盾构机工作运行与维护

葛之东

【摘 要】 随着我国社会经济的发展以及科学技术的进步，人们对交通现状、环境条件等等都不满意，为改善交通压力以及环境自然美观，所以最近几十年开始研究一些能够开挖地铁、引排水、电缆等地下隧道工程的工具，终于，盾构机机械设备就在社会的需求、科技的研究下诞生了。盾构机的应用比较广泛而且其机械设备极其昂贵，因此对盾构机正确使用的 同时需要注意对其保养以延长使用寿命。本文通过对盾构机原理结构的深刻认识，及施工管理制度的研究，总结了盾构机一些维护保养要点和制度要求。

【关键词】 盾构机 应用范围 运行方式 保养与维修

1 盾构机的简介

盾构隧道掘进机，被称为盾构机。是一种隧道掘进的特殊工程设备，现代盾构掘进机聚集多种技术于一体，拥有挖掘切削土体、运送土碴、安装隧道衬砌、检测导向纠偏等功能。盾构机是由护盾、开采机构、前进机构、挖土机构、衬砌机构及其他机构构成。护盾通常是切口环、支撑环和盾尾三部分构成；挖掘机构核心是刀头或刀盘还有支承装置构成；推进机构核心是液压装置比如油泵、油马达、油压千斤顶等共同构成；排土机械中的泥水式核心是由泥浆管及管道共同组成，土压平衡式核心是由螺旋输料器和皮带转运机构成；衬砌机构核心是管片拼装机械手；辅助机构包含壁后灌浆设施、传导测量及检控设施等。盾构机的主要工作原理是一个圆柱体的钢组件安装隧洞轴线边向前移动对土壤进行开采。该圆柱体组件的外壳即护盾，它对开采出的还没有衬砌的隧洞段起到临时保护的作用，承受旁边土层的压力，有的时候还会承受地下水压以及把地下水阻挡在外面。掘进、衬砌等作业、在护盾的保护下进行。盾构机施工主要由稳定开挖面、挖掘、衬砌三大要素组成。

2 盾构机类型以及工作运行

盾构机类型有很多，常见的有：手掘式盾构机、半机械式盾构机、机械式盾构机、挤压式盾构机、泥水式盾构机、土压平衡盾构机等。

2.1 手掘式盾构机以及运行

手掘式盾构机主要是针对开挖面有障碍物、巨大砾石等情况进行使用的，而且这种盾构机机械一般是由人工进行的，因此，掘进的速度较慢。这种盾构机机械对开挖的环境有着较高的要求，例如：开挖面要有稳定性，如若不是稳定性开挖面则需要采取一些措施来改善围岩、底层等开挖面。

2.2 半机械式盾构机以及运行

由于这种半机械式盾构机包括有专用挖掘机械设备和出碴机械设备，因此具有掘进与出碴的功能，同时这种机械还装备了活动前檐以达到防止开挖面坍塌。这种机械一般应用于砂砾土质以及软弱冲积层，在软弱冲积层作业的时候需要采取压气施工法来改良土质层。

2.3 机械式盾构机运行

机械式盾构机装备中有一旋转式刀盘，这大大增加了盾构机的掘进能力。另外还有旋转铲斗和斜槽装入皮带输送机这使得开挖与排土两项工作可以同时进行，其挖掘土质、环境要求如手掘式、半机械式盾构机一样。

2.4 挤压式盾构机运行

挤压式盾构机的运行方法是在挖掘之前在开挖面的稍后方设置隔板，然后在隔板上设置一排土口，挤压式盾构机运作向前移动，则绞出来的土就从排土口排出。由于这种挤压式要求的开挖土质特殊（适合用于软粘土和粉砂质围岩但是又不能在低稳定性开挖进行），因此，很少被采用。

2.5 泥水式盾构机

泥水盾构机运作方式是在机械前部设置隔板，在地面上还设有泥浆处理设备，这种机械是利用悬浮液的体积对泥浆压力进行调节与控制，采用泥浆作为支护材料。开挖面的稳定性是通过泥膜保持水压力，使得开挖面的土、水压力得以平衡，泥水式盾构机通过开挖的土砂以泥浆的形式输送到地面，而地面有着专门将泥浆分离开来的设备，然后将分离开的泥水又返回开挖面。由于泥水式盾构机在什么样的土层中都可以适用，因此，它被广泛的采用。

