WIRTH为大伙房设计敞开式TBM技术方案12Word文档格式.docx
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隧洞上方区域的最大埋深为500m。
隧洞掘进通过的地质条件包括斑岩、花岗岩、混合岩、凝灰岩、玄武岩、地质断层。
整个隧洞长度大部分区域为混合岩，抗压强度70
-90Mpa，玄武岩最大抗压强度为100Mpa。
研磨矿物的含量在30%至74%之间。
我们所提出的技术方案是建立在以上这些项目数据和参数的基础之上的。
1.2掘进机主机概述
TB800E型掘进机采用最新设计。
所有刀具均为背装式，刀具检查和刀具更换在刀盘里面进行。
驱动轴承组件非常紧凑，这样可以在刀盘后面离掌子面尽可能近的地方进行支护工作。
稳定可靠的无级变速电驱动可以在通常条件下提供机器最大掘进进度以及液压驱动的所有优点，如高扭矩、低速、遇到恶劣地质条件时平稳反转运行。
支撑系统成前后双支撑布置，为掘进机提供稳定和准确的导向。
掘进过程中不需要操纵机器，这可以最大程度较小刀具的磨损。
在需要安装钢拱架或掘进机要通过恶劣断层时，支撑系统的几个中等大小的撑靴使得掘进机的运行很容易。
强大且刚性的凯氏外机架系统设计非常紧凑，掘进机顶部和下面提供很多作业空间。
隧洞支护辅助系统（锚杆钻机、钢拱架安装器）安装在刀盘和前支撑之间。
通过这些系统，可以在掘进机掘进的同时进行上述隧洞支护作业。
维尔特敞开式硬岩隧道掘进机为凯氏机架型设计，具有极强的操纵性和可靠性。
外机架承载前后X型撑靴组件，内机架悬于后下支承和位于前面的主轴承和驱动组件之间。
驱动组件及刀盘的下面为一个浮动的底部支承，顶部及两侧由—个可延伸的支撑洞顶的洞顶护盾段和位于两边的两个防尘护盾段所包围。
刀盘驱动位于两组撑靴组件之间，目的是为刀盘护盾后面的洞顶锚杆钻机和钢拱架安装器提供最大空间。
推进油缸连接内机架和两个独立的外机架，其所处的位置同样也能为前面留出最大空间。
刀盘四周的许多刮板和铲斗通过刀盘中空结构将岩碴输送至刀盘和内机架中间的主机皮带出碴机上。
刀盘为螺栓联接的焊钢结构，这样设计的目的是为了减小最大件的尺寸便于运输。
刀盘设计成背装刀具，凹陷刀座为刀盘结构整体的一部分。
刀具与隧洞掌子面之间保持最小距离以防止刀盘在破碎地质条件中被卡住。
刮板和铲斗沿刀盘外围分布，用来把岩碴从隧洞底部移至顶部，然后沿着出碴槽到达主机皮带出碴机上方的岩碴漏斗。
铲斗开口和刮板朝刀盘中央扩展少许长度以使大量岩碴在落至隧洞底部之前能进入刀盘。
这样将减少围岩二级破碎及刮板和铲斗的过度磨损。
刮板上用螺栓固定了可更换的抗磨损钢板。
刀盘在掘进过程中为单向旋转，但是遇到恶劣地质条件时可以反向旋转以脱困。
刀盘由主轴承支承，通过液压张紧螺栓与其旋转部件相连，以期更好地控制要求的预紧力。
刀盘由刚性导向内机架和液压预载洞底护盾支承，防止地质条件发生变化时刀盘下沉或偏向。
这样可以使刀盘保持设计轴线和坡度，刀具处于各自的切槽，减小振动和刀具磨损。
刀盘上安装了喷水系统用来及时控制掌子面的粉尘。
喷嘴的供水通过刀盘中央的旋转接头来完成。
内机架上有一个人闸可以进入刀盘里面。
另外一个人闸在刀盘上，通过此人闸可以到达隧洞掌子面。
支架用来方便更换刀具。
液压可延伸边刀组件用来在硬岩中更换边刀时进行局部扩挖。
刀盘缩回后就可以更换其它的刀具。
边刀液压动力由刀盘中央的旋转岐管供应。
刀盘护盾罩住刀盘刮板至承压隔板后部之间的区域，为安装钢拱架提供顶部保护。
