掘进机常见的故障原因分析及处理方法探讨

陈亮 党齐乾 李四敏 米振涛

摘要：现代建筑工程施工过程中广泛应用各种机械设备，不仅有效提高了生产效率，而且克服了许多施工困难，使得环境复杂且建筑难度较高的建筑工程得以顺利施工建设。在隧道工程中，掘进机就是最常用的机械设备之一。掘进机的正常运行，对隧道工程施工建设具有极为重要的影响。因此，必须对其常见故障的原因进行深入分析，并根据原因采取科学地处理方法有效处理故障问题，保证掘进机正常运行，隧道工程能够顺利施工建设。

Abstract： Various kinds of machinery and equipment are widely used in the construction process of modern building engineering， which not only effectively improves the production efficiency， but also overcomes many construction difficulties， making the construction engineering with complex environment and high building difficulty smoothly constructed. In tunnel engineering， roadheader is one of the most commonly used mechanical equipment. The normal operation of roadheader has a very important influence on the construction of tunnel engineering. Therefore， it is necessary to deeply analyze the causes of its common faults， and take scientific treatment methods to effectively deal with the faults according to the causes， so as to ensure the normal operation of the roadheader and the smooth construction of the tunnel project.

關键词：隧道工程;掘进机;故障;原因;处理方法

Key words： tunnel engineering;roadheader;malfunction;reason;processing method

中图分类号：TD421.5                                   文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）01-0114-02

0  引言

自改革开放以来，我国社会经济快速发展，带动了建筑行业的繁荣兴盛。近年来，随着我国城市化建设进程的不断加快，投入了大量的人力、物力进行基础建筑工程和设施建设，其中就包括大量的隧道工程。经过长期的发展，目前我国的隧道开挖技术水平已得到大幅度提高，而且陆续引进了国外先进的施工技术机械设备以及管理方法，结合我国的实际环境及客观条件，经过消化吸引并积极开拓创新，促使我国在隧道工程领域得到了长足发展，与发达国家之间的差距大幅度缩小。当前，在我国隧道工程施工建设过程中，基本已实现了机械化作用。而掘进机就是隧道工程中常用的机械设备之一，一旦掘进机发生故障，必然会对隧道工程施工建设质量和施工安全，造成极为严重地影响，甚至对人民的生命财产安全造成严重地损害。因此，必须对全断面掘进机常见故障的原因加强研究和分析，并制定科学合理地处理方法，有效保证掘进机的正常运行，保障隧道工程施工建设的顺利进行。本文以TBM（全断面硬岩隧道掘进机）机头在隧道工程掘进施工过程中，发生的一些典型机械故障及导致故障的原因进行系统分析，并根据实际情况详细阐述相应的处理解决办法，为我国硬岩TBM施工提供更多可靠的参考依据。

1  硬岩TBM调向失控成因分析及其解决办法

1.1 人为因素  应用TBM在隧道工程建设过程中进在施工，需要由工作人员进行操作，而人为因素引起的TBM调向失控故障，主要就是由于操作人员的技术水平较低，在操作过程中做出了错误的指令而造成的。发生调向失控故障时，开始时往往不易察觉该问题，通常是在经过较长时间的连续掘进之后，误差不断累积增加，才会表现出非常明显的调向失控现象，而此时要调整TBM已非常困难。

针对TBM调向失控问题，首先应放慢TBM的掘进速度，然后再调整方向，直至方向正确。由于TBM机头与洞壁之间的空隙较小，所以在调整方向时，初期往往因看不到效果导致偏转方向持续发生错误，在这种情况，偏转的速度会逐渐变缓，可以根据偏转速度变化进行有效调整，从而使其恢复方向。注意，调整方向时，转向幅度不能太快，以够围卡住机头，影响掘进机正常前进或产生较大偏差，这会对后面的配套系统造成严重影响，进而导致施工质量问题的产生。

