盾构针对性改造与调试检修技术

文清泉

摘要：盾构机是集机械、液压、电气、通讯一体的大型工程机械设备，根据地铁盾构施工需要，盾构机的转场需要解体后进行，在下一个区间施工前需要再次组装、整机联动调试满足要求后方可始发。盾构机再次组装、调试期间要进行必要的检修及某些功能的升级改造，以满足预掘进地层的需要，同时还需要处理一些不可预见的异常故障，盾构机的工地组装、调试是保证盾构顺利掘进施工的重要工序。

关键字：盾构机适应性改造 组装调试 故障检修

0、引言

南昌轨道交通2号线三标段的2台盾构机由中国铁建重工集团有限公司生产，刀盘驱动有6台132KW的变频电机驱动，盾构机的各系统驱动电机大于30KW的皆采用变频驱动，主机长度约8.7m（含刀盘），设备总长度约83m，主机重量约300吨，整机重量约450吨。用于本标段的2台盾构机2013年用于南昌轨道交通1号线完成掘进2400m，2015年转场南昌轨道交通2号线3标，本文以用于本工程左线的盾构机为例阐述盾构机转场后的检修、改造及调试中的故障排除的方法。

1、工程概况与水文地质

南昌轨道交通2号线一期工程土建施工03合同段计2站3区间，前湖大道站～学府大道东站区间长708.250m，隧道顶板埋深为9.10～15.20m；学府大道东站～翠苑路站区间长1465.25m，隧道顶板埋深为5.87～14.78；翠苑路站～地鐵大厦站区间长1228.451m，隧道顶板埋深为9.70～23.44m。用于本工程的盾构已完成南昌1号线2400m掘进后转场到地铁大厦站始发，向翠苑路站方向掘进。

盾构主要穿越地层为：中砂<2-4>、粗砂<2-5>；砾砂<2-6>、圆砾<2-7>、卵石<2-8>；强风化泥质粉砂岩<5-1-1>、强风化砂砾岩<5-2-1>；中风化泥质粉岩<5-1-2>、中风砂砾岩<5-2-2>、中风化泥岩<5-3-2>；微风化泥质粉砂岩<5-1-3>。

沿线分布的砂砾石层一般为稍密～中密，饱和，属于富水地层，地下水位于地表以下5～7m，具有强透水性，且与地表水水力联系十分密切。

2、刀盘改造

盾构原刀盘结构为辐板式结构，如图1所示，开口率37%，中间部位开口率相对较小；刀具型式有：有滚刀（齿刀）、周边刮刀、贝壳刀、切刀、、保径刀，其中滚刀、齿刀根据地质情况可互换，根据南昌轨道交通1号线丁公路北站～八一广场站区间的掘进情况，盾构在泥质粉砂岩地层掘进，由于中间开口率较小，结泥饼严重，如图2所示，导致推力增大，推进速度减慢，2台盾构在下穿八一广场区间刀盘结泥饼严重（推进速度不足10mm，推力2100T），采取了由隔板冲洗泥饼的方法，刀盘周边的泥饼在高压水的冲洗下收到了理想的效果，由于盾构处于上软下硬地层，必须保压掘进，刀盘中心部位泥饼难以冲洗。在2号线施工前，在满足刀盘强刚度的条件下，对刀盘进行了改造如图3所示，将与十字刀梁相连刀梁的内部结构割除，刀盘中心现场R1260mm的4处近似四分之一圆的进渣口，中心部位的开口率增大到40%，改善了中心部位的进渣状况，有利于防止刀盘中心泥饼的形成。在刀盘泥饼冲洗的配合下对防止刀盘泥饼起到积极的作用。

图1 原刀盘结构型式 图2 刀盘泥饼 图3 改造后刀盘

3、盾构组装调试

3.1 、组装

盾构组装前必须熟知所组装部件的结构、连接方式及技术要求；遵循由后向前、先下后上、先机械后液压再电气的原则；液压管线的连接必须保证清洁，禁止使用棉纱等易脱落线头的物品擦拭；组装过程中严禁踩踏、扳动传感器、仪表、电磁阀等易损部件；对盾构所有部件的起吊，必须保证安全、平稳、可靠。