刀盘护盾可以在掘进过程中防止大块岩碴卡住刀盘和一个掘进循环结束重新复位时支承机器前端。
刀盘护盾组件由一个洞底部分和三个弓形段组成。
三个弓形段上用螺栓固定了指形护盾以便在刀盘护盾支撑洞顶时安装洞顶锚杆。
刀盘护盾通过液压油缸与驱动承压隔板相连，这样使得护盾在随着刀盘移动时是浮动的。
洞底部分预受载油缸支承刀盘和驱动组件的重量，使护盾与隧洞底部相连，并将岩屑向前推。
当支撑装置重新支撑时，掘进机是由刀盘护盾4个洞底油缸支承。
在掘进机正常运行时，刀盘重量由内机架和支撑系统承载。
如果洞顶出现高载荷，可由刀盘护盾顶部承载并通过护盾结构传递给洞底支撑。
1.5主轴承和刀盘驱动
主轴承为轴向预载的双轴向径向滚柱三排组合体，带有旋转内齿圈。
内齿圈为轴承整体一部分。
双轴承支座驱动小齿轮与内齿圈啮合。
支承稳固的驱动齿轮可最大限度地减小齿轮的磨损。
驱动小齿轮与驱动轴结合。
驱动轴连接位于外机架组件之间的水冷行星齿轮箱、安全型离合器和水冷变频控制电机。
点动驱动可以让刀盘旋转到合适的位置以便更换刀具及其它维护工作。
无级变速电驱动使刀盘能以选定的速度在不稳定的地质条件中运行。
刀盘可以反转。
刀盘转速可以根据不同的地质条件和PLC控制系统支持的驱动模式而相应改变。
其基本原理是：
限定最大推力、控制掘进速率。
1.如果推力达到最大值，掘进速率会自动减小。
2.如果推力下降一定数值，PLC就会发出增大掘进速率的信号。
司机检查后发现隧洞掌子面地质条件均匀，就按下按钮增加掘进速率。
3.如果扭矩和掘进速率变化很大，PLC会自动改变刀盘转速。
1.6主驱动密封及润滑
主轴承和驱动组件由三重唇型密封保护。
唇型密封则由迷宫密封保护，油脂润滑系统自动不断地清洗迷宫密封。
主轴承、齿轮以及齿轮驱动由加压油润滑系统维护。
油润滑系统配有泵、过滤器及电子监控系统。
油脂及油润滑系统和刀盘驱动联锁，一旦润滑系统出现故障，就会停止工作。
行星齿轮驱动部分充油，采用喷溅润滑系统。
内机架联接刀盘主轴承及驱动组件和后下支承，为箱型断面的焊接结构，带有淬火导轨，外机架组件的支承垫在其上滑动。
内外机架通过推进油缸连接。
内机架引导刀盘并将机器的推力和扭矩传递给外机架。
内机架后端与后下支承脚连接。
内机架前端与主轴承及驱动外壳相连，支承选用的衬砌设备。
1.8外凯氏机架和撑靴组件
带有X型撑靴组件的外机架沿着内机架轴向滑动。
16个液压驱动的撑靴将外机架安全地固定在已开挖的隧洞中，同时承受刀盘的扭矩和机器的推力。
撑靴分为两组，8个位于外机架前部，另外8个位于外机架后部。
撑靴组件在导向箱中径向伸展，导向箱为外机架整体的一部分。
每个撑靴从中间分开，可以跨在钢拱架上。
撑靴径向移动的距离足够操纵机器通过隧洞曲线，如果有必要，可以挪动安装在刀盘后面的钢拱架。
在恶劣的地质条件中，如果部分洞壁承受不住撑靴的作用力，掘进机可以缩回那部分位置上的一或两个撑靴。
前面和后面的外机架组件可以分别移动以适合不同间距的钢拱架。
此外，当隧洞开挖经过曲线时，带有撑靴组件的外机架可以在水平面上倾斜，从而避免干扰钢拱架。
作用在刀盘上的推力通过内机架和外机架组件传递给四周的围岩。
由于外机架分为两个独立的组件，也就分别有推进油缸。
后面外机架的推进油缸把推力传给内机架，而前面外机架则把推力直接传给刀盘驱动外壳。
当一个掘进循环结束时，内机架后下支承下降至隧洞底部，撑靴缩回，推进油缸向前推动外机架，准备重新开始下一个掘进循环。
后下支承脚与位于后面外机架组件后方的内机架相连。
