秦嶺隧道TBM施工期間，我作為主司機親手操作TBM，一直在掘進班工作，期間經(jīng)歷了多種地質(zhì)條件，積累了一定的經(jīng)驗。本文介紹關(guān)于在掘進機完成一個循環(huán)后轉(zhuǎn)人下一個循環(huán)的換步過程中，換步方式對刀具及掘進速度的影響。
　　在一個循環(huán)結(jié)束后一般采用以下步驟進行換步：
　?。?）刀盤退后2－3cm；
　?。?）空轉(zhuǎn)10－20s后，停止對盤旋轉(zhuǎn)，停止電機和停皮帶機；
　?。?）撐出護盾下支撐使油缸壓力升至18.0MPa；
　　（4）松夾緊油缸，此時護盾下支撐壓力下降，應(yīng)繼續(xù)升壓至14D－16DMPa左右，期間若感覺邊刀刮擦洞頂，可停止往出；
　　（5）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；
　　（7）向前移動外凱，同時進行外凱偏轉(zhuǎn)調(diào)整及主機姿態(tài)調(diào)整；
　　（8）外凱就位唇，調(diào)整主機滾動2
　?。?）撐緊外凱Ⅰ和外凱Ⅱ至27.0MPa左右;
　?。?0）將所有護盾支撐收回；
　?。?1）撐出護盾下支撐至外凱I，撐靴壓力升高0.2－0.4MPa;s將其余護盾撐出至貼近洞壁S
　?。?2）將夾緊油缸夾緊；
　　（13）拖后配套，并向前移動后支撐；
　　（14）拖后配套同時，啟動皮帶機，并順次啟動主電機；
　　（15）啟動刀盤施轉(zhuǎn)，此時護盾下支撐油缸壓力約為12.0MPa左右，可升至14.0MPa左右；
　?。?6）開始掘進；
　?。?7）另外在軟巖或破碎地質(zhì)條件下掘進時，推力較小、扭矩較大、振動較大，掘進時可將頂護盾及側(cè)護后撐出至5.0MPa左右，使之與洞壁保持浮動支撐，可大大減小振動，降低扭矩峰值，對刀具受力、電機壽命及主機壽命均有好處。
刀盤護盾由頂護盾、側(cè)護盾（2塊）、底護盾（護盾下支撐）和中護盾五塊組成，中護盾由14個軸向布置的夾緊油缸，壓緊在刀盤主軸承總成的凸臺上，好象是空套’在內(nèi)凱上，其余護盾通過8個油缸及兩個鉸點連接在中護盾上。因此，整個護盾與刀盤之間不是剛性連接而是靠國植實現(xiàn)的一種‘浮動’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)先升高護盾下支撐油缸的壓力，使底護盾承受住刀盤的大部分重量，并且將護盾下的虛碴壓實，這樣松開夾緊缸放松外凱時刀盤位置保持基本不變。這兩步的好處在于啟動刀盤時邊刀位于上一循環(huán)的已掘出空得，對邊刀保護作用極大.
　　而第10、11步是保持和提高掘進速度井保證下護盾清碴效果的關(guān)鍵這在Ⅴ、Ⅵ類硬巖掘進中體現(xiàn)明顯。液壓推進缸作用在刀盤上的力可以認為主要有兩個作用：其絕大部分推進力作用在71把刀具上使刀具切人巖石進行破巖；另外一小部分通過夾緊油缸作用在護盾上其中又主要作用在下護盾上，使下護盾克服與護盾底部巖碴的摩擦力，向前推碴，再通過刮板轉(zhuǎn)運至皮帶機上。在總推力一定的情況下，用在護盾除碴上的力越大，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，就成了提高推進效率從而提高推進速度的關(guān)鍵了。我們知道；
　　F＝f×N
　　假設(shè)護盾下支撐與巖碴接觸面的摩擦系數(shù)為f則摩擦力對取決于正壓力N.
　　N＝P×S
　　其中P為護盾下支撐油缸大腔壓力，S為油缸活塞面積。
　　已知4個下支撐油缸內(nèi)徑為300mm，井取護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
　　對于秦嶺隧道使用的TB880E型隧道掘進機來悅，由于采用432mm盤形滾刀，每把刀承載約250kN，其最推進力控制在17000kN，而僅下護盾摩擦力就占總推力的5％如果下護盾壓得更緊，則正壓力增加，摩擦力占總推力的比例會更大，可見護盾摩擦力的影響不可忽視。如果在換步時重新?lián)尉o外凱后將護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盾與巖面的摩擦力即可減小到最小限度，提高推進力的使用效率，從而提高推進速度。實際施工中，在隧道里程DK65＋300左右Ⅴ、Ⅵ類硬巖掘進中得到了驗證，在同樣地質(zhì)條件下，比不按此換步的掘進速度提高約25％左右，平均兩個半小時一個循環(huán)可提速至兩個小時以內(nèi)完成，按每日掘進18小時計算，每天可多掘進約兩個循環(huán)，每月多掘進約的個循環(huán)，機械使用效率和經(jīng)濟效益明顯提高。但要注意的是，采用將護盾全部收回，再撐出下護盾至外凱Ⅰ撐緊壓力升高0.2－0.4MPa．讓護盾低壓撐緊巖畫的操作應(yīng)保證護盾充分接觸巖面，不可單純追求速度而提高下護盾，使護盾下積碴過多，不但護盾起不到減振作用，而且長此以往，下護盾支撐油缸和頂護盾伸出油缸逐漸縮進至極限位置，護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控制自動停止導(dǎo)致無法繼續(xù)掘進。
　　在一年多的掘進實踐中證明采取上述換步步驟有三大好處：一是保護刀具（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速度;三是可保證下護盾的清渣作用。