土压平衡式盾构机维保及故障分析

土压平衡式盾构机维保及故障分析

崔海涛

崔海涛

中铁九局集团第四工程有限公司辽宁省沈阳市110000

摘要：随着隧道工程、城市轨道和地下管廊施工中盾构工法的广泛应用，盾构机作为一种高效集成的专用大型机械设备，市场保有量逐年增加，因此盾构机的维护保养和故障排除就显得尤为重要。本文就土压平衡式盾构机为例提出了一些日常保养方法和全面维保措施，同时以实际工程中盾构机设备故障为例，分析了盾尾螺栓断裂和刀具磨损严重的故障原因及处理方式，为减少盾构机故障发生提供了参考。

关键词：土压平衡式盾构机日常保养全面维保故障分析

1前言

盾构机作为一种集隧道掘进、泥土运输、管片拼装于一体的专用大型机械设备，被广泛应用于隧道工程掘进技术环节。因其自动化程度高、多系统集成、工作环境恶劣等特点，盾构机的维护保养和故障排除一直以来都是难度大、项目多、专业技术性高的工作。文中所述盾构机为复合式土压平衡式盾构机。

2盾构机的维护保养措施

为了使盾构机在隧道掘进中保持良好的运行状态，必须适时进行清洁、紧固、润滑等维护，才能减少故障，充分发挥机械设备工作效能，延长盾构机使用寿命。维护保养工作是按照盾构机各主要组成系统进行的，按照保养时间和保养内容在这里分为日常保养和全面维保两方面来阐述。

2.1盾构机的日常保养

盾构机的日常保养工作虽然繁杂，但都是围绕十字作业方针进行的。清洁工作往往最直观地反映出设备工作状态，工作内容以清洁主轴承内密封处、盾尾底部、管片安装机行走轨道、管片输送小车、皮带机从动轮处、推进油缸活塞表面、所有电机及泵、所有阀组、配电柜内外为主，其中盾尾、皮带机和注浆管路清洁尤为重要。润滑就是对运动部件加注润滑油脂来防止部件磨损，首先要检测盾构机自动润滑系统是否正常，然后对需手动润滑的部位进行油脂涂抹。紧固主要是为了防止连接处松动，主要发生在机械和电气连接部位以及液气线路部位，发现松动立即紧固，同时也要注意有些连接件需要保证扭矩适当调整紧固程度。调整就是根据施工中设备的状况，对盾构机的皮带机刮板、铰接密封等不合理的地方进行整改，对冷却、排污系统进行改进。因为在施工现场维保过程中确实也发生了一些因防护不当导致的传感器划伤、泵阀油路被污染的问题，所以调整工作也应包含对盾构机上一些容易被触碰的传感器、阀组、变压器和高压电缆卷筒进行必要的防护。防腐工作内容主要是防止泡沫和水泥浆液腐蚀电气液压元件，同时对脱漆严重的要及时进行修补防锈处理。

2.2盾构机的全面维保

在盾构机完成区间施工任务接收进站时，我们要视下阶段施工任务对盾构机进行全面维保，对盾构机进行整机清洁、探伤补焊、除锈防腐、修复紧固、更换密封滤芯、加注油脂等。具体方案要依赖于厂家或专业机构对盾构机做出的系统检测评估和设备负责人提供的设备故障记录和维修保养记录。

全面维保工作以盾构机各工作系统划分，从机械、电气、液压三方面入手。对于机械部分，检修内容主要为检查结构件的完好程度，更换所有损坏的部件，工作重点涉及盾体（包括中心回转）、刀盘刀具、推进系统、管片拼装及吊运系统、螺旋输送机系统、皮带输送机系统、集中润滑系统、同步注浆及盾尾密封系统、水循环系统、压缩空气系统、泡沫膨润土系统、台车。机械部分清洁检查修复需要逐个系统整改恢复，往往是全面维保耗时最长的重要环节。

电气部分的检修重点在于更换损坏的传感器、电气开关、遥控器等，同时对电缆表面进行清洁，对大电机的动力电缆进行绝缘测试；补齐电气标识牌，对已经损坏或者磨损的电缆线进行更换。电气元件的损坏更换经常需要委外检测修理，部分电气配件采购还需预留出充足的备货时间。液压流体部分的检修重点在液压泵、油缸、阀、附件、管路，处理渗油的接头，对有渗油或者不满足功能要求的软管、已经达到使用期限的滤芯进行更换，相关密封根据具体情况更换。最后在盾构机进场时，统一更换主轴承、主驱动及各类马达减速箱的齿轮油。在施工任务间隙，我们通过阶段性的全面维保工作恢复盾构机性能，提高设备运转可靠性，减少设备故障，使盾构机能以良好的状态投入生产。