支承脚可以通过液压油缸伸展，也可以横向调节。
撑靴缩回后，可以沿水平和垂直方向调节内机架的高度以确定下一个掘进循环的方向，使掘进机保持在要求的隧道轴线上。
后下支承也可以水平方向调节以适应不同的钢拱架间距。
除主刀盘驱动以外，所有主机和辅助功能部件均为液压操作。
所有功能部件运行所需的液压动力装置都位于后配套台车上。
动力装置包括泵、马达、过滤器、冷却器和油箱并带有所有检测设备。
动力装置与相应机械设备之间通过钢管或软管连接。
考虑到围岩的高温以及对隧洞中温度的影响，冷却器的尺寸设计较有富余。
所有软管安装都正确无误以承受恶劣的地下工作条件。
一般工作压力都较低，目的是为了延长部件的使用寿命。
所有过滤器的尺寸大小适中。
主控制面板位于后配套系统，包括变频器、每个电机的断路器和磁力启动器、辅助设备的电源引出口、带主断路器的变压器、动力因子修正电抗性电流补偿器以及控制电流变压器。
照明系统配备足够的照明灯用于机器、围岩支护工作和隧洞铁轨的铺设。
电缆卷盘安装在后配套系统的一端，用来存放主电源的挠性电缆。
司机室位于后配套台车的前端，包括一个控制台。
控制台上有机器高效运行所有必需的阀、压力计、仪表、按钮及监控和通讯设备。
司机室具有隔音效果，并安有单独的空调，司机在里面工作非常舒适。
1.14机器变压器
掘进机和辅助设备运行所需的主变压器位于后配套台车上。
容量4000kVA
主电源10kV
次级电源3相/50Hz/690V,400V,230V
配有用于电压变化5%的抽头，干式树脂填充设计，带有主断路和次级断路。
1.15机器步进支架
机器步进支架用于在工地现场组装机器时支承掘进机，并且通过支架使掘进机在平地上步进至隧洞入口处的掌子面。
支架包括：
-用螺栓固定在刀盘护盾底部的钢结构
-2个用螺栓固定在2个外机架底部的框架型钢结构。
-2个用螺栓固定在后下支承脚底部的框架型钢结构。
1.16掘进机技术数据
机器型号TB800E
刀盘:
开挖直径（使用新刀具）:
8.00m
开挖直径（边刀允许最大磨损情况下）:
7.97m
标准刀间距:
约75mm
每个切割轨迹的刀具数量:
1把中心刀
2把第二外缘边刀
3把最外缘边刀
喷嘴30个
水压:
10-15bar
水量:
1-2.0l/min.
刀盘驱动
功率:
3000kW
驱动类型:
无级变速驱动
转速:
0-7.1rpm
扭矩，转速3.55rpm（50Hz）.:
5,800kNm
扭矩，转速7.1rpm（102Hz）.:
3,835kNm
爆发扭矩9600kNm
最大推力（适用于更大直径）:
21,000kN
额定推力59x250kN:
14,750kN
机器行程1,800mm
主轴承寿命15000工作小时
支撑及推进系统
撑靴系统X型，双支撑，每个支撑面8个撑靴
撑靴尺寸2.25mx0.6m
撑靴油缸总推力60,000
kN
额定压力最大280N/cm2
撑靴油缸数量及行程32,800mm
最大工作压力:
320bar
推进油缸:
额定推力14,750kN
推进油缸数量8
行程1800mm
310bar
刀具
刀具直径:
432mm
刀具数量:
中心刀6
正刀50
边刀3
额定载荷250kN
扩挖刀数量:
1
刀间距:
约75mm
刀具轴承:
圆锥滚柱轴承，2个
密封:
两道密封
润滑:
含添加剂油
刀具更换工具:
1个用于中心刀更换
1个用于正刀和边刀更换
所有刀具均为背装式。
掘进机皮带出碴机
皮带宽度:
1000mm
出碴能力:
700m3/h
运行速度:
0-2m/sec.
