地铁盾构施工设备管理及维保技术研究

2021-01-24邵立国

设备管理与维修 2021年6期

邵立国

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

我国正加大城市轨道交通工程建设力度，以地铁工程为例，目前最为主要的施工方式是隧道盾构施工，主要的施工机械设备是盾构机。此类盾构施工设备在高强度且恶劣的作业环境中，难免经过长时间运行会出现各种类型的故障而影响其运行效率，还可能会引发安全事故并造成巨大的经济损失。因此，为了避免或减少上述情况，则需要加强对盾构施工设备的管理与维保工作，保证此类设备性能并延长其使用寿命，提升设备运行效率和施工效率，保障工程施工安全，进而提升工程施工进度和施工经济效益。

1 盾构施工设备管理与维保的现实意义

盾构施工设备具有复杂结构和多个子系统，其中比较关键的系统主要有机械传动系统、润滑系统、液压系统和通风系统等，一旦其中某个系统或者系统中的某个部件出现故障，则可能影响整个系统的正常运行，进而会影响隧道掘进施工效率和地铁工程施工进度。因此，需要在施工过程中做好此类设备的管理与维保工作，结合设备具体类型和工程施工进度情况等，制定科学的设备管理与维保策略，通过有效的管理措施提升设备性能，保证设备处于最佳运行状态，提升其运行效率，并最大化降低故障概率。具体工作是对所有子系统开展定期的安全排查来保证系统处于正常状态，尽量减少事后维修工作，通过事前预防方式减少设备故障概率。

在此设备管理过程中，需要同时重视设备使用操作和维护保养管理，检测与检修相结合，以预防为主的原则开展设备管理工作，通过完善的制度来约束人为操作，减少人为主观因素对设备造成的影响，在此基础下保证设备管理工作的规范化，保证按照既定的管理规划达到预期管理目的。

2 盾构机工作原理

隧道工程施工中应用的盾构机，原理是使用一个圆柱体的钢组件，在向前推进的过程中对土壤进行挖掘。在此圆柱体的钢组件外部有起到护盾作用的壳体，在开展掘进作业的同时，也支撑周围土体或者地下水等压力，起到支护的作用，保证在此护盾的保护下有序开展挖掘、排土以及衬砌等工作。

在盾构机的掘进阶段，由盾构机中的液压马达驱动刀盘，在推进油缸的作用下推动盾构机前进，在此过程中随着刀盘的旋转切削土层，并将切削下来的渣土运输到土仓中。通过盾构机中螺旋输送机的作用，将土仓中的渣土通过皮带输送机向渣土车的土箱中运输，最后通过竖井向地面运输。在掘进过程中，土仓和螺旋输送机中的渣土达到一定数量后，刀盘旋转时切削下来的渣土就会通过刀槽进入土仓中，而土仓的土压与开挖面的土压以及地下水的压力等处于平衡状态时，就可以保持开挖面稳定，保证掘进作业的顺利开展，在此过程中也不会出现坍塌或隆起等问题。为此，需要保证向外输送的渣土量与切削下来的渣土量相同。在盾构机掘进一段距离之后，需要工作人员操作拼装机对单层衬砌管片进行拼装，实现隧道的一次成型。

3 盾构机维修保养工作策略

3.1 盾构机常见故障

（1）液压系统故障。盾构机液压系统中的推进系统主要负责推进盾构机前进，但是在运行中如果出现油接头安装不规范现象而降低此部位的密封性，油接头密封圈经过长时间使用而老化失效，受到长时间的振动因素影响而导致油接头松动，油温过高而导致液压油的黏度降低等，造成了漏油问题，或回油背压过高导致部分回油管路出现泄漏问题等，都会导致液压系统故障。

（2）刀座与面板磨损。在盾构机运行中，为了防止刀座和刀盘面板接触而出现磨损问题，通常使用滚刀、弧形刮刀和切刀等。但是如果在对硬岩段进行掘进作业时，会导致上述刀具出现不同程度的磨损甚至损坏问题，影响其保护作用的发挥，导致刀座与面板接触。也会由于刀圈材料过硬而造成磨损问题。

