广深港泥水盾构主轴承损坏原因分析

李大伟，刘金祥，赵新合

（中铁隧道集团公司专用设备中心，河南 洛阳 471009）

1 工程概况

广深港客运专线广深段位于广东省中南部，该线北起广州铁路枢纽的新广州站，向南经番禺区的沙湾，然后折向东经黄阁镇，下穿狮子洋后进入东莞市，经过东莞市沙田、虎门、长安等镇，进入深圳市，并在龙华设新深圳站。

由中铁隧道施工的广深港客运专线SDⅢ标位于狮子洋隧道的东莞侧，包括引道段180m，明挖暗埋段597m，盾构井23m，盾构段4 750m。

2 主轴承使用情况

广深港客运专线SDⅢ标隧道段采用直径11.182m泥水盾构施工，盾构主轴承生产厂家为RotheErde，轴承直径4 800mm。该盾构于2008年4月25日开始掘进，4月27日掘进过程发现刀盘前部有异响，停机采取如下措施进行处理：①开仓检查刀盘没有发现刀具掉落；②检查刀盘与前盾之间是否存在干涉，并对可能产生干涉的安装刀具用的吊耳进行处理；③将泥仓内泥浆液位降到最低，检查泥水仓底部没有发现异物；④采用内窥镜检查主轴承并对油液进行分析均未发现异常。

上述检查措施未发现异常后决定继续掘进，正常掘进大约10环后异响消失，后续掘进过程加强主轴承油品状态检测和主轴承密封油脂消耗情况跟踪，均未发现异常。掘进到2 100环左右，主轴承油水检测情况逐渐恶化，主要体现在以下几方面：①齿轮油粘度急剧上升且含水量严重超标油中有大量粉尘、油泥及磨损金属颗粒污染，严重影响润滑效果；②齿轮油颜色变黑，明显看出有油脂进入，后期齿轮油成半固态；③齿轮油漏油严重，施工过程频繁加油；④铁谱分析显示齿轮油中有大量铝、钠、硅、镁、钙等元素，制作泥浆用的膨润土泥浆含有此类元素，由此分析轴承内已经进入膨润土泥浆；磨损金属元素Fe、Cu含量严重超标，表明该系统存在严重异常磨损。

2010年9月19日主轴承油水检测情况如表1～表3所示。

表1 油品理化指标

表2 元素浓度（mg/kg） ASTM D6595-2000

表3 磨损颗粒和污染杂质特性(铁谱定性分析)SH/T 0573-1993

3 主轴承拆解损坏情况

3.1 外密封情况

主轴承外密封由5道唇形密封构成，拆解后发现外密封唇形密封已经损坏，与密封结合的跑道面及内圈存在严重锈蚀，结合面上面发现有大量的油脂和泥土混合成的碴滓；外密封跑道面出现多道磨损凹槽，从内到外深度逐渐加大，最深磨损量约为6～10mm。

3.2 内密封结构

主轴承内密封也是由5道唇形密封构成，拆解后发现存在严重污染，密封跑道面存在严重锈蚀，并存在表面剥落现象。

3.3 主轴承

主轴承由于露天存放时间较长，表面锈蚀严重，螺栓存在锈蚀、断裂情况，拆除十分困难，将主轴承彻底拆除后发现内部的情况更加糟糕，具体如下。

1）主推滚子轴承 主推滚子轴承由两排组成共计208粒，从拆解来看，大多数滚子都已破碎成鹅卵石状，相对完整的滚子大约30粒且都不能继续使用，表面有不同程度的损伤，主推力滚子保持架全部散架。

2）辅推滚子轴承 辅推滚子轴承为单排结构共计156粒，其中有143粒相对完整，多数表面锈蚀，结构内部夹杂有大量泥沙，多数保持架存在断裂散架现象。

3）径向滚子轴承 径向滚子轴承为单排结构合计220粒，从拆解情况来看径向滚子情况相对较好，多数保存完好，部分保持架断裂，大部分相对完整，但结构内部存在泥沙且磨损严重。

4）主轴承主推滚道 主推滚道面整体存在严重锈蚀，表面存在不少电容蚀坑、磨损坑，损伤严重处多达21处，最大损伤的深度达20～30mm，面积约100cm2。

4 原因分析

从整个轴承的拆解情况来看，锈蚀现象较为严重，主推力滚子损坏已经达到惨不忍睹状况，整个轴承已经报废，造成主轴承严重损坏以致报废的原因如下。

1）该项目的水压达到7bar，压力较高，油脂稍微注入不到位泥水舱内的泥浆就会在压力作用下通过迷宫进入轴承密封，海水和泥沙的腐蚀作用加剧了密封和密封跑道面的损坏，致使泥浆进入轴承结构内部，使轴承滚子在夹杂硬质小颗粒物后滚子及滚道面首先出现压痕，在重载作用下逐步损坏。

2）盾构组装或洞内焊接刀盘时，搭铁线未严格按标准放置，致使主轴承滚子和滚道面接触处有大电流通过，产生了电熔蚀坑，电熔蚀坑随着运转时间的延长，逐渐剥落并呈扩大趋势，最终导致主轴承滚子及滚道面的损坏。本次拆解发现了多处电腐蚀坑也证实了这一点。

3）掘进至2 100环时轴承油水检测数据出现较大问题，本应该停机进行彻底清洗检查，但未能引起足够重视，也未向上级反映，继续“带病”使用，加剧了轴承的损坏。

4）2 900环左右盾构机油水检测显示各种元素杂质严重超标，本应该再次停机进行彻底清洗和检查恢复，但项目为了满足业主工期要求，继续“带病”施工，最终导致了主轴承的彻底报废。

5）主轴承拆解后直接将轴承内部的齿轮油放掉，导致轴承内部锈蚀。露天存放并且直接放置在地面上，经过长年风吹雨淋使轴承外部锈蚀且雨水进入轴承内部，加剧了轴承的损坏。

5 建议与总结

影响主轴承寿命的因素是多方面的，油脂注入不到位、焊接时搭铁电流经过轴承等都会造成轴承寿命的降低，再一做好大型设备的油水检测工作能够及时发现故障避免悲剧发生，建议在现场施工过程中做好以下几点。

1）重要零部件（如主轴承、油缸、PLC）附近焊接时，搭铁线和焊接点必须在同一个工件上。焊接前进行技术交底，施焊时严格执行技术交底，必要时技术人员应全程跟踪监督检查。

2）润滑油脂和密封油脂的注入量和注入压力应和压力关联，确保密封腔的油脂始终高于泥水舱压力，避免泥浆进入主轴承密封舱内。施工过程中应做好油脂用量记录统计，根据掘进情况变化调整油脂用量。

3）大型设备应做好油水检测工作，据统计大部分故障发生前在油水检测方面能有征兆，设备运行过程中应建立油水检测和震动监测的台账，对日常的油水检测和振动监测记录进行统计分析，提前发现设备故障，将问题消除在萌芽阶段。

4）设备发生故障时应及时组织召开故障处理专题会，将对设备的损伤降低到最小，并及时总结经验教训。

[1] 李大伟．某盾构主轴承油脂消耗分析与控制[J]．隧道建设，2014，(1)：83-87．

[2] 司东宏．径向载荷作用下盾构机主轴承的有限元分析 [J]．轴承 ,2013，(8)：13-16．