1.2 机械因素  ①水平支撑故障。根据TBM的类型不同，对水平支撑故障的处理方法也不同。在敞开式和双护盾TBM中，水平支撑液压系统出现故障时，其主要表现是支撑力不均匀，机身产生明显的倾斜，机头也会发生偏转。有时会伴随着一侧围岩破碎、松软而另一侧较完整坚硬的情况。②液压推进缸和刀盘故障。液压推进缸故障主要发生在TBM的主推进缸系统之中，此时刀盘会发生受力不均匀的现象，进而产生倾斜，调向指令也会失去效用。这种故障通常是突发性的，针对液压推进缸故障，首先应对电路进行系统检查，排查是否为电路故障;其次，还要对液压设备进行详细检查，排查液压设备故障，找出故障原因并对其进行科学处理。

如果电路和液压经检查均正常，就需认真检查刀盘。当TBM运行时，滚刀和铲斗刮板会发生磨损，长时间不处理，磨损越来越严重，就会导致崛进偏向。

边刀发生破损或过度磨损，会降低掏挖隧洞轮廓的能力，进而使掘进机运行过程中难以进行调向。

铲斗刮板过度磨损，会影响出碴功能，岩碴在刀盘左侧大量堆积，进而影响刀盘转偏，使其向右偏转，严重影响掘进机转向功能。

针对这些问题，需要对出现破坏或过度磨损的零部件及时进行修理或更换，从而有效保证掘进机正常掘进[1]。

③护盾故障。TBM喷淋除尘系统故障是隧道工程中掘进机的常见故障之一，主要表现为粉尘无法及时排险，笼罩整个隧道，影响激光束打靶的准确性，测量仪器无法正确指示方向等等。如不及时调整维护，就会导致机器跑偏，发生整体偏离。针对这一问题，首先要收回TBM正确掘进方向一侧的侧护盾，对错误掘进方向的侧护盾进行加压使之伸出顶住洞壁，然后再调整刀盘，经过一系列处理，一般可使掘进机恢复正常。

1.3 激光導向失误  当发生激光导向失误故障时，其主要表现是TBM掘进容易偏向。针对这一问题，首先要检测激光发射仪器与底座之间的固定螺丝是否发生松动，如发生松动，需要紧固螺丝即可解决问题。对于双护盾TBM，还要检查衬砌管片，察看其是否受到机器震动影响发生变形，由于激光发射仪固定其上，受其影响会发生错位情况，进而使激光发生偏转，影响方向调整效果。针对这一问题，应立即停机检查激光导向系统，查找原因并及时调整维护。

1.4 地质条件  ①围岩较软。如果围岩较松软、较破碎，使用TBM进行掘进施工过程中最容易发生偏转。掘进太快会增加岩碴量，超出TBM机头的传送能力限制无法及时排出，最终掉落在机头底部，促使机头向上抬升，这也是导致TBM向上偏转的主要原因。掘进太慢，就会将掌子面的岩碴刮铲走，受重力影响导致隧道底部逐渐被掏挖空，进而形成向下偏转的现象。针对这种情况，要求操作手必须结合实际情况，根据实际需求适当调整机头转速，确保掌子面不存留岩碴;还要调整掘进方向，减少误差。在湿陷性黄土或砂质土壤中进行掘进施工时，需要对称拆卸几个刀盘上的正刀，增加土壤进入刀盘的速度，降低刀盘转速，还要调整TBM掘进状态;关闭刀盘喷水系统，从而实现快速通过该区域。②围岩较硬。对于较硬的围岩环境，使用TBM进行开挖施工时，其难度较大，还会严重磨损边刀和铲斗刮板，导致TBM容易发生向上偏移现象。针对这一问题，需要放慢掘进速度，同时将掘进机向下调整。必要时，需要频繁更换边刀和铲斗刮板。对于双护盾TBM，需要将底部的两个推进液压缸关闭，确保刀盘向下倾斜，在掘进过程中始终保持向下姿态。

2  卿力盘不能启动和突然停转的诊断分析

2.1 润滑油系统故障  润滑油系统出现故障的主要表现就是刀盘启动困难或突然停转，导致这一故障的主要原因包括三个方面：密封润滑油流量、密封润滑油油位以及密封润滑黄油流量过低。

