双护盾TBM硬岩掘进机主驱动安装工艺研究

【摘 要】 主驱动安装重点在内、外耐磨套安装，而难点在对耐磨套加热温度和膨胀量的度控制，并要预防耐磨套膨胀量过大超出安装部位和焊缝接触处应力集中导致耐磨套焊口断裂、断开伤人，因而安装前要做好安全防护。为延长主驱电机减速机齿轮和主驱大齿圈的使用寿命，要保证减速机小齿轮与大齿圈啮合面积在75%以上。

【关键词】 主轴承 内、外磨套 减速机 安装

1 引言

厄瓜多尔美纳斯水电站引水隧洞TBM段工程12.3KM，使用一台φ5670mm双护盾TBM硬岩掘进机施工，其中掘进机的主驱动（也称为刀盘驱动）外径φ3800mm，主轴承设计使用寿命20000小时，主轴承使用寿命取决于主轴承内、外密封之间的耐磨套安装的精度和质量以及主驱减速机和大齿圈啮合质量。

2 主驱构造和工作原理

（1）主驱动由主驱电机、减速机、联轴器、主轴承、内、外耐磨套、3道内、外唇形密封和金属迷宫密封，大齿圈与活动支撑通过双头螺柱连接，轴承外圈和固定支撑组成通过双头螺柱连接，轴承内圈和活动支撑通过双头螺柱连接。

（2）主驱动工作原理。主驱变频电机通过联轴器带动减速机和安装在活动支撑的大齿圈转动，转动的活动支撑带动主轴承内圈旋转；进而带动刀盘转动。固定支撑与前盾连在一起支撑刀盘转动。主驱动的主轴承和小齿轮、大齿圈采用强制循环，活动支承与固定支撑之间安装有内、外磨套，形成密闭空间，通过内、外各3道唇形密封和金属迷宫保持架进行密封。

3 主驱内、外耐磨套安装

在室温5度进行主驱活动支撑外端φ3525mm的外磨套安装和主驱固定支撑内端φ1750mm的内磨套安装。

3.1 安装前进行安全技术交底

主驱内、外磨套材质是美国进口的司太立合金，即通常所说的钴铬钨（钼）合金或钴基合金，具有很高的抗氧化性、耐高温、耐磨损和腐蚀性，但自身硬而脆，由多块耐磨条片拼接而成。首先进行作业指导，跟现场安装人员进行技术交底，本体加热至200度使其膨胀后进行安装，但在冷却过程中焊锋区域存在应力集中，容易断裂，因而需在耐磨套下落至设计位置需添加安全防护装置；

整个安装需10人，1人负责协调指挥和用红外线测温枪测试内磨套外壁的加热温度，5人转动外磨套，戴上隔热200摄氏度以上的隔热手套，在外磨套安装专用支架旁边，沿圆周方向顺时针转动外磨套；其余4人使用喷灯给耐磨套加热与转动耐磨套人员相隔站立，使用喷灯给外磨套均匀加热，加热以W波浪形上下摆动，指挥人员使用红外线测温枪多点时刻测试磨套加热的温度。组装过程中要求口令统一，所有人员服从指挥且动作协调性好。

3.2 实施步骤

（1）把外磨套放置在固定支撑的专用支架后，用4个喷灯均匀对固定支撑安装的耐磨套区域进行加热（因室温较低），持续约25分钟，待温度升至35度后，停止加热，准备开始安装外磨套。

（2）在使用喷灯对外磨套加热的同时均匀转动外磨套，当升温150°-180°后，停止加热，听从指挥人员号令，降低专用支架高度，快速放置在固定支撑的安装位置，并使用尼龙棒或铜棒沿圆周方向上轻轻敲击外磨套的上端面使其落位均匀。为使耐磨套在安装时膨胀量超出安装位置落在地面，在活动支撑下端制作一些防护装置，同时注意观察外磨套的4组油道孔与活定支撑上端的油槽对正，如果不能对应则立即用尖嘴夹钳快速上提进行调整，以确保安装位置准确。

（3）在室温5度下使其自然冷却，冷却期间48小时内外磨套周围禁止站人，避免外磨套圆周焊缝口有缺陷发生断裂张开伤人。

（4）冷却后，先对耐磨板外周使用DPT5稀释剂仔细清洗，用抹布擦拭干净后，再用DPT-5红色着色渗透探测剂沿圆周方向喷涂一圈，等十五分钟使渗透剂充分渗透后，再喷涂白色DPT-5显像剂，观察安装完的内磨套有无裂纹缺陷。

主驱内磨套安装步骤同外磨套安装类似，这里不做复述。

4 主轴承安装

（1）将固定支撑水平放置，刀盘侧朝上，对固定支撑上的3组油道孔做好标记。

（2）使用专用吊具起吊主轴承至1.5米高度，仔细清洗主轴承下端面，并对主轴承上的3组油道孔做好标记。

（3）将定位销放置在固定支撑的校正孔中，在轴承内圈圆周螺栓孔120度方向上各安装3根的M45的双头螺柱做定位，缓慢把主轴承落在固定支撑上，注意观察油道孔标记和固定支撑上的油孔标记是否对正，然后固定双头螺柱，分2次预紧，第1次螺栓预紧至固定扭矩的60%，第2次100%预紧。

（4）再用M36双头螺柱将主轴承和固定支撑装配在一起，分2次预紧，第1次螺柱预紧至固定扭矩的60%，第2次100%预紧。

5 主驱减速机安装

主驱动和前盾安装后，翻身使前盾刀盘侧朝下，安装主驱减速机。7台主驱减速机前端小齿轮和主驱动内部大齿圈相啮合，为保证齿面啮合面积大于75%，在减速机小齿轮齿端面四周均匀涂抹红胆粉，然后转动小齿轮输入端带动大齿圈旋转一周后，停下观察小齿轮和大齿圈齿面咬合面积，确保齿面啮合面积符和要求。

6 结语

以往硬岩掘进机的主驱动都是在国外组装好的整体运送至国内，本次TBM的主驱动在国内组装，给国内厂家和用户都提供一个近距离了解和熟悉主驱内部构造的机会，进而掌握整个主驱的安装工艺，为今后主驱动国内维修以及使用单位在加强主驱动维护、保养和延长主驱使用寿命方面都创造了很好的经济效益。

参考文献

[1]杜彦良，杜立杰.全断面延时隧道掘进机―系统原理与集成设计.武汉：华中科技大学出版社，2011（3）.

[2]杜彦良，徐明新，智小慧.全断面岩石隧道掘进机―检测诊断与维护保养，武汉：华中科技大学出版社，2013（1）.

[3]山西省万家寨引黄工程管理局，双护盾TBM的应用与研究，中国水利水电出版社，北京：2011.10.