3盾构机的故障分析

在盾构机掘进过程中，因施工地质条件不同、设备系统庞大且关联复杂，经常出现各种故障，准确分析故障原因、及时制止设备劣化、正确解决故障消除隐患是我们设备管理人员的工作目标。

3.1故障案例一

3.1.1故障问题

在以往施工过程中，土压平衡式盾构机推进至1250环时盾构机出现巨大声响并伴随震动，司机立即停机，机修对盾构机进行检查后发现盾尾与中盾连接处发生裂缝，连接螺栓左上至右下部位断裂。

3.1.2处理过程

首先，及时停机对盾尾开裂处进行清理，并且用液压千斤顶及手动调节铰接千斤顶对裂开部分进行复位，然后更换裂开处高强螺栓并对裂开处进行二氧化碳保护焊加固焊接。通过焊接加固焊接，对盾尾与盾体进行加固，继续施工中对盾构机姿态、铰接姿态、推力进行控制，已完成掘进。

3.1.3原因分析

通过对地质情况及故障发生现场调查分析，故障原因为：盾构机位于无水砂层掘进，推力较大，盾构机前方土体变软导致盾体突然向下扎头，盾尾上部螺丝受力突增。同时由于盾尾变形，盾构机左部和上部千斤顶撑靴和盾尾发生干涉，导致推进千斤顶推力有部分作用在盾尾上，导致盾尾受力过大。另外发生断裂的螺栓使用年限较长，螺纹经多次拆装机已经严重老化，在受力增加的突发情况下发生断裂。

3.2故障案例二

3.2.1故障问题

土压平衡式盾构机穿越中风化石灰岩地层，始发掘进至92环时，掘进参数异常，盾构机停机，开仓检查发现盾构机刀具磨损严重。其中中心双刃滚刀固定螺栓、楔形块脱落严重，中心部位滚刀刀刃大部分已全部脱落，中心部位刮刀合金已磨损，其他部位滚刀刀刃也有蹦刃、刀圈脱落现象，边刮刀有的脱落，并且磨损严重。

3.2.2处理过程

停机检修清理损坏刀具，更换单刃滚刀35把，双刃滚刀7把。更换双刃滚刀楔形块，紧固双刃滚刀固定螺丝和边刮刀螺丝。

在后续施工中，要求结合硬岩施工的情况定期进入开挖仓检查刀具磨损情况和刀具螺栓紧固情况。间隔一段时间要求对所有螺栓复紧。

3.2.3原因分析

根据刀盘刀具分布及受损程度推测，刀具损坏是从中间区域开始，由于中心双刃滚刀固定螺丝松动，造成中心刀具受力不均，产生损坏，继而使中心部位的滚刀蹦刃、刀圈脱落。掉落刀具碎片对周边刀具造成附加伤害，周边刀具挤压刀具碎块产生裂刃、蹦刃等情况。

从刀具损坏程度来看，最为严重的是刀盘中心区域和周边区域的滚刀，使用的18寸滚刀破岩能力高，但抗冲击性弱，掘进地层为中风化石灰岩，岩层硬度较高，裂隙分层明显，易破碎。推进过程中，岩石破碎崩落后，刀具轨迹前方可能产生空间，使刀具与岩石碎片产生冲击，导致刀具蹦刃、裂纹等。

4结束语

总而言之，盾构机的维保工作需要按照标准严格执行，尽管工序较多、设备复杂，但是随着管理经验的日积月累和维保工作的标准化管理，各设备使用单位已经逐步形成了科学、系统的盾构机养护模式，盾构机故障的预防消除和排查解决能力也普遍提高。因此我们期待通过对设备机械结构性能的进一步掌握，从而将盾构机维保工作提高层次，保证设备状态性能，提高盾构施工效率和工程质量，推进建筑工程的进一步发展。

参考文献：

[1]盾构机的维修保养措施分析.李林林.交通世界.2018（22）

[2]盾构机停机维修保养可行性探讨.赵乐.商品与质量.2016（33）