АБСТРАКТНЫЕ

Многое было сделано во всем мире о разнице в производительности между новыми и восстановленными ТБМ. Во всем мире существует предубеждение в пользу новых машин, но оправдано ли это предубеждение? Повторное использование машин может, если оно осуществляется в соответствии со строгими стандартами, сократить затраты и время на доставку, а также уменьшить углеродный след. Но обеспечение качества реконструкции ТБМ — это еще один вопрос, который кажется лишь минимально улучшенным благодаря существованию международных руководств.

В этом документе обсуждается процесс восстановления машин и использование восстановленных ТБМ с примерами производительности проектов по всему миру. Он будет стремиться установить руководящие принципы и рекомендации, основанные на реальном опыте успеха в магазине и в полевых условиях.

ВСТУПЛЕНИЕ

Международные руководства были разработаны для стандартизации процесса повторного использования ТБМ для другого проекта. Но действительно ли возможна стандартизация и что в первую очередь обеспечивает успешную работу ТБМ?
Нет никаких причин, по которым бывшая в употреблении машина не должна работать так же хорошо, как новая машина, если известна история эксплуатации машины и геология подходит для ее конструкции. На самом деле подрядчики могут выбрать подержанную машину из-за ее проверенной производительности, хотя такая точка зрения, безусловно, имеет место не на каждом рынке (см. рис. 1).
В крупных городских проектах по всему миру часто используются десятки ТБМ, работающих одновременно, что приводит к избытку подержанных машин на рынке в любой момент времени. Но контрактные ограничения часто создают барьеры для использования этих машин в последующих проектах. Консультанты, нанятые владельцами проектов, могут завышать технические спецификации, часто в попытке снизить риск, но эти спецификации не всегда необходимы.

Если бы вместо этого владельцы указывали минимальное требуемое качество восстановленной машины, это предотвратило бы исключение восстановленных машин из проектов. Этот тип спецификации потребует определенного уровня знаний TBM — например, вещи, которые могут быть указаны, включают требования к коренным подшипникам, либо что подшипник новый, либо что он должен быть сертифицирован в течение определенного количества часов. Нагрузка от резца может быть указана для проходки тоннелей в твердых породах, но такие детали, как тяга и крутящий момент, не нужны и могут быть слишком исключительными.

Мало того, что восстановленные ТБМ могут привести к значительной экономии средств, они также могут стать ответом на жесткие графики поставок. Это, в сочетании с их проверенным опытом и сокращением выбросов углекислого газа за счет использования существующей машины, делает их привлекательным решением для развития туннельной промышленности.

Рис. 1. ТБМ с главной балкой, первоначально построенный в 1979 г., был отремонтирован и успешно завершен. Туннель для отвода ливневых вод в парке Олбани в Чикаго, штат Иллинойс, в конце 2017 г.

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ЭКОНОМИИ ВРЕМЕНИ И СТОИМОСТИ

Экономия времени и затрат на перестроенную машину может сильно различаться в зависимости от степень восстановления и количество проектов, в которых используется машина. Но есть общее согласие в том, что при правильных условиях экономия может быть значительной.
В отрасли до сих пор эксплуатируются ТБМ, которые просуществовали более пяти десятилетий, в частности ТБМ Роббинс с главной балкой диаметром 2,7 м, первоначально построенный в 1968 году, все еще находится в операция в Канаде. Машина использовалась во многих проектах, а также с подрядчиками. ремонт в начале каждого проекта, ТБМ может продолжать бурение тоннелей еще много лет. С каждым последующим тоннелем экономия времени и стоимость многократно. Что касается экономии от использования восстановленных машин по сравнению с новыми для каждого проекта, то это сильно варьируется и может варьироваться от 75% дешевле для простой машины и туннеля проект с проверенными грунтовыми условиями, примерно на 20% дешевле для проекта с более сложными требованиями (например, EPB высокого давления).

