盾构分体始发液压系统故障分析

刘雪源/LIU Xue-yuan

（中铁隧道局集团有限公司 设备分公司，河南 洛阳 471000）

某城市地下综合管廊采用开挖直径6.28m的海瑞克盾构进行施工掘进。由于始发场地空间限制，采用分体始发、管线延长模式进行始发掘进，初始穿越地层为微风化泥质粉砂岩，自稳性较好。

1 分体始发模式

盾构始发时，由于始发井纵向长度仅35m，横向宽度12m，盾构拖车并排放置空间不足，且要避开出土孔垂直运输位置，故采用将设备桥和1#拖车下井与盾构主机组装，2#～5#台车放置在顶板及地面（与底板高程差40m），1#台车与2#台车采用延长管线连接，由于竖井深度较大，在井下延长管线中间连接1 台中继泵站用于抽取液压马达壳体泄油至主油箱（人工操作）。计划掘进80m 后，拆除负环，将车架全部下井平移洞内（图1）。

图1 分体始发示意图

2 第一次液压系统问题

在盾构推进至距掌子面约200mm 时，补油泵滤芯压力异常报警，拆检后发现有尼龙袋碎屑、铜屑及铁屑，打开油箱，发现油箱底部沉积铁屑、铜屑、黑色异物及部分透明乳胶物，油液有乳化现象，后对主油箱油液抽取过滤杂质及水分，油箱进行清洗，更换滤芯。3 月13 日主油箱加入新油和经滤油机过滤后的液压油，再次启动补油泵发现补油泵压力不足，刀盘联锁保护无法启动。经排查，发现3 号刀盘主驱动泵内泄严重，泵壳体油液有明显可见铜屑（图2），另外2 台刀盘泵未见明显异常。将3 号刀盘泵送厂家拆检，发现缸体磨损，且配油盘干磨发黑。后对3 号刀盘泵进行修复，对盾构其他液压泵、马达送厂拆解、重新装配并检测调试。同时对液压管路进行清洗。恢复安装、调试后恢复正常掘进。

图2 主油箱及补油泵滤芯杂质

3 第二次液压系统问题

在进行第二次管线延长后，盾构推进时主泵站值班人员发现主泵站刀盘泵声音异响，通知主控室停机。单独点动1、2、3 号刀盘泵，经现场检查确认1 号刀盘泵异响，且手触1 号刀盘泵泵头温度较高，同时主控室上位机显示补油泵滤芯报警，过滤循环泵滤芯报警，检查过滤循环泵滤芯、补油泵滤芯，发现滤芯表面附着大量的铜屑。随后对泵壳体油液和相关滤芯进行检查，其中主回油滤芯、推进滤芯、中继油箱未发现肉眼可见铜屑，其他地方或多或少出现铜屑。现场决定对1、2 号刀盘泵及螺机泵进行拆除，同时对主油箱进行放油、清洁工作，油箱底部亦有大量铜屑。现场对1 号刀盘泵进行解体，发现内部损坏严重，主要有以下问题。

1）2 根柱塞滑靴完全脱落，其中1 根油道堵塞，其他7 根滑靴不同程度磨损、断裂，九孔盘孔崩裂1 处。

2）压板螺栓8 根，断裂4 根，2 块压板移位严重损坏，压板严重损坏、变形。

3）止推板磨槽明显。

4）柱塞孔内发现断裂密封圈2 段。

5）止推板上发现部分颗粒物（经初步研判，为焦黑滑靴颗粒）。

6）脱落滑靴有干磨、发黑痕迹。

4 原因分析

经过对1 号刀盘泵拆解，直接原因为泵滑靴脱落、异常磨损，产生大量铜屑、出现泵运行时异响、发烫现象。其他可能诱因如下。

1）刀盘泵内部进入异物。本次1 号刀盘泵的拆检过程中发现柱塞杆中有断裂密封圈，存在破损密封进入柱塞和滑靴，堵塞滑靴阻尼孔，导致其中部分滑靴与止推板干磨损坏，进而产生恶性连带效果，导致整个泵损坏。造成液压系统异物进入的可能原因为：①延长管线内部未完全清理干净；②加注的油液品质不合格；③由于设备在使用过程中主驱动油管密封也多次损坏进行更换，密封圈损坏导致破损的密封圈进入液压系统。

2）延长管路过长及急停操作对系统的冲击。由于垂直延长管线约40m，水平管线约60m，累计延长已达100m 以上，后续还需进行1 次管线延长（20m/次），延长管线过长，压力冲击会对液压系统影响。长距离管线延伸会造成液压系统的“水锤”效应，对系统产生剧烈冲击导致泵损坏，特别是在泵在急停时该现象表现尤为明显。

3）第一次委外拆检、调试、装配过程中质量问题，导致刀盘泵在运行过程中异常损坏。

4）其他可能对液压系统造成影响的方面：①主驱动延长管路球阀未全部打开，4 月8 日在更换刀盘管路损坏油封后，刀盘旋转及扭矩异常，排查发现有2 根主驱动延长管线上油管球阀未打开，刀盘泵压力冲击、泵体吸空对系统造成损伤；②泄漏中继油箱憋压过高，现场人员多次忘记抽取中继泵油液，造成中继油箱憋压，液压油大量泄出，会导致马达壳体泄油背压急速增高。

5 处理建议

1）液压系统清洗、维修。①刀盘泵：拆检3个刀盘系统液压泵，根据损伤情况进行维修；②其余液压泵和驱动马达：损坏的液压泵杂质会通过泄漏管道进入各泵和马达，对所有液压泵和驱动马达进行拆解、检测、清洗；③液压油：更换整个系统液压油；④液压滤芯：更换所有液压滤芯；⑤液压油箱：清洗液压油箱，用面团对整个液压油量内壁清洗；⑥液压管路：拆掉所有泄漏油管、回油管、主驱动系统AB 管、泵站吸油管路进行清洗。

2）增加油液检测，液压泵的振动监测频次。

3）考虑2 号拖车提前下井的可行性，如不可行，应对延长管线作业进行详细交底，加强管线延长、泄油中继油箱作业人员管理，对球阀开关状态，管路对接、管路油封、中继油箱液位进行检查、复核确认。

4）对管路、主油箱清理步骤、方式及效果进行现场确认。