秦嶺隧道TBM施工期間，我作為主司機(jī)親手操作TBM，一直在掘進(jìn)班工作，期間經(jīng)歷了多種地質(zhì)條件，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。本文介紹關(guān)于在掘進(jìn)機(jī)完成一個(gè)循環(huán)后轉(zhuǎn)人下一個(gè)循環(huán)的換步過(guò)程中，換步方式對(duì)刀具及掘進(jìn)速度的影響。
　　在一個(gè)循環(huán)結(jié)束后一般采用以下步驟進(jìn)行換步：
　?。?）刀盤(pán)退后2－3cm；
　　（2）空轉(zhuǎn)10－20s后，停止對(duì)盤(pán)旋轉(zhuǎn)，停止電機(jī)和停皮帶機(jī)；
　　（3）撐出護(hù)盾下支撐使油缸壓力升至18.0MPa；
　?。?）松夾緊油缸，此時(shí)護(hù)盾下支撐壓力下降，應(yīng)繼續(xù)升壓至14D－16DMPa左右，期間若感覺(jué)邊刀刮擦洞頂，可停止往出；
　?。?）撐出后支撐，并使后支撐豎直缸壓力升至15.0MPa左右;
　　（6）放格外凱Ⅰ和外凱Ⅱ；
　?。?）向前移動(dòng)外凱，同時(shí)進(jìn)行外凱偏轉(zhuǎn)調(diào)整及主機(jī)姿態(tài)調(diào)整；
　?。?）外凱就位唇，調(diào)整主機(jī)滾動(dòng)2
　?。?）撐緊外凱Ⅰ和外凱Ⅱ至27.0MPa左右;
　?。?0）將所有護(hù)盾支撐收回；
　　（11）撐出護(hù)盾下支撐至外凱I，撐靴壓力升高0.2－0.4MPa;s將其余護(hù)盾撐出至貼近洞壁S
　?。?2）將夾緊油缸夾緊；
　　（13）拖后配套，并向前移動(dòng)后支撐；
　?。?4）拖后配套同時(shí)，啟動(dòng)皮帶機(jī)，并順次啟動(dòng)主電機(jī)；
　?。?5）啟動(dòng)刀盤(pán)施轉(zhuǎn)，此時(shí)護(hù)盾下支撐油缸壓力約為12.0MPa左右，可升至14.0MPa左右；
　　（16）開(kāi)始掘進(jìn)；
　?。?7）另外在軟巖或破碎地質(zhì)條件下掘進(jìn)時(shí)，推力較小、扭矩較大、振動(dòng)較大，掘進(jìn)時(shí)可將頂護(hù)盾及側(cè)護(hù)后撐出至5.0MPa左右，使之與洞壁保持浮動(dòng)支撐，可大大減小振動(dòng)，降低扭矩峰值，對(duì)刀具受力、電機(jī)壽命及主機(jī)壽命均有好處。
刀盤(pán)護(hù)盾由頂護(hù)盾、側(cè)護(hù)盾（2塊）、底護(hù)盾（護(hù)盾下支撐）和中護(hù)盾五塊組成，中護(hù)盾由14個(gè)軸向布置的夾緊油缸，壓緊在刀盤(pán)主軸承總成的凸臺(tái)上，好象是空套’在內(nèi)凱上，其余護(hù)盾通過(guò)8個(gè)油缸及兩個(gè)鉸點(diǎn)連接在中護(hù)盾上。因此，整個(gè)護(hù)盾與刀盤(pán)之間不是剛性連接而是靠國(guó)植實(shí)現(xiàn)的一種‘浮動(dòng)’連接這種結(jié)構(gòu)有利于起到一種緩沖的‘跟刀架’作用。由于護(hù)盾的這種結(jié)構(gòu)，采取了上述的換步方式。
　　其中第3、4步預(yù)先升高護(hù)盾下支撐油缸的壓力，使底護(hù)盾承受住刀盤(pán)的大部分重量，并且將護(hù)盾下的虛碴壓實(shí)，這樣松開(kāi)夾緊缸放松外凱時(shí)刀盤(pán)位置保持基本不變。這兩步的好處在于啟動(dòng)刀盤(pán)時(shí)邊刀位于上一循環(huán)的已掘出空得，對(duì)邊刀保護(hù)作用極大.