皮带长度:
约25m
操纵护盾下面安装一辅助皮带输送机用于隧洞底部出碴。
机器液压系统
安装功率:
150kW
工作压力:
安装功率
刀盘3000kW
掘进机液压150kW
主机锚杆钻机110kW
主机上的其它设备50kW
超前钻机55kW
除尘器90kW
后配套锚杆钻机110kW
辅助风机30kW
空压机110kW
喷浆泵37kW
喷浆机械手15kW
供水30kW
排水30kW
后配套台车上其它设备（皮带输送机和吊机）123kW
3940kW
电气系统
变压器容量4000kVA
动力因子修正350kVAr
主电源10kV
电机电路690V
照明230V
辅助设备400V
变压器电压:
10kV+10%,-15%
照明灯数量及电源:
足够,230V
应急灯数量及电源:
照明灯数量的1/3,电池
照明位置及照明度:
依据欧洲标准EN815
重量和尺寸
掘进机最大件，洞内最大拆卸及安装件的尺寸及重量:
运输:
（长x宽x高）
8.25mx4.35mx1.92m,65t,刀盘
Ø
5.2mx1.5m,70ton,主轴承
运行:
（长x宽x高）
22.0mx8.0mx8.0m,重780
t
2.掘进机主机辅助设备技术描述
2.1钢拱架安装器
2.2洞底清理皮带
2.3超前钻机
2.4锚杆钻机
2.5掘进机通风系统
2.6机器通讯系统
2.7数据记录系统
2.8机器导向系统
2.9安全控制系统
2.10瓦斯检测器
2.11掘进机衬砌材料运输系统
2.12掘进机喷浆系统
2.1钢拱架安装器
掘进机掘进过程中，可以通过钢拱架安装器在刀盘后面预组装钢拱架。
安装器包括刀盘护盾后面的预组装存送架、液压驱动牵引链、内机架上的轴向移动平台、钢拱架提升和伸展油缸。
安装器通过刀盘护盾后面的控制台操作，由机器液压系统驱动。
刀盘护盾后面安放一移动输送机皮带用来把回落岩碴送至刀盘，旋转刀盘拾取岩碴并将其传输至主皮带系统。
方案中的超前钻机用来在刀盘护盾外、机器前方小角度钻探勘测孔。
超前钻机工作时掘进机必须停止运转。
超前钻机处于外机架上方，撑靴之间。
在掘进行程结束时，可移动到合适的位置。
刀盘护盾上有导向圆锥孔用于引导和稳定钻杆。
可以钻探最大直径51
mm，长度50
m的超前孔（不取岩芯）。
超前钻机由独立的液压装置操作。
两个液压钻机分别位于刀盘护盾后面内机架的两侧，可以在机器掘进过程中安装岩石洞顶锚杆。
钻机安装在外机架的滑板上，能覆盖隧洞顶部120–150°
区域空间，并且可以移动相当于机器行程的距离。
每台钻机组件包括操作员平台和带有所有必需的控制单元的控制台，由位于后配套系统上的单独的动力装置供应。
每台锚杆钻机包括以下主要部件：
液压冲击钻,带润滑装置
液压链式进给
铰接的钻机底座安装在轴向滑板上，液压操作
控制台
连接控制台与钻机及后配套动力装置所必需的软管连接，包括油冷却器、开关柜、水减压阀
锚杆钻机设计可钻进直径43
mm，长度2500
mm的整体孔，如果需钻进3000mm长度的孔，则需加长钻杆。
2.5.1通风管道存放箱和辅助风机
隧洞通风系统的终端位于后配套上的通风管道存放箱。
存放箱后面是带有进风管和消音器的后配套风机。
存放箱和后配套风机之间的间距使新鲜空气不会因为风机作用而通过隧洞返回。
