少。水阀没开。打开供水系统的水阀。过滤器堵塞。拆下清洗并重新安装。电磁控制阀故障。进行电路检查。喷嘴堵塞。清洗喷嘴。7.3.4.2.2 连续皮带机保养长距离的连续皮带机出渣对系统的性能及利用率提出了很高的要求；为了提高其利用率，必须对皮带进行定期和不定期的维修保养。(1)驱动装置变速机构的监测：变速机构监测的主要手段是每班检查润滑油高度、变速箱体温度和震动情况，运转是否平衡，是否有漏油现象；定期抽取油样做检测，根据油液的劣化情况及时按

47、需换油。驱动滚的保养：每日安排专人检查及清理皮带与驱动滚之间是否夹渣，防止皮带划伤。定期检查驱动滚筒的磨损情况，如发现滚筒磨损要及时的更换维修。电机：运转前向电机前后部轴承润滑黄油嘴处加注20g专用润滑脂并做好记录；以后应每工作3000小时加注一次；严格做好电机的防水防尘工作。(2)张紧机构张紧机构安装在皮带储存机构的附近，方便进行皮带的硫化延长。张紧机构的张紧程度由程序设定，在皮带运行时自动根据皮带的延伸调整张紧皮带。对该机构的运行情况要在整备时间进行调试，确保皮带运行时张紧机构正确工作。同时对其驱动装置、钢丝绳的状况进行检查保养。(3)皮带存储机构存储机构利用多层回转机构储存皮带，在整备和

48、运行时检查每层皮带的回转机构及其松紧度，确保其回转轮的自由转动。对各位置的黄油嘴加注润滑脂，对皮带存储器中的碎石、落渣作全面清理。回转机构在皮带延伸时要在储存装置内部移动，所以要在整备时间内检查移动装置的功能，对该装置中的润滑部位加注润滑脂、对移动装置的钢丝绳进行检查，确保该机构能够正常的运行。 (4)皮带驱动系统的维修和保养轴承、变速箱、连轴器等机械部件是皮带驱动系统中易发生故障的部件，连续皮带机工作时，当班的机械工程师应注意观察，发现任何异常响动或震动时应及时检查、处理。变速机构监测的主要是：每班检查润滑油高度、变速箱体温度和震动情况，运转是否平衡，是否有漏油现象；定期抽取油样做检测，根据

49、油液的情况及时按需换油。每日整备时应安排专人检查及清理皮带与主动滚之间的夹渣，防止皮带的划伤；若发现皮带有明显的跑偏现象，应立即检查皮带滚的运行情况并根据跑偏的状况进行调整。同时对各个皮带的转折部位重点监测，确定转折位置皮带滚的功能状况。主动滚筒的保养：每日安排专人检查及清理皮带与主动滚之间的夹渣，防止皮带划伤。定期检查驱动滚筒的磨损情况，如发现滚筒磨损要及时的更换维修，避免对皮带的运行造成运转前向电机前后部黄油嘴处加注20g润滑脂并做好记录；以后应每3000小时加注一次；严格做好电机的防水防尘工作。其余按变频电机的相关保养程序进行。(5)皮带表面及关键部位的维修与保养连续皮带机的表面损伤主要

50、是落石砸伤表面和杂物划伤；对表面损伤的处理主要是在整备时完成；不涉及皮带内部钢丝的损伤可采用挖空粘补法；即剥除砸伤部分并进行可靠清理，然后用氯丁胶或同种材质的橡胶粘补。对于皮带表面的较为严重的损伤应采热补法来处理；即清理损伤表面后，将钢丝接好用小型硫化设备对皮带表面从新硫化处理。具体流程如图7-6所示：表面全面检查确定维修部位挖空粘补法热补法空转皮带机复查投入使用图7-6 皮带表面维护流程图在石渣运行落差较大处应加装钢筋骨架和橡胶挡板，并定期检查。连续皮带机运转过程中皮带机操作人员应密切注意皮带的压力变化情况，一旦发现异常应及时停机并与工班长及专业工程师取得联系。皮带托滚的检查不同保养周期TB