（3）管片安装及无法旋转和移动。盾构机运行中对管片安装及旋转、移动的控制主要是通过PLC 模块来实现的，一旦出现熔断器异常或者PLC 模块异常，则会影响上述控制过程。针对此故障需要检查接头位置来判断是否出现了接头松动或断开等问题，而且要及时更换出现故障的模块。

3.2 盾构机维修保养策略

针对盾构机运行中的常见故障，需要采取修养并重的方式，同时提高对保养工作的重视，做好常见故障的检修和预防。在开展维修和保养工作中，首先针对全新盾构机开展试掘工作，通常试掘工作长度为100 m。经过100 m 试掘之后，需要更换盾构机中的滤清器，添加刀盘驱动齿轮油，开展设备全面检查和保养工作。在此设备初投入阶段，要适当增加检修保养频率，为后续设备稳定和高效运行打下坚实基础。

在盾构机运行中，工作人员应该深入现场检查设备运行性能和配套设备运行状况，结合相应的设备运行和保养记录，掌握盾构机近期的运行状况，分析此阶段中出现的问题，通过预防性养护排除隐患，保证其稳定运行。此外，针对盾构机中直接影响作业效率的刀具，需要做好定时和定点检查工作，及时更换出现缺陷的刀具。在更换刀具作业中，严格执行规范化的开舱作业流程，保证所更换刀具型号符合要求，保障刀具更换作业的安全性，并确保刀具更换之后的掘进效率。要结合掘进作业中的推力、刀盘转速等参数，确定刀具更换频率，尽量延长其使用寿命、减少换刀频率。

在盾构机使用过程中，不允许拆卸和变更盾构机及其部件，如果出现了安全阀无法正常运行或者显示不准确等问题，需要立即更换安全阀。在故障维修作业中设置警示牌，机械部分维修完成后由电工进行检查，确认合格之后才能拆下警示牌并恢复正常作业。液压系统需要关闭阀门、适当降低压力后再进行维护，防止出现液压油缸回缩问题。尤其针对检查中发现的液压系统漏油问题，需要重点检查管线螺纹位置，拆卸和处理接头位置的污染物。如果是液压驱动装置故障，则需要联系厂家或第三方进行全面拆修，重点检查关键电气节点、液压执行元件和啮合件磨损，检查系统执行情况，查找漏油原因，及时更换失效的密封圈或紧固管接头等，使用具有较高耐压值的钢管替换破损管路。此外，还要在盾构机运行中做好日常清理工作，使用不容易起毛的擦拭工具来擦拭清理管接头内部等部位。

最后要求设备维修保养工作人员熟练掌握盾构机结构和工作原理、常见故障及原因、故障检修与预防措施等专业知识，保证在盾构机运行中及时发现设备异常，在出现故障时可以快速诊断原因并排除故障，尽量降低设备故障和故障所造成的危害等。

4 盾构机维修保养保障措施

为了保障上述盾构机维修保养策略的顺利实施并起到预期效果，要建立标准化的规章和管理制度来约束上述管理行为，实现对设备的标准化管理。如针对施工现场所使用的各类设备、具体施工内容和要求，制定维修保养制度、定期管理检查制度和管理培训制度等。通过奖惩制度和定期考核，将考核结果与工资绩效挂钩，确保这些制度的有效落实。在标准化管理机制的要求下，加强对维修保养工作人员的培训工作，提升其技术水平和责任意识，保障设备维修保养工作达到预期要求。

针对维修保养工作中需要的各类配件，做好配件保障工作来保障维修保养工作效率和质量。针对盾构机常见故障和故障规律，指定配件采购计划，结合历史施工和设备维修经验制定配件清单，不仅要保证现场维修保养工作有充足的配件支撑，一旦出现配件不足时还有应急预案支撑，积极做好与协作单位的协调，尽量缩短故障维修时间，提升设备维修效率。