硬岩掘进机在软岩隧道施工中的应用

德国WIRTH公司生产的TB880E型掘进机已成功地用于西康线秦岭Ⅰ线隧道的施工中。由于该设备价值高达3亿多元人民币，为了充分发挥其作用，应当积极地探索其在软弱围岩地质隧道中的应用，以提高设备利用率。

1. 软弱围岩地带施工的特点

软弱围岩有云母石英片岩、蚀变闪长岩、闪长玢岩及断层破碎带。其中，秦岭隧道局部不良地质段为蚀变闪长岩、闪长玢岩及断层破碎带；而磨沟岭隧道整体则以围岩强度更低的云母石英片岩及断层破碎带为主。这类围岩尽管因强度低而对刀具的磨损较小，但其完整性差，断层节理裂隙发育、自稳性差，易产生塌方，从而加大了操作使用和施工的难度。如果掘进参数选择不当，会使坍塌程度加剧或造成掘进机损坏事故。大量的塌方也会影响掘进机的通过性能而无法正常掘进。同时，软弱围岩容易使掘进机的掘进姿态产生变动，掘进方向易产生偏差。

2. 掘进参数的选择

（1）工作模式

TB880E掘进机有三种工作模式：自动推力控制、自动扭矩控制和手动控制。自动推力控制适用于均质硬岩，自动扭矩控制适用于均质软岩。而软弱围岩的不良地质情况较为复杂多变，且多为不均质围岩。所以手动控制尽管对操作人员的要求有所增加，但它能适应复杂多变的地质情况，有经验的操作人员可通过各种反馈信息判断出刀盘前方地质的最新状况，及时地调整掘进参数以适应多变的地质状况，这对没有进行过准确可靠的地质预测，或是地质预测有偏差时，其优点更为突出。

（2）胶带机的防滑与防断

刀盘前方的围岩若出现坍塌时，胶带机的负荷就很大，当负荷超过一定程度后会使胶带机打滑或停止运转，由于3＃ 胶带机比1＃ 、2＃ 胶带机长得多，此现象更有可能发生。特别是在3＃ 胶带机向溜碴槽传送时，因为是由水平输送变为斜坡输送，石碴过多会落入3＃ 胶带机的内侧，有可能导致3＃ 胶带机胶带撕裂或扯断的事故。这种现象在3＃ 胶带机压力超过12 MPa时就有可能发生。由于围岩的坍塌具有一定的突发性，胶带机的运行速度为2 m／s，而主控室监视器对胶带机输送系统的观察仅限于1＃ 、2＃ 胶带机的交接部位和2＃ 、3＃ 胶带机的交接部位以及溜碴槽的卸碴情况，当发现胶带机有问题并作出反应时，胶带可能已经撕裂二三十米了，所以不应通过直接观察3＃ 胶带机的压力来进行控制，否则将会滞后。而应在1＃ 、2＃ 胶带机的压力特别是1＃ 胶带机的压力由12 MPa上升到14 MPa时，就降低推进速度；在1＃ 胶带机的压力变动范围较大时，应停止推进甚至退后，由旋转刀盘进行出碴，以确保胶带机的安全。

（3）刀盘转速的选择

刀盘有两种驱动方式：电驱动和液压辅助驱动。电驱动有高低两种转速：5．4 r／min和2．7 r／min；液压辅助驱动转速则在0～1 r／min范围内，可根据需要进行控制调节，用于刀盘脱困。

对掘进机本身而言，高速较为有利，这是因为：掘进速度＝刀盘转速×贯入度。在相同的掘进速度情况下，刀盘转速高速时的贯入度是低速时的一半，与贯入度成正比的刀盘扭矩、推进力相对较小；因此，主电机的工作电流和刀具的承载负荷也就相应地较小，在掘进机反馈参数信息允许的前提下可提高掘进速度。

但刀盘转速在高速时对软弱围岩的扰动较大，有可能造成围岩失稳而坍塌，同时高速时出碴较快，会增大胶带机的工作负载。因此，在软弱围岩的地质情况下，刀盘转速主要选用低速。但为使掘进机充分地发挥效能，在条件允许的情况下还应尽量地选用高速，这应作为对刀盘转速的选用原则，可通过刀盘推进力和出碴情况来进行判断。经验表明，在低速时，60 ％掘进速度的工况下，若推进力上升到10 MN且出碴量稳定均匀时，可改用高速；而当高速时，60 ％掘进速度的工况下，推进力下降至5MN以下或出碴量不稳定时，则应改用低速。

在刀盘被卡或低速时因塌方出碴量仍然较大时，可选用液压辅助驱动，在0～1 r／min的范围内调整其转速。

责任编辑：Daisy