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摘要：隧道掘进机（TBM）是一种用于岩石隧道施工的工业化施工技术。主要由主机、连接桥、后配套及辅助设备组成，各部分由相应的液压系统、电气系统、PLC逻辑程序等控制。TBM集大型化、机械自动化、流水化、系统化于一体，在隧道施工过程中，实现工厂生产。TBM广泛采用监控、远程控制和电子信息技术对施工过程进行指导和监控，使掘进过程始终处于最佳状态，与传统的钻爆方法相比，具有高效、快速、优质、安全的优点。
关键词：盾构；施工过程；问题；改进建议
1概述
TBM（TunnelBoringMachine全断面隧道掘进机）是集机、电、液、光技术于一体的高度机械自动化的地下工程施工设备，具有安全、优质、高效、快速、环保等特点，在深埋地下超长隧洞工程施工领域具有广泛的应用前景。原则是使用轮滚刀旋转刀头的挤压和剪切破碎岩体巷道掘进机，通过旋转刀盘上的铲斗齿拾起石渣，落入主机皮带机上向后输送，再通过牵引矿渣车或隧洞连续皮带机运渣到洞外。开敞式TBM适用于围岩整体较完整，有较好的自稳能力中硬～坚硬地层（单轴抗压强度50～350MPa），采取有效支护手段后，也可适用于软岩隧道。单盾TBM主要用于单轴抗压强度小于50MPa的软岩巷道。双盾TBM具有单盾机的功能，同时增加了隧道后墙支撑的驱动方式，使其能在坚硬的围岩中快速推进，双盾TBM增加了长盾的启动系统和伸缩盾。
2设备掘进生产过程中的问题及解决建议
2.1部分传感器在TBM中的适应性
TBM是一种大型工程设备，内部采用了大量传感器监控设备运行。例如，压力传感器用于测量液压、水和压缩空气系统的压力；激光测距传感器用于测量液压缸行程；感应式接近传感器用于限制设备的移动；脉冲发生器测量石油的流量。一些传感器在高振动、高扬尘的环境中难以正常工作，影响设备的整体运行。
2.2移动式布料带机存在的问题
TBM掘进过程中，采用皮带机将渣仓渣土运输至矿用轨道机车料斗的方式进行出渣。该设备由三部分组成：主带式输送机系统、支撑带式输送机系统和布料带式输送机。托带式输送机与主带式输送机连接，布带式输送机与托带式输送机连接，矸石由前向后运输。前两部分带式输送机是固定的，采用液压传动，在固定的方向上正常运行。布带输送机通过电机牵引钢丝绳在导轨上来回移动。驱动方式为变频电机驱动，可进行正反预转。该方法可在设备掘进中进行不间断排渣，列车也不需要频繁移动，效率较高。但在实际使用中出现了一系列问题，导致带布机利用率低，效率难以发挥。首先，更严重的问题是，一旦旅游带式输送机的跟踪偏差电车交界处，带式输送机的旅行轮会停留在凌乱的平台，不能移动，因为隧道等结构升序、降序，当它设计，在实际的建设不能避免电车连接在错误的平台。此时只能作为固定带式输送机使用。其次，带式输送机的牵引钢丝绳通过滑轮连接到带式机架的两端，钢丝绳整体较长，当带式输送机来回运动时，钢丝绳从滑轮上脱落。第三，两个滚筒电机的功率不足以驱动皮带，所以在施工过程中损坏了一个电机，设备只能与整个系统进行短连接。鉴于以上实际情况，布带机在实际掘进过程中经常作为固定带机使用，或直接短路后直接使用支承带机直接出渣，并没有真正发挥其灵活高效的特点。
2.3工业水系统中存在的问题
工业水系统的主要功能是为TBM提供循环冷却水，用于刀头喷涂、台车日常使用、注浆、水冷却等设备。水循环包括两个内部循环和一个外部循环。外循环水循环的主要目的是代替清水罐内的水。清水箱中的水通过热交换器对两个内循环系统中的水进行冷却，再对系统中的设备进行冷却。其中一个内部循环系统主要用于冷却两个不同功率的空气压缩机，另一个用于冷却液压泵站、齿轮泵站、逆变器和主驱动电机。为了保护7瓦空水冷式逆变器，逆变器的自动关机温度由PLC设定为37℃，循环管道上安装的温度传感器提供实时温度。