后配套风机把新鲜空气输送至主机的后面。
部分空气由除尘系统送至刀盘和内机架结构。
剩余空气由此处返回。
机械手用来把通风管道存放箱从材料车吊至合适的位置。
后配套上的工作平台用来在其上面连接各个单独的通风管道和先前在隧洞钢拱架上安装的支撑架。
通风管道
存放箱容量100m
通风管道直径2.20m
辅助风机
风机备有进风管和消音器
容量20m3/s
功率45kW,400V,50Hz
2.5.2除尘系统
干式除尘系统位于后配套台车的前端。
通风管与掘进机内机架和刀盘护盾相连。
除尘器在刀盘开挖室产生负压，迫使部分新鲜空气向掘进机前面流动，阻止粉尘气体泄漏到隧洞里。
位于除尘器出口的增压风机帮助推动空气向台车地面的后端流动。
除尘器参数:
除尘器数量1（双级）
设计干式，有增压器和消音器
容量10
m3/sec.
电源包括增压器90kW,400V,50HZ
通讯系统使机器司机室可以与5处固定位置进行通讯，一处就在刀盘护盾的后面，一处在铁轨安装处，一处在卸料站，以及2处在后配套尾端的岩碴转运站。
数据录入系统记录以下参数:
-时间及日期
-总共开挖距离
-每班开挖距离
-实际切深
-刀盘实际运行数据（转速、扭矩、功率）
-推进油缸（速度、压力、位置）
-辅助驱动（速度、扭矩）
掘进速率
行程持续时间及长度
驱动电机电流强度
正在运行的驱动电机数量
推进油缸压力
撑靴油缸压力
司机通过指定菜单记录刀具更换及设备停机的次数。
记录的数据受到监控并储存，任何时候都可以获取和打印。
通过与掘进机掘进有关的记录数据，可以生成柱状图或饼状图。
监视器和打印机可以置于洞内或洞外。
隧洞外面没有固定的显示器。
如果发生故障，警示灯就会发出警告信号，让司机赶紧打开各个显示器显示故障类型及来源。
掘进机所有各种监测系统均为最新设计。
主要参数总是显示并打印（一些参数可转换成切分饼状图或柱状图）
ZED261系统
设备以固定参考点激光发出的光束为基准计算机器的位置。
知道机器的位置后就可以计算出与预计隧洞路线的偏差。
此信息会显示在控制单元前面的一个较大的易读显示器上。
显示器通常放置在掘进机司机控制台附近，以便司机可以利用这些信息导向掘进机。
控制单元同样存储数据并允许输入系统需要的信息。
为了测量掘进机的位置，需要使用两个包含传感器的装置，即目标靶和倾斜计。
这两个装置通过电缆及配电箱与控制单元相连，配电箱为传感器提供电源。
目标靶测量激光束击中的位置及其入射角。
倾斜计测量机器两个方向的旋转角度。
便携终端用来给系统提供激光束的位置信息。
便携终端与控制单元相连。
便携终端还可以用来编程设计隧洞路线写入控制单元，并将显示器文字改换成外国语言。
工作人员安全保护:
-紧急停止电闸安装在司机控制台和靠近刀盘护盾处，可以用来切断掘进机电力供应。
-主电气线路开关安装岩石防护装置。
-照明及输出线路开关安装岩石防护装置。
-瓦斯监测及报警装置。
-掘进机安全保护。
-掘进机联锁:
（a）主轴承润滑剂流量
（b）减速齿轮箱输出齿轮润滑剂流量
（c）电机冷却水流量
（d）离合器渐动起动啮合
（e）电机超负荷警报
（f）皮带输送机运行
（g）皮带输送机液压马达油压力
（h）刀盘转速
（i）密封润滑剂流量
（j）支撑油缸压力
（k）驱动装置离合器压力
（l）后下支承和支撑同步保护