　　而第10、11步是保持和提高掘進(jìn)速度井保證下護(hù)盾清碴效果的關(guān)鍵這在Ⅴ、Ⅵ類(lèi)硬巖掘進(jìn)中體現(xiàn)明顯。液壓推進(jìn)缸作用在刀盤(pán)上的力可以認(rèn)為主要有兩個(gè)作用：其絕大部分推進(jìn)力作用在71把刀具上使刀具切人巖石進(jìn)行破巖；另外一小部分通過(guò)夾緊油缸作用在護(hù)盾上其中又主要作用在下護(hù)盾上，使下護(hù)盾克服與護(hù)盾底部巖碴的摩擦力，向前推碴，再通過(guò)刮板轉(zhuǎn)運(yùn)至皮帶機(jī)上。在總推力一定的情況下，用在護(hù)盾除碴上的力越大，作用在刀具上的力就越小因此如何在保證下護(hù)后的除碴作用的前提下盡量減小其摩擦力，就成了提高推進(jìn)效率從而提高推進(jìn)速度的關(guān)鍵了。我們知道；
　　F＝f×N
　　假設(shè)護(hù)盾下支撐與巖碴接觸面的摩擦系數(shù)為f則摩擦力對(duì)取決于正壓力N.
　　N＝P×S
　　其中P為護(hù)盾下支撐油缸大腔壓力，S為油缸活塞面積。
　　已知4個(gè)下支撐油缸內(nèi)徑為300mm，井取護(hù)盾下支撐油缸大腔壓力為15.0MPa，取摩擦系數(shù)f=0.2，則得；
　　F=848kN
　　對(duì)于秦嶺隧道使用的TB880E型隧道掘進(jìn)機(jī)來(lái)悅，由于采用432mm盤(pán)形滾刀，每把刀承載約250kN，其最推進(jìn)力控制在17000kN，而僅下護(hù)盾摩擦力就占總推力的5％如果下護(hù)盾壓得更緊，則正壓力增加，摩擦力占總推力的比例會(huì)更大，可見(jiàn)護(hù)盾摩擦力的影響不可忽視。如果在換步時(shí)重新?lián)尉o外凱后將護(hù)后下支撐保持在正好接觸巖面而壓力盡可能小的情況下護(hù)盾與巖面的摩擦力即可減小到最小限度，提高推進(jìn)力的使用效率，從而提高推進(jìn)速度。實(shí)際施工中，在隧道里程DK65＋300左右Ⅴ、Ⅵ類(lèi)硬巖掘進(jìn)中得到了驗(yàn)證，在同樣地質(zhì)條件下，比不按此換步的掘進(jìn)速度提高約25％左右，平均兩個(gè)半小時(shí)一個(gè)循環(huán)可提速至兩個(gè)小時(shí)以內(nèi)完成，按每日掘進(jìn)18小時(shí)計(jì)算，每天可多掘進(jìn)約兩個(gè)循環(huán)，每月多掘進(jìn)約的個(gè)循環(huán)，機(jī)械使用效率和經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。但要注意的是，采用將護(hù)盾全部收回，再撐出下護(hù)盾至外凱Ⅰ撐緊壓力升高0.2－0.4MPa．讓護(hù)盾低壓撐緊巖畫(huà)的操作應(yīng)保證護(hù)盾充分接觸巖面，不可單純追求速度而提高下護(hù)盾，使護(hù)盾下積碴過(guò)多，不但護(hù)盾起不到減振作用，而且長(zhǎng)此以往，下護(hù)盾支撐油缸和頂護(hù)盾伸出油缸逐漸縮進(jìn)至極限位置，護(hù)盾被積碴及洞頂夾住，夾緊油缸壓力升高至16.0MPa以上，而由PLC控制自動(dòng)停止導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)掘進(jìn)。
　　在一年多的掘進(jìn)實(shí)踐中證明采取上述換步步驟有三大好處：一是保護(hù)刀具（尤其是邊刀），減小其正常磨損，避免非正常損環(huán)；二是可保持或提高掘進(jìn)速度;三是可保證下護(hù)盾的清渣作用。