工业用水系统的问题主要集中在循环冷却部分。第一个问题来自水箱的排水温度。更换干净水箱的PLC控制外循环设定温度为37℃，因此内循环已达到设定温度，外循环水箱未达到改变水温。由于用户无权修改PLC设定程序，只能停机等待外循环换水或将工业用水系统从自动模式切换到手动模式。这个问题可以通过制造商修改和升级程序来解决。
另一个问题是浪费水。
水用于地铁建设通常采用市政供水，和水入口温度随季节变化明显，特别是在夏天，最高的外部循环系统进水口大约30°C，从而导致水的高频交易所和浪费大量的水资源，同时，市政供水造成更大的压力。为了提高用水效率，冷却塔等设备就地安装，效率不高，占用大量有限的施工场地。然而，从设备的角度，只有变频器有高灵敏度的温度，和其他设备耐高温度，例如，主传动电动机的报警温度为140°C，和关闭空气压缩机的温度为110°C。因此，从节约水资源的角度出发，可以增加一套内外循环系统分别对转炉进行冷却。对于原有的循环系统可以适当的调节外循环水温，水资源的利用率更高。
3设备优化改进建议
3.1在设备内部增加广播系统
由于这种TBM总长度以及作业面积大，施工人员和维修人员之间沟通不方便。设备本身只有4条内部通信的电话线，不仅数量少，而且位置分散。在实践中没有实用价值，增加了TBM本身的成本。虽然该领域有一定数量的对讲机，但很难普及到每个人，当设备受到车架的屏蔽和设备产生的电磁干扰时，就会出现通信故障。因此，有必要建立一个内部广播系统，它可以与设备启动报警喇叭一起设计成一套系统，同时可以省去内部电话系统，节省设备制造成本和维护成本。
3.2设备增加工业插座接口
工业插座系统是380V和220V工频交流电源接口，在日常施工或大修中主要用于连接一些小型机具，如角磨机、手钻、小型水泵等。主要问题是数量不够，分布分散。在实践中，常常需要连接一根很长的电线或电缆盘，甚至要跨越铁路线。因此，有必要在TBM上增加一个工业插座，特别是在每个级车的两侧。从实际的工作经验，同时使用工业插座的概率极低，和外部设备都是临时使用小功率的手持设备，它可以连接多个车间的工业插座系列之前和之后，本实用新型可以节省线材和减少平展的工作负载时拆卸和组装这台机器。
3.3增设光纤接入及Wi-Fi设备
由于掘进作业的特殊性，TBM内外部通信只能依靠铺设电话线的方式，单一的通信方式效率低下。随着近些年物联网设备的兴起及个人移动设备高速换代，近年来，手机等产品不再是简单的语音通讯工具，更是改变工作方式的重要生产工具，因此网络信号的接入和覆盖就愈发的重要。对于TBM来说，光纤是最适合的传输介质，传输距离高，传输稳定性好，便于在隧道中敷设。Wi-Fi作为应用最广泛的无线网络传输技术之一，非常适合没有太多物理接口的网络接入。以本项目为例，TBM进场后，通过安装光纤和Wi-Fi设备，可以提高施工和维护的效率。同时，TBM可以远程监控设备的运行情况，使工作程序的安排和调度更加方便、高效。在设计和制造中加入TBM后，与后期现场安装相比，可以进一步提高TBM的稳定性和信号覆盖范围。
3.4增设维修工作间
在实际施工生产过程中，如何有效缩短设备故障检修时间是提高设备工作效率、节省工期的重要因素。根据现场施工经验，小故障及个别零配件损坏占据了绝大部分停机检修时间，而在这些检修时间中占比较大的并非更换维修实际操作时间，往往都是耗材配件的运输时间，不论是列车编组运输还是人工运输均耗时很长，“更换十分钟，运输一小时”是常态。而TBM内往往都没有合适的零配件及小型机具的存放地点，加之高温潮湿更不利于工机具及配件的保存，因此很有必要增加恒温密闭维修工作间用于耗材及零配件的储存，同时可以进行简单的加工维修，这样可以大大缩短检修时间，提高TBM工作效率。
4结论
TBM设备的利用率反映了施工设备管理和应用水平，与TBM掘进速度直接相关。通过统计和分析设备利用率及其影响因素、设备管理和应用水平的变化可以直接显示，和影响TBM隧道的主要因素可以发现，以表明TBM隧道快速的主要方向，此外，可以采取具体措施来解决问题一个接一个为了实现快速隧道TBM的目标。
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