Однако преимущества восстановленных машин заключаются не только в стоимости. Подрядчики имеют заявил, что экономия времени при использовании восстановленной машины может составить шесть месяцев и более. (при условии, что ТБМ действительно соответствует спецификациям проекта и не является компромиссом, и серьезных изменений не требуется).
Другое преимущество заключается в том, что вы владеете самой машиной: знакомство с ТБМ является большим плюсом, а операторы и обслуживающий персонал знакомы с оборудованием, и все они могут значительно повысить производительность на начальном этапе обучения.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТБМ

Восстановление ТБМ - как процесс, так и стандартизация восстановления - имеет стать центром внимания отрасли по мере увеличения количества проектов с несколькими требованиями к оборудованию и предлагаются короткие сроки. Акцент был дополнительно выделен ITAtech, технологическим комитетом Международной туннельной Ассоциация (ITA-AITES), разработавшая рекомендации по восстановлению машин для механизированных проходке туннеля в 2015 году. Хотя рекомендации относительно новые, Роббинс долгая история поставок надежных машин, многие из которых перестроены (многие также 100% новый).

В целом, опыт Роббинса по восстановлению машин дал некоторые ключевые идеи. Пока ТБМ находится в хорошем состоянии, будут рабочие места, которые она может выполнять с экономической точки зрения.
Оптимальный ремонт ТБМ на бывшей в употреблении машине требует обширных знаний
условия проекта, и есть некоторые ограничения:
- Диаметр машины можно уменьшить в пределах, установленных свободным перемещением захватов и боковых/крышных опор
- Диаметр машины может быть увеличен при условии целостности конструкции машина и возможности мощности/тяги
- Силу движения можно увеличить только до уровня, поддерживаемого захватами реактивная сила тяги
- Мощность режущей головки должна быть достаточной для поддержания силы движения в данной скала, но не может быть увеличена сверх мощности зубчатого венца главной передачи и шестерни
- Увеличение скорости режущей головки не должно превышать центробежных пределов навоза.
обращение или максимальная скорость вращения калибровочных фрез
Увеличение мощности ТБМ — один из способов сделать конструкцию более надежной для
более длительный срок службы оборудования. В последние годы были разработаны прочные конструкции, в том числе
Высокопроизводительные (HP) ТБМ Robbins, используемые в ряде тоннелей из твердых пород.
HP TBM разработан с большей прочностью основной конструкции и конечной передачи.
компоненты. Их можно использовать в гораздо более широком диапазоне диаметров, тогда как старые
машины (из 1970-х и 80-х годов) обычно ограничены диапазоном менее 1 м
изменение диаметра плюс или минус их первоначальный размер.
HP TBM могут работать в широком диапазоне. Например, 4,9 м.
TBM может быть восстановлен диаметром от 4,3 м до 7,2 м в диапазоне 2,9 м. Главный
конструкции подшипников позволили добиться большей гибкости, эволюционировав от 2-рядных конических роликовый подшипник к 3-осевому, 3-рядному цилиндрическому роликоподшипнику, используемому сегодня. Эта конфигурация дает гораздо более высокую осевую осевую нагрузку для того же диаметра подшипника и на значительном расстоянии. больший срок службы с точки зрения часов работы или оборотов. В целом то, что определяет, как долго прослужит ТБМ, зависит от основных конструкция, такая как траектория осевой нагрузки и захвата через машину, а также надежность структуры ядра. На ТБМ старых моделей зубчатый венец и шестерни могут быть
усилены, и могут быть добавлены более крупные двигатели. При достаточной прочности основной конструкции, также возможно увеличение тяговой способности. Ограничение – это пропускная способность цилиндр захвата для обработки увеличенной мощности и тяги. После замены требуются захватный цилиндр и держатель, обычно учитываются затраты на модификацию ТБМ нерентабельно (Roby & Walford, 1995).

ОПТИМИЗАЦИЯ ТБМ ДЛЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

За прошедшие годы компания Robbins создала систему обеспечения качества, которая гарантирует, когда поставляет восстановленную машину либо в исходную конфигурацию, либо в модифицированную, она по-прежнему соответствует расчетному сроку службы 10 000 часов. Этот стандарт также включает проверки, чтобы сделать Убедитесь, что все компоненты находятся в функциональном состоянии «как новый» или «новый».