-掘进机信息显示:
以上（a）---（l）项
电机温度
齿轮减速箱温度
变压器温度
润滑剂箱油位
液压油位及温度
牵引杆油缸压力
瓦斯检测器有三个传感器用于检测瓦斯和氧气。
如果超过临界瓦斯浓度，瓦斯检测器就会发出警报并/或使机器停机。
三个传感器中，一个位于掘进机刀盘护盾后面，一个在除尘管道，一个在后配套。
举例来说，瓦斯浓度达到0.5Vol.%时检测器就会发出警报，如果达到0.7Vol.%，除应急照明灯、增压风机和涤气风机以外，掘进机系统停止工作。
警报/停机标准可根据当地标准设置。
2.11衬砌材料运输系统
在掘进机顶部，钢丝绳牵引的拖车将各种衬砌材料向前输送至刀盘。
运输车的进料由后配套上衬砌材料吊机完成。
2.12掘进机喷浆系统
为了更方便操作喷嘴，提供一机械支承。
外机架前端有一导轨。
链驱动拉动装有喷嘴的支承架。
3.后配套系统及其辅助设备技术描述
3.1后配套系统技术描述
概述
后配套系统设计为双轨系统，所有机器供给设备和岩碴装载系统均安放于此。
岩碴通过拖车运输。
后配套系统包括步进支撑桥、拖车平台以及连接平台和掘进机主机的连接桥。
步进支撑桥在隧洞地面上行走。
连接桥横跨洞底混凝土部分，后面是行进在临时铺设的辅助铁轨上的平台。
掘进机行进时，后配套由主机后部牵引。
后配套在掘进机行程中是静止的，掘进行程结束时由两个液压油缸向前拖进。
后配套系统的连接桥和各单独部分支承掘进机液压动力装置、电气开关装置、变压器、主断路开关、电缆卷筒、除尘器、通风管、控制室以及输送机皮带系统。
另外专门为喷浆、锚杆系统、供水系统等提供空间。
1-3号连接桥
1-3号连接桥长约25m，就位于掘进机主机后面。
连接桥下面留出充足的空间用于清理洞底。
连接桥与掘进机后端铰接并由其后部的步进系统支承。
除了皮带运输系统和新鲜空气通风管，皮带桥还承载物料转运吊机、除尘器以及将衬砌材料（如钢丝网、钢拱架、锚杆）送至隧洞顶部的提升系统。
这些材料就从那里被输送到各种不同的工作区域。
中央注脂和灌浆系统安放在中央涤气器旁。
装有空调的司机室安装在顶部平台后端。
在喷浆之前，在上部的工作平台可预先准备隧洞衬砌。
喷浆桥
上述连接桥后面紧接锚杆钻机和喷浆桥。
在此后面是横跨洞底混凝土场地，长约70m的连接桥。
掘进机液压系统、变压器及配电箱均安装在此连接桥上。
拖车
拖车由多节平台车组成。
在双轨和皮带及通风管道旁边的上部平台的旁侧，安放用于进一步支持掘进机的设备。
1号拖车将供水系统置于轨道旁。
急救室在上部平台上。
隧洞轨道铁轨（长12.5m）可以存放在支架上。
2号拖车将喷浆泵置于轨道旁。
喷浆泵由喷浆箱的半自动切换系统吊机供应。
休息室/厕所在上部平台上。
3号和4号拖车将洞底混凝土皮带运输系统置于轨道旁。
混凝土由传送带从混凝土箱供应。
车间、空压机及软管卷盘（新鲜水）在上部平台上。
5号拖车将软管卷盘（废水）置于轨道旁。
废水箱在上部平台上。
6号拖车将电缆卷盘（高压）置于轨道旁。
应急发电机组在上部平台上。
第一个对称道岔，矿车转轨
6号拖车后面紧跟一道岔。
岩碴车装载时，各种材料车（钢拱架车、喷浆搅拌
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