潘 敏 洺

(中国水利水电第十工程局有限公司 机电安装分局，四川 都江堰 611830)

1 概 述

隧洞掘进机是利用回转刀具在开挖的同时破碎洞内围岩及掘进，形成整个隧洞断面的一种新型、先进的隧洞施工机械，在国际上已广泛应用于水利水电、矿山开采、交通、市政等工程使用。由于隧洞掘进机应用的广泛性，不可避免地在机械、液压、电气等方面也带来很多问题，为了保证TBM正常掘进，在保证洞内电气系统正常的情况下，同时也要对洞外电气系统进行日常维护，在其发生故障时，必须进行及时、有效地分析和处理。

2 TBM供电

TBM的破岩过程是一个消耗电能、由电能转化成机械能不断做功的过程，TBM的用电特点是：耗电量大、负荷波动大、电动机功率大。因此，使用TBM进行隧洞施工的工程，首先必须要保证有足够大的电源容量；另外，TBM主要工作在阴暗潮湿的山洞中，潮湿、粉尘、振动等恶劣的工作环境对供电系统提出了更高的要求，而且TBM及其后配套系统中用电设备种类繁多，因此，其供电系统必须满足这些特殊要求。TBM的洞外供电系统为整个隧洞施工提供电力供应，因此，TBM洞外供电系统不仅仅负责为TBM的正常工作提供电源，负责为隧洞内的通风、照明、排水等提供动力，同时还要满足工地其他动力设备及生活用电的需要。

2.1 TBM供电系统的设计原则

(1)供电系统提供的电源总功率必须满足系统要求。TBM是大型工程施工设备，完全依靠电能实现其作业，因此其供电系统提供的电源总功率必须满足系统要求。

(2)供电系统输出电压类型及功率应满足TBM中各设备的要求。TBM是多种机电设备、测量仪器的集成化产品，其中包含的设备很多，其功率及电压类型也不完全一致，因此，TBM供电系统必须能够提供多种类型的供电电源以满足不同的需求。

(3)TBM供电系统必须满足不断掘进的要求。TBM在施工掘进的过程中不断向前移动，因此，TBM供电系统应能够不断地续接，以满足TBM的需求。

(4)供电系统必须设计出性能优良、容量足够的后备TBM应急电源。TBM的工作环境非常恶劣，也非常危险，如果突然断电，隧洞内的照明、通风设备将不能正常工作，隧洞内的有害气体会给施工人员带来极大地危害，因此，TBM供电系统除应具有正常的供电系统外，还必须配置后备应急电源。

2.2 续接电缆的步骤与注意事项

(1)TBM进洞时的供电首先使用500 m随机柔性电缆绕越电缆卷筒，一端与TBM变压器一次侧相连，一端则直接与洞外的分支箱相连，随着TBM不断往前掘进，20 kV高压电缆也需要不断的续接。

(2)当TBM随机500 m 20 kV柔性电缆放至最后十圈时，洞外将新的一圈电缆用火车运进洞内预先铺设好，为接下来的续接电缆做好准备。

(3)当TBM随机500 m 20 kV柔性电缆放至最后几圈时，洞外发电厂将断开20 kV电源，将TBM后方分支箱的柔性电缆头卸下，再将事先放好的20 kV电缆头装上，让火车将柔性电缆收回至TBM后方，操作卷筒控制钮让电缆自动卷回。将准备好的分支箱安装在管片上，接上新电缆与柔性电缆头。

(4)最后检查电缆是否有异常情况，如果没有即可通知电厂送电。当发电厂把20 kV高压电送上之后，检查分支箱是否有漏电、异响等异常情况出现，如果没有问题，再投TBM上的变压器(如此循环往复，每掘进500 m加一节新的500 m国产电缆，保证TBM向前掘进)。

2.3 洞内照明电缆的延伸

(1)随着TBM不断往前掘进，洞内的照明电缆也要不断地续接。照明系统是由洞外输送至洞内的400 V三芯电缆加一根零线四芯组成的，但照明需要的是220 V电压，故仅需一根火线与零线即可完成照明的正常运行，为了使电压平衡，把四芯分为A、B、C,零线。A、B、C分别接一个灯泡，零线共用，依此循环，就可以保证三相电压的平衡了。

(2)电缆和灯头的制作是在洞外进行的，每150 m为一段，灯与灯的间距为15 m左右，一头一个接线盒，以方便工作人员续接电缆。如此循环往复，每掘进150 m加一节新的150 m照明电缆，用以保证洞内照明。