3.2、调试

盾构调试分为空载调试、负载调试；空载调试在盾构组装完毕，根据调试大纲对总装质量及各种功能进行检查和调试；经调试整机满足相应技术要求后开始试掘进，试掘进期间即为盾构的负载调试期间，是对整机性能的检验，为正常掘进奠定基础。

（1）电器部分运行调试

送电前检查高压柜﹑配电柜﹑变频柜﹑控制室内的断路器﹑漏电保护器﹑电流分配器等开关元件必须处于分闸断路状态；检查各电器元件是否潮湿，如果潮湿需用热风枪烘烤，并放置干燥剂；根据图纸，检查已经接好的线路，确保线路无接错接反或漏接的情况。经检查无误后，逐级向下送电，配电站10KV配电盘→盾构机上10KV开关柜→盾构机低压主断路器。盾构台车变压器送电后保压24h在向下级电气送电；在送电中，需按照先总后分，从上级到下级分系统依次送电，并且在送电过程中用万用表检查送来的电压电流是否正常。

逐项检查各信号线路的连接情况；确认各种紧急按钮是否有效；接通电源前需确认各个部分电压是否符合要求，确认各个漏电保护开关是否有效，确任各传感器是否有效，确认各系统的远程、本地控制的有效及连锁性能，检查各报警器的工作状况，检查各控制信号的可靠性及各指示灯的工作性能。

（2）液压流体系统调试

检查内外循环水的工作情况，检查内循环各管路有无泄漏及流速、压力、温度显示情况，检查外循环水系统的滤芯及各压力表的工作情况，检查安全阀的有效性，检查各管路有无泄漏情况。

检查主驱动齿轮油系统，启动空压机检查各气路连接及密封情况，检查各油脂泵工作情况并泵送油脂，检查各油脂部位的注脂情况。

确认液压油箱的油位和各个减速机的油位；排空液压泵内的空气，排空润滑油管路内空气，并确认各油路分配阀运行情况是否良好；依次对每台液压泵进行无负荷运转，直到泵内无空气混入的声音为止，根据设计要求依次调整确认各系统的压力，并确定各溢流阀的有效性及仪表的显示情况；依次启动各个液压油泵和各驱动马达，检查运转是否正常；随时观察各种管路是否漏油，在有危险的部位放置警示牌。

各系统分别调试完毕满足技术要求后，进行联动调试，确认整机的工作性能满足空载调试技术要求及试掘进需要后，进入试掘进的负载调试阶段。

4、故障检修

4.1、PLC模块故障排除

PLC系统通电调试模块主站一直处于STOP状态，RUN不起来，如图4所示，根据PLC的运行原理，首先检查PLC程序，组态和程序检测显示正常。进一步检查主站模块硬件，经过拆卸测量后，发现主站上面的RUN，STOP的拨动开关存在问题，当拨到RUN状态时，应该处于导通状态的触点没有导通，经短接让这两个触点导通时，主站RUN不起来的故障清除。现场暂时把RUN上面的那两个触点强制联通以排出故障。

图4 模块主站 图5 9-18A1子站 图6 2号变频器

PLC系统9-18A1子站通电后，一直处于故障状态如图5所示，首先更换了DP接头和接口模块，故障未消除，因现场检测条件限制，难以对模块进行定性检测，为判断模块是否损坏，把子站上所有小模块拆下，与另一台正常掘进的盾构上的相同模块依次对换试运行，发现9-18A4到9-19A1连续的六个模块都已经坏。

综上故障分析，以上2个故障的原因有：盾构机2012年底到场，到2015年4月已超过2年，在日常使用中，RUN，STOP拨动开关使用并不频繁，所以可以排除因经常使用而导致的使用不当因素；在设备转场期间，露天存放时间长，在组装期间车站内湿度大，防潮措施欠佳，在调试通电前已对主控室内的电气元件进行烘烤祛湿，模块在潮湿环境下的寿命大打折扣，可以判定该故障应为受潮导致寿命降低的因素。

