地铁盾构机故障处理与分析

赵永香

摘  要：本文以合肥某地铁项目施工中遇到的实际情况为例，对盾构机在施工过程中出现的设备故障进行了初步探讨。记录了各种故障发生的概率，而且针对典型故障提出了解决措施和预防措施，确保了工程建设的顺利进行。

关键词：盾构机;故障;处理

中图分类号：TU621.5    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）02-0000-00

0 概况

在城市轨道交通建设的大潮中，盾构机是目前暗挖施工重要的生力军。随着我国盾构施工技术的日渐成熟和国家对机械制造业的重视及投入，盾构机的科研力度及技术能力日益加大，当前国内的盾构机制造厂家的技术水平都在不断的提高，当前我国自主研发制造的盾构机已经发展到了国外。

我公司承建的合肥地铁某标段有三个盾构施工区间：鸡鸣山—方兴大道区间（左右线各804m）、鸡鸣山—科学大道区间（左线720m，右线718.5m）、创新大道—丰乐河路区间（左线2718m，右线2724m）。本文主要以创丰区间施工的典型故障进行分析。此区间在创新大道站始发，沿望江西路向东掘进，在永和路口附近的区间风井进行接收及二次始发，最后在丰乐河路站接收，区间线路整体呈反S型，区间最大坡度为26‰，左右线的间距约为10～43.1m，最小曲线半径为370m。区间隧道覆土厚度约为9.48～28.63m，穿越土层主要为⑥2黏土、⑥3粉质黏土、⑦2粉质黏土、⑨11全风化砂质泥岩、⑨12强分化砂质泥岩、⑨13中分化砂质泥岩。此区间选用的是土压平衡盾构机，下穿美欣制药厂房、雨水箱涵及柏堰湖补水渠桥等部位，侧穿110kV高压电塔，施工准确度及稳定性要求高，难度较大。为满足上述地质条件的施工，创丰区间选用的是三台土压平衡式盾构机，其中两台为铁建重工的盾构机（ZTE6250），另一台为美国罗宾斯的盾构机（型号6260）。

1 设备停机数据统计分析

1.1 创丰区间左右线停机记录统计

创丰区间左线是由铁建重工盾构机施工（编号：DL205），始于2019年6月25日，贯通于2020年7月8日;创丰区间右线始发于2019年4月27日，采用Robbins（罗宾斯）盾构机施工，在风井出洞后，更换铁建重工的盾构机（编号：DL206）在2020年5月6日继续推进，到2020年10月19日完成双线贯通。根据盾构机每日的掘进记录，将停工原因分为因环保要求不能运输渣土的停工，管片缺货的停工，盾構机及后配套设备故障的停工，其他（停电、现场观摩检查及施工安排）原因停工，分类汇总各类停工时间，具体统计如表1所示（时间单位以小时计算）。

1.2 设备故障因素的统计分析

通过以上停工时间的统计，可以发现设备的完好对工期有很大影响。本节进一步将设备故障的原因细化为：刀盘故障;润滑、泡沫、油脂、注浆系统故障;双梁及拼装机故障;螺旋输送机（含皮带系统）故障;电瓶车编组故障;其他（门吊、砂浆站等故障）。具体设备故障时间统计如表2所示，（时间单位以小时计算）。

在以上设备故障时间的统计基础上，我们可以得到如下三台盾构机及区间总的设备故障分析饼状图，如图1所示。图中可以清晰地看到盾构机本身的润滑、泡沫、油脂、注浆系统故障、双梁及拼装机故障及电瓶车编组故障概率比较大。在今后的盾构掘进中，着重维护研究解决这三块故障，将会为盾构施工争取更多的时间。

2 故障处理与分析实例

2.1 盾构机发生栽头现象，抬不起头

故障原因分析：在盾构机穿越素桩加固区时，机体沿下坡路推进，趋势较平稳，但偏离设计垂直高程位置较大。当穿过素桩加固区后，由于素桩的包裹作用消失，掘进推力持续增加后维持在7000～7500t，机体有继续栽头趋势，姿态垂直往下掉，在后续几环的推进过程中，垂直高程持续恶化。

解决措施：（1）首先清理盾体内部积累的砂浆，保障其有足够的抬头空间;每隔15cm测量一次盾壳和管片之间的间隙，保证间隙在合理范围之内。拼装管片时，连续两环都将大块（A6块）拼装在底部，一般情况下能有效解决抬不起头问题，但是在此次情况下，未有明显改善。（2）考虑到此次故障推力较大，一般情况下推力较大很可能是刀盘的边缘刮刀磨损造成开挖面积减小造成的。因为当时的施工路段还未到合适停机，为避免姿态进一步恶化，所以采取了在0～270范围内使用超挖刀的方法，此后每环的垂直姿态都上升了约5mm，高程偏差逐渐改善。（3）在机体到达合适停机位置后，带压进仓更换了相应刀具，继续掘进后盾构机姿态正常。

2.2 管片提升系统的双梁行走链条断裂

故障原因分析：管片拼装操作人员在吊装机到位后未及时停止启动器的动作，使链条因受力过大导致断裂。

解决措施：更换链条，接好并紧固。普通双梁系统因其自身设计原因，操作相对复杂且容易发生卡涩碰撞的问题，为防止类似情况的发生，一方面加大对操作人员的教育和培训，使其保持警惕心，以免造成更大的损失，另一方面加装限位开关，有效地防止了这种情况的发生。

本区间施工采用的三台盾构机的双梁系统都相对故障频繁，有自身设计缺陷问题，因为施工时间有限且盾构机是外租的，升级改造不太现实，所以项目所做的研究并未太深入，为从根本上减少双梁提升系统故障，如何优化改善整个系统既是一个有趣课题，又将是后期盾构施工技术研究的一个挑战。