2.4 皮带供电

TBM从刀盘到最终出渣系统由1、2、3、4、5号皮带所组成，均由洞外的主操作室控制，但在掘进时均由TBM副操作室控制。洞内外所有的皮带电气控制都是由洞外的主操作室控制，所以，洞外电气人员必须要了解操作室内所有的电气回路及位置，一旦因为洞外皮带操作室出现问题，洞外的电气人员应能够快速准确地找出故障原因，使TBM快速恢复正常，从而保证TBM正常掘进。

洞外有3、4、5号皮带，因此，一定要了解每一节皮带有哪些开关和传感器，以及这些开关和传感器的位置和哪些地方容易出现电气问题，了解操作室里的各种电气回路，了解拉紧开关的使用与复位，一旦因为皮带缘故导致TBM停机，必须能以最快速度找出事故的原因并马上修复；如果不能及时修复，需及时向领导反映，尽快达到恢复TBM掘进的目的，保证TBM正常施工。

2.5 风机供电

风机由三台200 kW的变频式风机组成，三台风机同时启动往洞内输送风，用以保证洞内作业人员的正常作业。

3 TBM突然停电的解决办法

3.1 造成停电事故的条件

TBM是连续生产的高危作业，各种电气设备或设施由于设计、制造、安装、调试、运行、维护不当等很多原因而导致发生的电气故障都有可能造成停电事故。同时，由于部分电力设备或设施分布在森林中，因此，非人为外力因素导致停电事故发生的风险性较大。

3.2 分析造成停电事故的原因

自备电源由于平时检修不及时、维护不当或油料准备不足而造成发电机机组不能正常启动；各种电气设备或施工设计、运行、维护不当，以及巡检过程中工作人员因疏忽大意未发现安全隐患而导致的电气故障；人为因素，如误操作、施工期线路遭破坏等。

3.3 处理方案

一旦27 km发电厂主电源停电 ，立即启动28 km备用电源(825 kVA发电机)并根据要求执行送电范围；洞外电气人员必须随时了解主、备电源的工作情况，并安设工作信号系统和警报系统，一旦某一回路停电，立即发出警报；洞外电气人员根据停电电源，立即采用另一回路进行送电，以保证通风系统投入运行，进行有害气体排放，保证洞内工作人员的生命安全；根据造成停电事故的原因并对其进行分析，对不足之处进行彻底整改，尽快恢复生产，对停电应急预案的不足之处进行完善、修订，以保证TBM正常运行。

4 洞外其他用电设施

TBM的正常掘进离不开洞外的所有配套设备，例如30 t门机、机修车间、砂浆站、水泵房、洞外照明等。这些设备一旦出现故障，都有可能影响到TBM的正常生产。为了不影响TBM的正常生产，保证这些设备的正常运行，项目部会定时、不定时地对这些设备进行电气方面的维护保养，对容易出现故障的设备进行保养或更换。由于现场施工情况复杂，应随时对变压器和各个高、低压盘柜的运行状况进行监控。

小火车是TBM的生产线，也是其生命线，其起到的作用非常大。例如，洞内作业人员上下班的运输、物资设备的运输、一旦停电洞内作业人员的撤离等都必须由火车来完成，所以说它起到的作用非常关键。但火车也离不开电，且其用的是直流低压电源，相对来说要复杂一些，但作为TBM电气维护人员来说，对于低压用电设备的维护和保养也是必须学习和掌握的，因为它关系到TBM的进度与作业人员的生命安全，所以必须保证小火车的正常运行，保证一旦出现电气故障都能第一时间去排除。

5 结 语

(1)在TBM正常掘进的情况下，洞外电气人员必须随时做好洞外供配电系统的维护，以保证TBM洞外电气供配电系统一切正常。

(2)如果洞内岩石有塌方、断层或在多雨的情况下，洞外电气人员必须随时关注洞外皮带传感器的工作情况，防止传感器因特殊原因失效或断开而影响TBM的掘进。

(3)洞外电气人员必须随时关注TBM洞内供水系统是否正常，以保证TBM洞内工业用水水压力充足。

(4)保证洞外所有电气设备的卫生清洁、工作温度、密封绝缘性、接线端子的绝缘和紧固性，任何一种原因都直接关系到电气设备的运行状况。

(5) 随时关注洞外风机的工作情况，保证风机能够给洞内充足的氧气，如有风机因特殊原因停运，必须及时采取应急发电机启动预案，以保证洞内工作人员的生命安全。

(6)洞外电气工作人员应随时关注砂浆罐工作是否正常并保证砂浆罐正常工作，以免因砂浆罐电气问题而影响TBM的掘进。