Чтобы гарантировать такой же расчетный срок службы и такие же гарантии на восстановленную машину, первоначальный проект ТБМ должен учитывать, что ТБМ будет использоваться на нескольких проекты. Это означает, что основные конструкции должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживают даже самые суровые условия, а изношенные детали можно легко заменить. Если машина не рассчитана должным образом на несколько проектов, нужно будет сделать основная работа по приведению ТБМ в рабочее состояние, либо в исходном, либо в модифицированном виде. конфигурация.

Можно утверждать, что владельцы проектов обычно имеют только один проект и что условие Таким образом, ТБМ и целесообразность его восстановления не имеют существенного значения. Это то, что также отражено во многих сегодняшних туннельных проектах, где коммерческая
рассмотрению часто уделяется гораздо больше внимания, чем техническому. Мы Однако я бы сказал, что изначально прочная и надежная конструкция ТБМ даст проект больше времени безотказной работы, более высокая производительность и лучшая гибкость в случае непредвиденных обстоятельств условия встречаются, что делает его хорошей и эффективной страховкой от многих виды препятствий. Некоторые примеры конструктивных аспектов, которые позволяют проектировать более длинные ТБМ l fe приведены ниже (Khalighi, 2015). Прочная режущая головка и конструкция машины

Машина, разработанная с учетом нескольких проектов, опирается на тяжелую стальную конструкцию. которые могут противостоять суровым условиям, часто встречающимся под землей. Дизайн которые учитывают высокую абразивность извлекаемого материала или возможность
высокая абразивность еще более надежны. В идеале режущая головка должна быть спроектирована с регулярные проверки резака и изменения в памяти. Он также должен быть построен на века: это может быть сложно с конструкцией ножевой головки с обратной загрузкой, которая полна отверстий, мало чем отличающаяся от швейцарской сыр. Чтобы построить структуру, большая часть укрепления происходит во время производственный процесс. Для режущей головки рекомендуются сварные швы с полным проплавлением. конструкция для борьбы с усталостной нагрузкой и вибрацией. Строгие проверки сварных швов и FEA Затем можно выполнить анализ напряжения для выявления уязвимых мест в конструкции режущей головки. (см. рис. 2).

Рисунок 2. Пример режущей головки, предназначенной для абразивные твердые породы

Коренной подшипник и уплотнения

3-осевые коренные подшипники большого диаметра, с максимально возможной опорой на туннель соотношение диаметров имеет большую динамику дееспособности и, следовательно, способны выдерживать большее количество ударов нагрузки и давать более длительный срок службы подшипника. Это важно сохранить как можно более выс окое соотношение (см. Рисунок 3). Подшипник и зубчатый венец находятся в труднодоступном месте. точка доступа на ТБМ, поэтому они должны быть рассчитан на длительный срок службы, с прочным конструкция и высокий коэффициент безопасности. Безопасность фактор определяется как любая избыточная мощность над расчетным коэффициентом данного элемента, и надстройка таких структур необходимости, когда ТБМ планируется использоваться на нескольких длинных туннельных дисках.

Прочная конструкция уплотнения также имеет важное значение. Компания Роббинс предлагает проверенную конструкция уплотнения с использованием закаленных износостойких лент. Многие другие производители не используют изнашиваемые ленты, и поэтому во время работы ТБМ, он изнашивает канавку в кромке уплотнения зона контакта. Жертвенная одежда Роббинса полосы могут быть заменены или заменены, облегчение ремонта. Износостойкий износостойкие ленты из Stelite™, можно изменить в туннеле в маловероятный случай чрезмерного износа или может перемещаться на носителе, чтобы убедиться, что повреждение конструкции ТБМ не наносится себя в дальних поездках. Помимо конструкции уплотнения, другие элементы коренного подшипника, например внутренние застежки должны быть рассчитаны на долговечны и отличаются высокой надежностью, так как застежки труднодоступны и не легко заменим. Шпильки, соединяющие режущая головка к коренным подшипникам уплотнение в сборе также должно быть вплотную анализируются на прочность, прогиб и достаточное усилие крепления/зажима, и защита от абразивной грязи должна быть предусмотрены крепления.

