盾构施工设备全生命周期管理

兰祥

中铁十四局集团大盾构工程有限公司 江苏 南京 211800

引言

随着地铁工程建设的大范围铺开，盾构机应用率显著提升，盾构机是一种将机械、电气、PLC控制等多个专业技术融于一身的技术集成设备，结构极为复杂，科技含量比较高，盾构机与其他工程设备的相同之处在于，必须对之进行科学性管理维护，才能保证持续平稳运行，在长期应用和发展过程中，经过相关工作人员不断摸索总结，我国盾构施工设备管理也有了一定进步，但是为了进一步提升盾构施工设备管理水平，仍需针对盾构成套设备零配件管理策略等问题进行深层研究。

1 盾构机设备的构成及工作原理

盾构机是一种用于地下隧道开挖的工程机械，它主要由刀盘、推进装置、掘进泵、注浆系统、电气控制系统等组成。刀盘是盾构机的核心部件，它由刀盘壳体、刀具、刀臂、液压系统、环片等组成。刀盘会迅速旋转，推进装置推动刀盘进行土体切削，并将其转移至输送系统进行运输。推进装置是盾构机实现前进的关键，它一般由液压油缸、电磁阀组、控制系统等组成。液压缸可以驱动盾构机前进。导向装置则能准确引导盾构机行进方向，而稳定机身则是由推进油缸的作用力来实现的。而支撑装置则负责维护盾构机的平衡，使盾构机在前进时不失稳。双室气闸安装在盾构机前盾的上方，通过调节气闸前室和主室之间的压力，满足整体的作业需要。此外，管片拼装机排土机构、后配套装置单元、电气系统以及辅助设备等也都是盾构机的重要组成部分[1]。

2 盾构设备全生命周期常见故障及处理方法

2.1 刀盘故障及处理

刀盘由刀盘面板、泡沫喷嘴、刀具刀座以及刀盘内部的管路组成，它有两种常见故障类型。第一，刀具磨损。盾构期间遇到硬质岩层或砂石时刀具会加速磨损，必须去掉已经磨损的刀具。换上新刀具方可继续作业；第二，堵住泡沫喷嘴。盾构机在管路负压状态或者单向阀失灵后，掘进的砂土就会堵住泡沫喷嘴，可利用加压方式对喷嘴进行冲洗，也可替换新的单向阀。

2.2 管片拼装系统故障及处理

①拼装机。拼装机由回转、平移、升降等机构，加上真空吸盘以及液压等系统组成，它有两种常见故障类型：第一，回转、平移以及升降机构出现失灵或者运转吃力。原因在于没有对拼装机进行及时润滑，或者系统出现了油压外泄后压力过低，导致液压阀组故障频发，系统中的流量以及油压都达不到正常标准所致，在拼装机上找到润滑点位，注入足量润滑脂，保证系统顺畅运行，对系统进行全面检查，找到导致油压外泄的O形圈以及管路，换上质量性能正常的新替代品，找到液压阀组中的故障成因进行针对性处理[2]；第二，真空吸盘抓举失效。原因在于真空泵自身出现问题，或者真空吸盘密封失效，而且如果吸盘的压紧感应器坏掉，也会致使吸盘抓举失效，可以及时修复真空泵，或者换下坏掉的密封装填新密封，或者对压紧感应器进行修复或替换；②吊运系统。该系统由伸降和双轨梁行走两个机构外加真空吸盘系统组成，它有两种常见故障类型：第一，双轨梁行走机构无法运转或运转吃力，原因在于双轨梁的连接导轨的部位不平，机构呈跳动式行走，或者行走刹车紧固得过分，机构就不会按照操作指令做出动作。第二，伸降异常或不听使唤。原因在于升降葫芦刹车严重磨损，葫芦电机被水侵蚀，烧毁了元器件，可及时替换葫芦刹车或相关电机元件，为升降葫芦加设保护措施，有效防水；③卸载器。它由卸载器机构，外加伸降油缸和辅助泵站两个系统组成，卸载器伸降吃力或不做动作是常见故障类型。原因在于液压系统压力外泄，油压达不到驱动压力标准，或者卸载器达不到足够润滑度，机构动作遇到太大阻力难以正常动作或者不做动作，抑或液压阀系统损坏，导致系统流量及压力均不正常，出现动作吃力或不做动作。可排查液压系统的泄露位置和成因，修复或安装新产品，为卸载器注入足量润滑脂，对液压阀排障并恢复正常功能[3]。

2.3 液压推进系统故障及处理

①千斤顶。液压推进系统中的千斤顶由推进油缸、推进撑鞋以及防扭设施组成，它有3种常见故障类型：第一，推进油缸动作不灵。原因在于油缸进气，或内密封损坏后发生泄漏，油压以及流量均不正常。可把油缸排气阀打开，通过往返动作把缸内气体排净，或撤换损坏密封，对系统流量以及压力进行调试。确保正常；第二，防扭设施失灵。原因在于防扭油缸失去了固定或彻底损坏，防扭油管出现外泄等。可对防扭设备进行固定，同时对防扭油缸以及防扭油管进行故障排查并替换新产品；第三，推进撑鞋发生变形。原因在于推进撑鞋坏掉了水封，或万向轴严重磨损，或撑鞋因严重磨损而变形。可对撑鞋垫、万向轴承以及水封进行以旧换新；②液压阀组。该液压阀组的组成部分包括溢流阀、换向阀、单向阀、比例调速阀以及电磁线圈，它有如下几种常见故障类型：第一，溢流阀损坏引发系统压力不正常。原因在于调节压力部位螺钉松动导致系统压力忽大忽小，或主阀芯堵住了阻尼孔，系统油压失去调控能力，或者先导阀调整弹簧失效。可对系统进行调压，紧固调节螺钉，冲净阻尼孔，阀芯以及调整弹簧以旧换新等；第二，比例调速阀发生故障引发油缸出现不正常伸缩速率。原因在于液压油浑浊，导致主阀芯不能灵活滑动，进而促使流量出现异常，或主阀芯堵住了阻尼孔，系统流量失去调节能力。处理方式为清洗阀芯、换装新液压油或阀芯、更换液压油滤芯；第三，电磁线圈发生故障引起阀芯不做动作。原因在于电磁线圈已经烧毁，或者线路发生了故障。可对电磁线圈进行替换。也可排查线路故障并处理；第四，阀块“O”形圈损坏进而漏油。原因在于“O”形圈安装作业质量不达标，技术不规范，或“O”形圈因过度挤压发生泄漏，或在高压作用下发生变形损坏。可拆卸损坏O形圈，规范化安装新的专业适用的O形圈[3]。