4.2、通讯故障排除

调试过程中，出现了一个"刀盘驱动应答失败"的红色故障，首先检查变频柜内刀盘驱动通讯线的DP接头，经过检查并更换DP接头后，其红色错误故障未能清除，接着检查从主站开始至其后的子站通讯线及DP接头；在检查第三个子站的DP接头的时候，出现了后面子站都连接不上的情况，重新做DP接头，把DP接头从新接到接口模块上，并且给主站先断电再从新上电后，刀盘驱动应答失败和其他子站通讯连接不上的故障清除。

在实际施工中，通讯DP接头内部接线可能存在接触不良，通讯屏蔽线未能良好的接地，DP接头内部ON/OFF开关损坏等情况，这样有可能导致出现通讯故障；详细检查DP接头内部接线，或更换DP接头可以消除故障；在设备吊运过程中，由于震动等因素导致卡槽的固定螺丝松动，在紧固后再插入DP接头模块可消除故障；通讯线路检查完毕，主站重新启动复位。

4.3、变频器故障排除

在刀盘驱动系统送电后，变频器显示正常，满足刀盘启动条件，按程序启动刀盤无异常现象。几天后再次启动刀盘时，2号变频器出现错误代码"5"和3号变频器出现错误代码"17"，此两种错误报警无法用普通方式消除警告，经查询变频器资料得知，"5"错误代码为过电压，"17"错误代码为输入缺相。其中出现"5"代码过电压的2号变频器测量其母线电压高达806VDC如图6所示为"2"号变频器故障显示，远远高出正常值570VDC。从而导致其输入电路底板上的电阻爆掉，经过测量发现其W相的逆变器被击穿，变频器主体出现故障，主体需返厂维修，更换一台变频器。

对于出现"17"代码输入缺相的变频器，首先我们用万用表测量输入线三相对地均为230VAC，两相之间均为410VAC，测量数据表明三相不存在缺相和偏相的情况；将输入线转接到另外一台正常的变频器后检测结果相同；检测变压器输出端电压正常，如图7所示，由此确认电源输入端未存在缺相问题，故障存在与变频器内。检测变频器母线电压，母线电压显示为716VDC，如图8所示，比实际测量的母线电压570VDC高出许多，由此判断该故障是由缺相检测回路和母线电压检查回路故障引起，如图9所示，并用电脑通过程序进一步确认后，更换线路板，变频器故障消除。

此次变频器故障的主要原因，设备已出厂2年多并完成掘进2400m后停机时间长，变频器在潮湿环境下未做好防潮与日常的保养工作，变频器线路板因除尘不到位在潮湿环境下启动导致线路板故障。设备在停机期间应做好变频器的除尘和祛湿工作；在调试时若检测到母线电压高于或低于正常值时，故障排除时根据需要可先拆下变频器出线端，主板拆卸更换后可能出现数据丢失的情况，此时可以用变频器的小操作板，把参数复制过去，以恢复变频器的正常运行。

5、结束语

盾构的设计制造具有较大的针对性，盾构选型的成功与否关系到盾构施工的成败，盾构刀盘应根据地质水文条件的不同进行必要地改造或更换，尤其在泥岩中刀盘中心较大的开口率更有利于防止刀盘泥饼的形成，保证盾构的顺利掘进；根据设备状况对盾构的适应性进行评估，根据需要升级改造不利于盾构顺利掘进的系统或部件。

盾构在转场组装中，要严格按相关技术要求进行施工，按照先分系统后整机联动的顺序进行调试，只有空载调试满足要求后方可开始试掘进的负载调试。

盾构调试期间，对设备进行全面的检修保养，在处理调试中出现的设备故障时，遵循首先清楚该系统（部件）的工作原理及与其它相关系统（部件）的关系，采用逐项排除的方法，必要时借助于程序电脑进行进一步确定，以准确判断故障，尽快排除故障。

盾构在转场停放期间要做好设备的保养、检修及电气系统的除尘工作，调试送电时应逐项检查无误后通电，发现问题及时处理。

参考文献：

[1] 李洲. 地铁盾构始发试掘进施工技术[J]. 中国高新技术企业. 2011（08）

[2] 俞琚，王金星. 隧道掘进机产业发展状况及工作建议[J]. 建设机械技术与管理. 2011（05）