Рис. 4. Установка частотно-регулируемого привода на ТБМ с твердыми породами

Смазка

Смазка с сухим картером является важным способом содержание полости коренного подшипника в чистоте путем фильтрации и повторного использования масла при постоянной показатель. Любые загрязнения очищаются из полости, что продлевает срок службы подшипника.
Система также имеет дополнительное преимущество:
Масло можно контролировать и анализировать при любых признаках бедствия в главном подшипник или шестерня. Этот мониторинг имеет возможность исправления или вмешательства техническое обслуживание критических конструкций / компонентов до того, как произойдет сбой.

Система привода

Правильная система привода также важна для интенсивного использования ТБМ. Переменная Частотные приводы (VFD) и планетарные зубчатые редукторы позволяют плавно регулировать управление крутящим моментом и скоростью на основе встречаемой земли, что оптимизирует
скорость продвижения ТПМК и снижает повреждение компонентов машины (см. рис. 4). Этот по сравнению с приводами более старого типа: в ТБМ старых моделей часто приводная система была односкоростной или двухскоростной. Например, если машина врезается в зону неисправности, ни в коем случае не замедлять режущую головку. Такие приводы часто приводили к чрезмерному износу к ТБМ или даже к повреждению элементов конструкции.

Приводные двигатели также должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать высокую вибрацию в результате земляных работ. в условиях твердых пород. Консольные двигатели должны выдерживать большие перегрузки, приложенные к ним сильной машинной вибрацией, вызванной камнерезное действие.

Путь загрузки

Равномерный путь нагрузки от режущей головки к коренным подшипникам и опорам режущей головки всегда желательно. Однако при прокладке тоннелей на большие расстояния или при многократном использовании путь загрузки может иметь решающее значение, поскольку высокие напряжения возникают везде, где смещается траектория нагрузки. режущая головка с конусообразным задним участком может решить эту проблему, равномерно распределяя нагрузка по окружности коренного подшипника. В общем, все должно быть разработан более прочным способом, и нагрузки, создаваемые режущей головкой, должны также перевести в более тяжелую общую структуру машины.

О ВАЖНОСТИ ОБСЛУЖИВАНИЯ

Регулярное обслуживание, хорошая уборка и эффективная организация периодов обслуживания на месте необходимы для максимизации производительности ТБМ, ее доступности и безопасности. трудоустройство на проект. Когда планируется использовать машину в нескольких проектах или на длинных туннелях это тем более важно. В целом, полный жизненный цикл следует рассмотреть вопрос о ТБМ, и следует соблюдать осторожность при проходке туннеля выше и ниже сверх того, что считается «нормальным». Коробки передач, например, могут быть рассчитаны на длинные туннели, но если известно, что длина туннеля превысит срок службы редукторов затем плановый ремонт должен произойти во время проходки туннеля. Эта процедура была сделано на нескольких туннелях, включая туннель AMR в Индии — какой будет самый длинный туннель без промежуточного доступа на 43,5 км после завершения. Важно помнить, что основной структурой ТБМ является металл — до тех пор, пока конструкция цела, тогда можно проверить подшипники, конвейер, гидравлику и прочее компоненты. Особое внимание следует уделять труднодоступным компонентам. Коренной подшипник — одна из тех деталей, которую трудно заменить при проходке туннеля.
При разработке плана технического обслуживания очень важно, чтобы бригады ТБМ были должным образом обучены. о том, как эксплуатировать машину во всем диапазоне грунтовых условий, которые могут встречаются в данном проекте туннеля. Планы должны быть на месте, чтобы справиться с широким диапазон грунтовых условий (например, зоны разломов, притоки воды) с протоколами как машина должна эксплуатироваться в таких условиях. Как только машина были запущены, регулярное плановое техническое обслуживание в зависимости от длины туннеля и геологических условия также важны. В то время как нет никаких специальных указаний для междугородних туннели или машины, используемые в нескольких туннелях, бригады должны быть усердными и проводить чем больше инспекций, тем дольше ТБМ находится в эксплуатации.