51、M及连续皮带机保养措施见附表7-1所示。7.3.4.3 掘进过程中的故障处理流程TBM在掘进时部分设备会有故障发生，需要及时有效的处理，以保证掘进施工的正常进行。这种情况发生时我们将采取以下步骤完成故障的处理工作，具体流程如图7-7所示。7.3.4.4 故障诊断专家系统建立并应用故障诊断专家系统是更好的使用和管理TBM的有效途径，我们在以往使用TBM的过程中已经建立并使用类似的专家系统，在本工程使用TBM的过程中，我们将结合相关的高等院校针对本工程使用的TBM建立相应的故障诊断系统，并将其应用在本工程中。重大故障一般故障发现异常故障初步分析工班长协调领导小组协调确定解决方案确定解决方案解决故障

52、恢复运行复查并录入数据库图 7-7 TBM故障维修流程图根据施工中TBM使用、管理、维修的具体情况，专家系统软件的总体目标是：利用人工智能的理论和方法，把现场大量长期从事TBM机电液系统使用、维修、故障诊断专业技术人员(即领域专家)的经验和知识系统化，通过计算机专业人员(即知识专家)借助于专家系统工具开发出实用性强、人机界面友好的TBM故障诊断专家系统，见图7-8。对该系统的要求包括：系统应能反映TBM掘进机故障诊断技术的先进方法和先进成果，集监测数据库管理、故障诊断推理、维修方案等功能于一身。系统能对诊断设备渐进型的故障做出提前预报，对突发型的故障能迅速诊断故障部位，以便提高设备的完好率及利

53、用率。系统具有先进性、可维护性、安全性、实用性和可扩充性，并符合软件工程设计要求。人机界面友好，操作方便，在Windows环境下运行。7.3.5 刀具的检查和更换本工程所用TBM共有78把刀具。掘进过程中由于受围岩条件、刀具的布置、掘进参数、机械状况和司机的操作习惯等多种因素的影响，每把刀的使用寿命迥然不同；即使同一部位的刀具，也无法预测出精确的寿命；而且随着机械的剧烈振动和掘进推力的急剧变化，即使是新换的刀具，时常会出现预想不到的挡圈脱落、刀刃崩落、偏磨、刀圈移位、密封漏油和轴承破损等非正常损伤。图7-8 TBM故障诊断专家系统流程图基于此，必须在每个整备工班期间，根据TBM供货商的刀具检查

54、技术文件，仔细查验刀具的损伤情况，逐个测量并详细观测刀具磨损是否过限、刀具螺栓是否松动或脱落，严格遵从刀具更换的规范要求，逐步摸索刀具磨损规律，有计划地科学更换刀具，厉行节约。刀具检查与维修依照刀具检查与维修规程进行。刀具检查维修过程的重点环节为：确定维修项目、刀具解体时检查、轴承的检查及更换、滑动密封的检查与更换。7.3.5.1 刀具检查总体要求(1)按照总结的TBM掘进施工刀具磨损规律，按规定在掘进的间隙和整备时间对刀盘上的刀具进行检查。(2)通过对刀具的检查，分析刀具状态的变化和损坏形式，从中可以看出刀具安装存在的问题、地质变化和TBM操作等因素对刀具损坏的影响，及时提出分析意见，以指导

55、TBM施工。7.3.5.2刀具更换的原则(1)出现以下情况的刀具必须进行更换。刀具达到磨损极限前必须更换。当边刀磨损过大时，可能造成开挖洞径变小造成刀盘刮渣板损坏和刀盘的过度磨损甚至卡住刀盘。正滚刀出现过度磨损后会导致滚刀的承载过度和刀盘的推力过大。均会导致TBM施工不能正常进行。相邻刀具之间的磨损程度相差过大。刀盘上安装的刀具在相邻位置如果磨损程度相差过大，将会导致磨损量较小的刀具相对相邻刀具突出，其承载的推力和扭矩可能会超过刀具的承载能力，导致刀具轴承因承载力过大出现非正常损坏从而导致刀具失效。轴承失效刀具轴承保证刀具正常工作时进行自身的旋转，若轴承失效，刀具不能进行自身的旋转，将出现刀圈