2.6 土压式平衡盾构机

土压式平衡盾构机的支护材料是土壤本身，因此，在该盾构机运行的时候可以依靠土壤的压力使其保持稳定。

3 盾构机常见故障产生原因以及处理方式

3.1 盾构机刀盘被泥土粘黏以及处理方式

盾构机机械在作业的时候经常会被泥土粘黏上去，这是因为盾构机机械的操作作业大都在土壤中进行。一旦土壤粘黏在刀盘上则会给机械的重要部分带来一系列的危害，例如：刀盘支撑臂中心、渣槽、泥土仓等设备都会堵死损坏，造成盾构机中的螺旋输送机堵塞进而影响作业继续。而针对这种情况的处理方法是：第一，将刀盘一直空旋转着，使得泥饼借离心作用而掉落下来；第二，保持盾构机机械开挖面稳定，然后用人工进行清除泥土；第三，在盾构机机械作业的时候向注入泡沫剂来改善土体粘性，从而使得土体结块自动掉落；第四，在进行盾构机设计的时候要考虑到土体粘黏的问题，在泥土仓添加空心搅动棒并注水来实现对刀盘与泥土仓的清洁。

3.2 螺旋输送机出现喷涌泥水的情况以及处理措施

螺旋输送机出现喷涌泥水的情况是因为盾构机机械进入水砂层施工，而水砂层中含有很多的水量。盾构机机械在作业的时候，这些水通过流水通道进入到泥土仓内，然后在螺旋输送机运作的时候将这些水吸干再运行，但是运行的过程中又产生大量的水，如此恶性循环使得盾构机无法正常运行工作。针对这种情况应采取相关措施来解决：第一，将螺旋输送机关闭，让盾构机刀盘削下的土体将泥土仓将水挤出，这种措施方法要注意泥土仓的压力且盾构机后部密封被击穿的状况；第二，为使得螺旋输送机能够顺利出土，可以通过对泥土仓中注入高浓度泥浆来改善土体；第三，在盾构机机械进入水砂层前将气压调节到平衡模式，以保证泥水不被流入泥土仓内过多。

3.3 头部周期下降情况以及处理方法

盾构机机械头部周期下降也是我们常说的“磕头”的现象，这是由于泥土仓内实际承载的土压力比理论上的土压力要低，才使得这种情况的出现。针对这种情况的解决措施是将泥土仓内的土压力超过理论上的土压力，可以在其加入添加剂使得土体被改善，让其能够容纳更多的土，从而改善盾构机机械的“磕头”的情况。

3.4 盾构机机械呈蛇形前进以及解决措施

盾构机机械呈蛇形前进是由于操作者对其中心轴线以及隧道中心线偏差纠正时操作方法不对，从而使得纠正量数值太大，导致盾构机呈蛇形向前运行。对于这种情况来说，可以通过对偏差数值调节的时候保证在5mm以内，使得纠正量不大从而不易出现呈蛇形前进的情况。

3.5 泥土仓的土压突然大幅下降以及解决措施

泥土仓的土压突然大幅下降是因为泥土仓中含有的空气以及水含量较高，在二者蒸发或空气窜流释放就会使得土压突然下降。针对这种情况可以采取以下方式进行解决：将螺旋输送机和出土闸门关闭，同时在盾构机继续前行的时候依据土质情况进行调节刀盘大小，调节泡沫系统中的空气含量以及水含量从而解决泥土仓土压突然下降的问题。

3.6 螺旋输送机的出料口形成大土堆以及解决办法

螺旋输送机出料口出现大土堆的情况，是由于螺旋输送机的出土闸门排出来的泥土有一部分粘黏性较强的泥土掉到胶带上面，时间一长便会在胶带上面形成大土堆，因此，这个大土堆会在螺旋输送机出料口堆积着。对于这种情况来说，可以通过以下办法来解决：大土堆这种情况一出现便开始让操作员进行清除，在清除的过程中让胶带运输机机继续运转着，则可全面清除干净，同时对盾构机操作过程进行观察，以便采取相关措施解决。

4 盾构机维护与保养

4.1 盾构机的保养

对于盾构机维护与保养来说，首先要遵循“养修并重，预防为主”的维护原则，然后在作业的过程中严格遵循盾构机的操作方法，仔细对盾构机进行保养与维护。进行对盾构机保养主要有两种形式，即例行保养与定期保养，而定期保养分为一级、二级、三级等子保养。一级保养的主要工作是通过维护机械的完好来确保盾构机能够正常运行，而二级保养主要工作是对盾构机设备的工作状况进行调整且排除故障，三级保养是对盾构机主要部位进行检查，可以通过解体检查或使用仪器来消除故障。