Плановые проверки фрезы являются регулярной частью технического обслуживания, что рекомендуется повседневная. Проверка уровня масла и всех жидкостей, смазок и гидравлики также является первоочередной задачей. важность. Ежедневные журналы рекомендуются для мониторинга всех основных систем на ТБМ. Режим ежедневного технического обслуживания обычно включает плановые проверки без ТБМ. время простоя. Протоколы для более детальных ежемесячных, полугодовых и ежегодных проверок системы тоже должны быть. Эти полные проверки различных систем требуют время простоя, но тем более критичны при прокладке тоннелей на большие расстояния или в переменных условиях. условия. Эти проверки также обычно основаны на строгости проекта график - в твердых породах предполагается, что неделя эквивалентна 100 м продвижения. в то время как месяц считается эквивалентным 500 м в качестве базовой линии.

Техническое обслуживание при хранении ТБМ между проектами также может максимально использовать оборудование. срок службы — например, хранение компонентов в помещении, покрытие оборудования антикоррозионным спрей и убедитесь, что коренной подшипник заполнен маслом. Владение и использование нового TBM добавила скрытые преимущества, в том числе знакомство с работой машины и проверенные производительность конкретного оборудования.

ИСТОРИИ ДЕЛ

Так действительно ли новое лучше? Во многих случаях записи показывают, что они эквивалентны.
Если возраст и количество проектов, скучных по TBM, рассматриваются некоторыми как проблема, история рекордных проектов, достигнутых с использованием восстановленных машин, существует. Более более трети (36%) установленных мировых рекордов было побито с использованием
отремонтированные ТБМ, некоторые из них находятся в эксплуатации десятилетиями. В тех случаях, когда считается, что новые ТБМ будут работать или работали лучше, это часто является искажением опыта, основанным на результате применения ТБМ там, где его не было. подходит или где он не был восстановлен должным образом. Например, если старая машина изначально построенный для песчаника, ему не хватит мощности, чтобы хорошо работать в граните 25 лет позже без переделок. Индивидуальный дизайн для конкретных требований проекта и геологии так же важен на восстановленной машине как на новой. Например, подрядчик может пожелать сэкономить деньги, купив подержанную ТБМ и восстановив ее до исходных характеристик. А ТБМ с главной балкой диаметром 3 м, восстановленная до того же диаметра и технических характеристик, будет стоит меньше, чем восстановление той же машины, но с увеличением размера до 4 м и добавлением
пользовательские элементы. Но действительно ли получается экономия, если исходные спецификации ТБМ не подходят по геологии? Конфигурации режущей головки являются особенно важным примером, с расстоянием между резцами, режущими инструментами, геометрией режущей головки и отверстиями для навоза. в игру и сильно влияет на скорость проникновения.

Туннельная система DigIndy
Хороший пример пользовательских модификаций, приведших к успеху, можно увидеть на Проект DigIndy в Индианаполисе, Индиана, США. ТБМ, первоначально изготовленный в 1980 года для нью-йоркского метро East 63rd Street, затем наскучило по крайней мере пять другие туннели из хард-рока, включая метро Второй авеню в Нью-Йорке. 6,2 м ТБМ с главной балкой была выбрана для туннельного соединителя Deep Rock, первого
этап DigIndy с обновлениями конструкции, включая новую режущую головку с обратной загрузкой с 19-дюймовыми дисковыми фрезами, двигателями с частотно-регулируемым приводом (VFD) и спасательной камерой. ТБМ показала рекордную производительность для ТБМ в диапазоне диаметров от 6 до 7 м, в том числе «Наибольшее количество футов, добытых за один день» (124,9 м), «Наибольшее количество футов, добытых за одну неделю» (515,1 м) и «Наибольшее количество футов, добытых за один месяц» (1754 м). В настоящее время машина бурение следующих фаз сети DigIndy — еще 28 км в дополнение к 12,5 км DRTC уже завершено (см. Рисунок 5). Тунель Эмисор Поньенте II А как насчет экранированных машин — применим ли процесс восстановления в равной степени? Хороший пример этого процесса можно увидеть в Tunel Emisor Poniente (TEP) II в Мехико. Первоначально ТБМ была изготовлена ??как одинарная щитовая твердая порода диаметром 7,23 м. TBM для проекта Abda Doukkala в Марокко в 1995 году. Затем он был преобразован в Double Щитовая машина для туннелей Милл-Крик в Кливленде, штат Огайо, в начале 2000-х годов, а затем