56、偏磨、刀具无法正常工作的现象。漏油、漏脂刀具密封损坏后泄漏的油、脂为刀具轴承的润滑油、脂，油、脂一旦泄漏将导致轴承失去润滑而抱死。7.3.5.3 不同位置刀具的安装要求刀具的安装程序必须按照TBM厂商的要求严格执行。(1)刀盘边缘过渡位置的刀具安装要求该处的刀具由于刀具的刀轴和TBM推力不在平行直线上，所受负荷比较复杂，既有推进力同时又有洞壁边缘的挤压，磨损速度快。因此原则上该位置刀具采用新轴承或使用次数较少的轴承。(2)相邻位置的刀具安装要求TBM工作一段时间后，不同位置的刀具磨损程度大不相同，更换上的新刀和临近位置的刀具的刀尖高差可能出现较大的差距，因此需要将刀盘上其他磨损程度可以和新刀临

57、近匹配的刀具拆卸下来安装到和新刀临近的位置。并将原来磨损程度和新刀不匹配的刀具移到合适的位置安装。总的安装原则为保证整个刀盘上所有安装的刀具的刀尖位置应在一个平滑的曲面上，不能出现突然的位置刀刃突出。防止突出位置的刀具因承受过大的负荷而导致刀具异常损坏。根据TBM供货商资料，中心位置刀刃最大高差不能超过15mm，面板刀具刀刃最大高差不超过20mm，边缘刀具刀刃最大高差不超过18mm，过渡区域的刀刃高差不超过15mm，边刀保护刀高差不超过12mm，边刀的高差不超过6mm。(3)刀具安装要按照TBM供应商提供的操作规程进行实施，刀具安装位置要清理干净，固定螺栓一定要按规定的扭矩紧固，固定楔块要和刀

58、轴贴紧。防止在掘进施工过程中刀具因螺栓松动导致刀具失效影响TBM施工。7.3.6 TBM中间检修本工程TBM在1#隧洞贯通后，需要转场到2#隧洞继续掘进，计划利用TBM转场再次组装的时间对由于磨损、损坏等各种情况需要进行相应的检修TBM部件，实施中间检修。以有利于TBM在2#隧洞顺利施工。检修项目主要包括：(1)焊接刀盘耐磨材料。经过较长距离的掘进，刀盘表面和出碴机构的耐磨层都已经产生较大的磨损。在此要对所有位置的耐磨材料进行补焊，恢复功能。对刀具、刮碴板安装位置的磨损予以恢复。检查刀盘喷水的喷嘴功能，更换损坏的喷嘴。(2)检查或更换主轴承密封。检查密封的油脂出露情况和磨损情况，密封如出现损坏

59、或者不能保证完成后续工程的施工则需要进行更换。(3)全面清理液压、电气系统。清除堆积各个死角位置的灰尘，特别是各个设备的散热器要认真清理。校核各个传感器的功能，对临时修理替代的设备进行彻底修理。(4)清理掘进机上的水箱，包括污水箱、净水箱。去除水箱内的沉积泥沙。(5)更换重要部位变速箱的润滑油，如主轴承减速箱、皮带机减速箱、驱动系统减速箱等。废弃油料妥善保存。(6)检查重要设备如锚杆钻机、钢拱架安装器、喷锚设备、注浆设备、空气压缩机等的功能，必要时进行检修。TBM中间检修是很关键的，使掘进机在后续的工作中有良好的性能。更能充分发挥掘进机的效能。7.3.7 配件管理与保障供给我们将根据以往管理T

60、BM掘进机的经验，由整备工班责任工程师对自己所管设备每周做出周计划，每月做出月计划，由设备物资部根据库存情况向监理提交配件计划或做出采购计划。在此基础上开发TBM掘进机配件储备及管理软件，建立常用配件库存量报警制度，保持常用易损件的合理储备，保障TBM掘进机的正常运行。要管好用好各类备品备件，必须周密计划、合理储备、严把进货关、管理有序，库房必须帐物相符、帐帐相符。为此，将成立专门的领导小组，由主管领导及有关技术、材料、财会、采买、仓管人员组成，定期召开例会，研究解决存在的问题，制订并完善管理与保障措施，努力做好备品备件的供应工作。在需要承包人提供的备品、备件的准备上做到及时、型号正确、质量优良。特别对TBM上的钻机、喷射混凝土机械手的配件储备要确保工程施工的正常进行，排水泵等设备按照最大用水量的能力配套。吊机的吊具及配件能够保证正常施工。其他为保证设备正常运行、维护及维修要求所需的各种由承包人采购配件、材料、油料等必须严格采购程序，优选质量高、价格适中的配件、材料、油料。从而保证设备正常运行。第 144 页