2.2 传输皮带系统故障  传输皮带系统是TBM的重要组成部分，当其出现故障时，基于安全保护需要，刀盘会自动停转或不能启动。导致这一故障的主要原因有以下几个方面：首先，是由于皮带松动、驱动轮打滑等原因造成的皮带系统压力低。对此只需要调紧皮带，就能够有效解决问题。其次，是传感器失灵。造成传感器失灵的主要原因是皮带系统中的刮碴器受到较为严重的磨损，造成岩碴无法及时排出，在皮带下面大量堆积，导致传感器的轮子与皮带分离，无法接触进而造成信息失灵。对此，只需对传感器位置进行调整并清除岩碴即可。最后，是由于出碴量过大将皮带压住，进而导致的传输皮带系统故障。而大量岩碴量过大压住皮带的主要原因，是掘进速度过快或掌子面塌方，造成大量的岩碴涌出，远远超过传输能力，造成大量岩碴在刀盘内下料斗处堆积，进而压住皮带。对此，可以先倒转皮带，然后对皮带驱动轮进行喷水或者喷撒沙土，使皮带与轮子之间的摩擦力大幅度增加，进而使皮带正常转动。当上述措施无效时，只有将下料斗内的岩碴清除干净，才能解决问题。

2.3 主电机故障  驱动电机负荷过重，就会导致电机系统自动保护跳闸，造成刀盘突然停转。而造成驱动电机负荷过重的主要原因有三个方面：首先，隧道掘进施工过程中，推进压力太高，从而造成电机电流也随之升高，大量增加了负荷[2]。其次，刀头损坏导致刀盘难以转动，进而使掘进压力和电机电流大幅度升高。最后，如果掌子面围岩塌方，会掉落大最大块岩石将刀盘压住，此时就会主电机负荷快速加重，电流随之升高，进而引起故障。

2.4 可编程序控制器（PLC）系统统故障  随着科学技术的不断发展，掘进机也实现了自动化和智能化发展。而掘进机自动化和智能化的有效实现，就依赖于可编程序控制器系统。当其发生故障时，TBM自然无法正常运行，其主要表现就是无法正常启动或突然自动停机。造成可编程序控制器系统故障的主要原因有以下两个方面：首先，当PLC控制箱温度过高，就会引起PLC系统自动跳闸，进而导致系统故障的发生。针对这一问题，需要及时打开控制箱进行散热并对箱内灰尘进行清理，提高其散热效果。当PLC系统保险丝烧断或电源接头松动，也会引起PLC系统断电故障。针对这一问题，只需更换新的保险丝，将电缆接头坚固即可。

2.5 紧急制动系统故障  紧急制动系统故障的主要表现是TBM立即停转或不能启动，其主要原因是：首先，在隧道工程中使用TBM进行掘进施工，如果遇到险情，为保证安全操作人员需按下紧急制动按钮。排除险情后将其复位即可恢复正常。其次，受到外界环境因素的影响，紧急制动按钮内部进水，导致线路短路或电缆线路发生破损而导致短路，最终引起故障。对此，只需查找出故障点并修复电路即可。

2.6 启动前TBM各系统没有复位  每次启动TBM时，操作人员必须对整个系统进行复位，否则刀盘驱动系统则不能正常启动，而导致故障的发生。对此，只需对整个系统进行复位操作即可[3]。

3  结束语

综上所述，在隧道工程中使用TBM，常常面临着各种各样的故障，导致故障发生的主要因素可分为内部因素及外部因素两部分。针对隧道工程中掘进机的常见故障，其关键就在于必须找准导致故障发生的主要原因，针对具体原因实施有效地处理措施，以尽快排险故障，使掘进机正常运行，保障隧道工程施工建设的正常进行。

参考文献：

[1]苏东.全断面隧道掘进机主轴承故障诊断研究[J].建筑机械化，2020，41（4）：66-69.

[2]刘万里.煤矿掘进机回转台开裂原因分析及预防措施研究[J].中国石油和化工标准与质量，2020，40（9）：17-18.

[3]许彦平，张萍.试论状态检测技术在隧道掘进机上的应用[J].中国科技投资，2019（1）：23.