Рисунок 5. DigIndyTBM, изначально встроенный 1980 г., был оснащен новой режущей головкой с задней загрузкой и двигатели VFD, среди других обновлений вернуться к Единому щиту диаметром 8,7 м для гидроэнергетического туннеля в Лаосе.

В 2015 году машина претерпела очередное преображение когда он стал гибридным типом Переходная ТБМ для проекта ТЭЦ II (см. рис. 6–8). Кроссовер диаметром 8,7 м (XRE) ТБМ была рассчитана на 5,6 км тоннель в наземных условиях в том числе андезит и туф с основными зонами разломов содержащие водоносный грунт. Дизайн компоненты включали конвертируемую ножевую головку который может быть изменен с Hard Rock в дизайне EPB, съемный

Рис. 6. Исходная машина в виде однощитовой ТБМ Hard Rock диаметром 7,23 м в 1995 г.

Рис. 7. Модифицированная ТБМ в виде Crossover XRE диаметром 8,7 м для проекта ТЭЦ II в 2015 г. — показано в режиме ЕРВ

Рис. 8. Модифицированная ТБМ в виде Crossover XRE диаметром 8,7 м для проекта ТЭЦ II в 2015 г. — показано в режиме хард-рок

ленточный конвейер и винтовой конвейер, а также многоскоростные редукторы для увеличения крутящего момента для проходка тоннелей в труднопроходимом грунте. Производительность машины была очень успешной, достижение национальных рекордов по прокладке тоннелей ТБМ после бурения 57 м за один день и 702,2 м за месяц, несмотря на сложные условия.

ВЫВОДЫ

Подержанный ТБМ так же хорош, как новый? Короче говоря, да, с оговорками.
Технические характеристики перестроенной машины должны соответствовать геологии этого проекта и уникальным требования. При правильном проектировании и восстановлении подержанная машина имеет следующие преимущества: конструкция проверена, стоимость обычно ниже, и есть преимущество в более быстрой доставке раз. Риски есть только при неправильной постройке ТБМ или при постановке машины
в геологию, где это не подходит. В целом, есть много преимуществ, как очевидных, так и скрытых, от использования восстановленной машины. но восстановление должно быть выполнено с определенными конструктивными ограничениями, чтобы оставаться экономичным.
Всегда есть возможность повысить мощность и тягу машины, но являются строгими техническими ограничениями. При увеличении мощности двигателя привода ножевого вала зубчатые редукторы, зубчатый венец и шестерни конечной передачи должны выдерживать эту нагрузку. увеличение мощности. При увеличении тяги необходимо проверить срок службы подшипника, чтобы убедитесь, что подшипник выдержит повышенные усилия. Если проект требует превышения грузоподъемность захвата на ТБМ для твердых пород, тогда необходимо рассмотреть другую машину. также имеет значение тип ТБМ и экранированный он или нет. Например, если EPB использовании, изменение диаметра EPB таким образом, что требуются новые экраны, не может быть лучшим выбором экономически. Покупка более крупного EPB имеет смысл. в этом приложении. Общая конструкция и использование ТБМ для дальних перевозок просто экономичны, энергозатратны. эффективный и устойчивый подход к бурению тоннелей. Подержанные машины могут и продемонстрировали свою способность выполнять земляные работы с темпами продвижения и успешно пройти многокилометровый туннель.