4.2 盾构机的修理

盾构机的修理是指对设备的各种损坏以及精度不准确等问题情况进行修理。盾构机的修理是确保盾构机能够正常运行且设备技术问题得到恢复，修理的过程中将设备中磨损、腐蚀以及老化部件进行修理、更换，从而延长盾构机机械设备的寿命周期。

4.3 液压系统的维护

液压油的选择及清洁度一般液压油分为以下3类：a.普通液压油：适用于工作温度较高、运行时间较长、压力范围较宽的系统；b.抗磨液压油：适用于工作压力较高的系统；c.低凝液压油：适用于工作温度较低、运行时间较长、压力范围较宽的系统。保证液压油清洁，液压系统的故障主要由于液压油的污染变质导致的。所以，现场施工中要注意以下几点：油源清洁、工作区域清洁、系统清洁。

泵站日常维护，油泵作为液压系统的动力来源，对于系统的正常使用起着至关重要的作用。在维护中要从以下方面着手：透气装置：对于盾构机来说由于周围环境比较恶劣，要注意不要有水等通过此处进入油箱。有些滤芯是多次重复利用的要注意定时拆卸下清洗；泵站油位：对于油箱的油位一定要有明显的标记以便查看，提前加油；油温，盾构机的油箱一般都有温度传感器，当油温高到一定程度，油泵自动停止工作，切忌不要因为一时的利益，将其短接。油温过高会导致很多的问题，比如，油封提前老化、油泵摩擦加剧等。液压元件的维护：液压泵在出现下列情况之一时，应外送修复保养或更换：排油量不足，执行机构动作迟缓、压力或压力脉动较大、异常噪声、内渗或外漏、泵体发热、变量机构失灵；液压缸或气缸出现下列情况之一时，应外送修复保养或更换：爬行、推力不足，工作不稳定、内渗外漏、活塞杆表面镀层脱落、缸筒凹陷；控制阀出现下列情况之一时，应更换或保养：异常振动或噪声、内渗或外漏、动作不灵或无动作、电磁铁过热或烧毁、调整元件操控实效。

5 盾构机管理制度

5.1 盾构机管理原则

保持盾构机完好，充分发挥盾构机的效能，取得良好的投资效益；依靠技术进步，促进生产发展和预防为主；坚持设计、制造和使用相结合，维护与计划检修相结合，修理、改造与更新相结合；专业管理与现场管理相结合，技术管理与经济管理相结合的原则。

5.2 盾构机维护、保养制度

盾构机保养种类可以分为：每日维护保养：由盾构机操作人员和盾构机日常维护人员按照规定的检查路线，对照相关标准，认真对盾构机进行“清洁、紧固、调整、润滑、防腐”十字作业，清楚故障隐患；定期维护保养：包括周保养、月保养、季度保养、半年保养和年保养。定期保养应由盾构机日保人员配合维修班专业人员进行，以专业人员为主；工地转移前和调头期间保养：为使盾构机到新工点后能迅速投入生产，应进行一次全面的检查、维修、保养。要保证盾构机正常运行，工程建设过程中做好对盾构机的定期维护及工程结束后对盾构机的维护与保养是必不可少的。

5.3 保养计划的制定与实施

机电部应根据工程任务、盾构机日常使用情况和盾构机保养规定内容，每月编制保养计划，与施工计划同时下达，严格组织实施；当盾构机运转到保养周期时，由机电部按保养计划把保养任务下达给参与盾构机保养的各单位负责人，有各单位负责人对保养内容进行具体分工；日保养与周保养利用盾构机作业间隙进行，不再安排时间。

6 结语

盾构机应用范围较广泛而且在隧道开挖的时候发挥着重要的作用，为人们的生活带来很大的便捷，同时为整体环境规划也带来积极的作用。另一方面，由于盾构机机械设备价格昂贵而且在隧道工程方面发挥着极其重要的作用，因此，在进行运行操作的时候要注意方法方式，加强对其保养与维护以延长盾构机使用寿命。随着我国高铁建设和城市地铁建设高峰期到来，盾构法施工以其安全、优质、高校、环保、劳动强度低等优点在地下施工工程中得到广泛应用。我国早期引入的盾构机已到达一定适用年限和在施工过程中盾构机会出现某些故障，要保证盾构机正常运行，工程建设过程中做好对盾构机的定期维护及工程结束后对盾构机的维护与保养是必不可少的。

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