2.3 拼装机旋转、抓举头无动作

故障原因分析：管片拼装过程中，机械工作逐渐变慢直至不动作，分析可能有以下原因：（1）液压油泵故障，导致系统供油不足;（2）拼装机行走时误碰限位器，导致拼装机无动作。（3）控制拼装机动作的数字信号处理模块（PIE模块）故障，模块内部的电磁阀线圈或是熔断器损坏、模块的接头松动或断开都将引起拼装机不能工作。（4）传感器故障可同样造成拼装机不能动作。

解決措施：（1）检查液压油管路阀组，发现无问题。（2）将拼装机后移，复位限位传感器，拼装机仍无动作。（3）检查线路，测试熔断器，无问题，更换PIE模块后，拼装机仍不能正常工作。（4）检查管片安装机的制动传感器，发现其压力显示为正值，无故障。检查真空吸盘上的传感器，与传感器连接的定位销内部弹簧工作正常，未失效，进一步查看定位销表面，发现有部分磨损，猜测可能是因此导致感应信号灯失灵，传感器不能接受有效信号，更换定位销后，拼装机正常工作。

2.4 螺旋输送机喷涌、喷砂

故障分析：盾构机下穿柏堰湖补水渠桥时，开挖面土体土质不良（黏土矿物质含量少、塑性差）且含水量丰富，渣土改良效果不佳;同步注浆不及时或注浆量不足，土体裂隙水不断在泥土仓累积，水压不断加大。当螺旋机工作时，仓内的水在压力作用下，从出土闸门迅速喷出，造成喷涌现象的发生。

应对措施：（1）关闭出土闸门同时增加土仓内的土压力，将水不断挤出，降低仓内含水率。（2）向土仓内注入吸水性高分子材料，改良土仓内土体的塑流性。（3）加大监控频率，严格控制推进速度和出土量，在保证安全的前提下，确保其连续均衡快速掘进，盾构通过后立即注浆加固。

2.5 电瓶车溜车，脱轨

故障原因分析：（1）溜车问题：刹车片等附属配件磨损造成刹车不灵敏或不能刹车;电瓶车停靠位置坡度过高，轨道有油污表面湿滑，在重载的情况下高速下坡;突发性电气控制故障;人为操作失误。（2）脱轨问题：轨道因长时间使用出现左右和高低偏差，轨距超过允许偏差，当电瓶车载物不均衡运行时，因重心不稳偏离轨道运行;在道岔等曲线较大位置，当电瓶车运行速度过快时，因没有转向架的维护而容易脱轨;人为指挥或操作不当原因。

解决措施：（1）溜车问题：当出现溜车时必须先鸣笛报警，同时将手柄档位调低，进行所有刹车制动，转动防溜挂钩。待电瓶车停止后再查明故障原因，彻底解决问题。（2）脱轨问题：首先在保证管片不破损的情况下恢复电瓶车脱轨部位。待电瓶车驶离后再查明脱轨原因，彻底解决问题。

预防措施：为有效预防出现溜车脱轨等非常规性问题的出现，必须做好以下工作：做好操作人员的培训教育工作，定期对电瓶车班组人员进行技能培训和考核，按规定操作，杜绝人为操作失误;加强对电瓶车及轨道的日常检查和维修， 及时调整偏差轨距，及时紧固松动的轨道，将电瓶车发生溜车和脱轨事故的可能性减至最小;保持内外通讯畅通，若发生意外，各方要及时联系，防止伤人事故发生;加强司机安全教育，确保司机懂得如何处理溜车脱轨事故。

2.6 盾尾漏浆严重

故障原因分析：（1）盾尾油脂注入量不足或是质量不过关;（2）同步注浆量过大或压力过大;（3）盾尾刷破损发生弹性变形;

解决措施：首先查看油脂批次及厂家，测算油脂平均加注量，排除油脂自身问题;然后查看PLC注浆控制板面，注浆压力未超过设定值，查看注浆面未发现隆起，说明不是注浆问题;最后推测在前段施工中盾构机姿态调整幅度偏大，造成盾尾间隙左右不均衡，一侧的盾尾刷遭到挤压而变形，达不到止浆的效果而漏浆。因在掘进中不能更换密封刷，只能先用海绵条封堵，手动注脂，加大盾尾油脂注入量，同时在同步注浆液中加入水玻璃，缩短初凝时间，经过一个夜班的努力，终于有效地控制了漏浆。

3 结论与展望

本文以公司承建的合肥轨道交通某标段的创丰区间掘进记录为基础，统计整个区间左右线的盾构施工停工时间以及停工原因，继而引出造成盾构机本身故障停机的5类故障的概率统计。针对典型的设备故障案例，总结了具体应对措施及预防措施，为后续公司盾构施工提供了宝贵的现场经验。

参考文献

[1] 苏清贵，张振强.大盾构常见故障诊断及不良地质掘进困难应对措施研究[J].工程技术研究，2019（6）31-33.

[2] 王凯.地铁盾构机施工中的刀盘及刀具改造技术[J].施工技术，2016（S1）403-408.

[3] 李小岗，李胜利，牛学臣.大直径泥水盾构系统管理与典型故障分析[J].中国工程科学，2010（12）：51-55.

Troubleshooting and Analysis of Metro Shield Machine

ZHAO Yongxiang

（China Railway 24th Bureau Group Anhui Engineering Co.， Ltd.，  Hefei  Anhui  230011）

Abstract： This article takes the actual situation encountered in the construction of a subway project in Hefei as an example， and conducts a preliminary discussion on the equipment failure of the shield machine during the construction process. The probability of various failures is recorded， and solutions and preventive measures are proposed for typical failures to ensure the smooth progress of project construction.

Keywords： shield machine; failure; treatment