3 盾构设备的全生命周期管理

3.1 对盾构设备实施定期结合日常形式的强化维修保养

盾构设备主要在隧道掘进作业中使用，由于工作环境恶劣，施工条件不良，故障发生率较高，这就要求相关人员对盾构设备强化日常维保，提前规划编制条理清晰且细致周到的维保计划，确保盾构设备的正常运行。管理人员应遵循制度条令，强化盾构设备的日常巡检，形成例行制度，尤其是施工过程急需的盾构设备，需要重点强化日常巡检。盾构设备包括多种关键组成部分，包括供电系统、液压系统以及机械装备等，它们都是电气设备，作业人员要加大维保力度，排查供电系统有无潜在的断路或者短路等故障风险，排查机械装备的运行状况。分析有无造成停机的潜在隐患，排查液压系统潜在的故障风险等。盾构设备的日常维保要达到理想成效，工作模式可选择日常维保结合定期维保的方式综合进行。第一，定期维保就是全面排查盾构设备潜在的故障风险，如果察觉故障隐患须立即排除；第二日常维保。就是盾构设备全身实施简单维保，提高盾构设备利用率，保证正常运行。盾构设备的日常维保要求每天坚持不断，其间须检查设备清洁工作的必要性，对电缆进行全面检查，排查破损或磨损严重的点位，检查电气柜的关闭程度，清洁空调设施的必要性等；定期维保需要对全部安全措施以及紧急制动措施，排查其质量隐患和性能指标。

4 TPM管理应用于盾构设备管理

4.1 成立TPM专职管理小组

TPM管理是一种系统化的管理模式，它要求有关方面为TPM管理的运作构建分层管理组织，成立专职办公室推动贯彻落实进程，是项目部直属机构。盾构掘进作业任务也由劳务外包的运作模式，转变为目前的TPM管理小组负责运行，小组正副组长负责聘任专职操作手。正组长负责协调组织人员配置以及盾构作业执行情况，副组长负责具体的作业任务安置规划以及设备的日常维保，机械总工负责向技术人员实施技术、安全以及时间等方面的交底，在统一组织安排下保证盾构施工以及设备运行有条不紊地高效推进[4]。

4.2 TPM小组自主活动

①5S活动，优化施工现场工况。5S具体是指5个具体项目，即整理、素养、整顿、清扫以及清洁，分区总管带动成员悉数参加，目的是优化工作环境，全员提高素养以及保障设备状态正常等。第一。整理。盾构作业现场划分多个区域，学习区负责实现信息沟通与共享；休息区设置包括饮水机、座椅以及储物箱等必要设施；材料区分门别类堆放施工材料；设备区统一保管设备维修所需零件及专用工具；废料区负责对废旧的配件以及物料收集处理；第二，整顿。物料储存须定位且定量，这些物料包括工具、钢轨、油料以及轨枕等，按照数量规定整齐有序摆放，不仅方便查找。而且降低损失率；第三，清扫。盾构机、施工材料以及作业现场要彻底打扫，不得残存油污或杂质，运送及储存砂浆的设施要清理干净，管理员全部监管，每班机械操作手班后须打扫自己负责的机械及工具；第四，清洁。对上述几个步骤取得的成果予以维护，保证环境干净舒爽，避免设备清理用时过长；第五，素养。工作习惯要认真负责，设备及环境整洁有序。举例来说，皮带机携带大量泥垢，对现场清洁不利，须就渣土改良、操作过程、优化设备以及安全防护等入手，全员行动，实现自主保全；②日常点检以及维保落实区域责任制。第一，全区落实日常巡检和点检。操作手班前每日查看负责区，通过简单用具对设备实施清扫、调试、保养以及紧固等，强化薄弱环节以及关键局部巡检力度。组长负责对盾构设备及现场开展日常巡检；第二，设备定期维保，停机间隙也要落实强制性保养。日常点检保养要持续进行，由两名专职保养工负责全面维保盾构设施并记录，就设备实况给出具体维保具体规划。停工期以及停机间隙，副组长召集维保人员，联合操作手对设备进行全方位维保。重点维保日常易遗漏部位，促使设备始终处于良好运行状态，加快工程建设；第三，设备维保及故障总结全员参与。这是TPM管理模式的特色之一，它打破了操作手与维修员的职责分工界限，强调全员参与，要求人人掌握机械操作维保要领，促进维修作业及时准确排查处理故障，避免类似错误重复出现。故障总结及成因排查可以帮助作业人员明晰故障来源，是违规操作还是条件不够。是旧病复发还是设计及能力缺陷，以及改进状况如何等。

5 结束语

随着隧道工程施工项目不断增多，盾构施工设备管理逐渐成为隧道施工企业关注与重视的重要问题，因为盾构机械设备具有高投入、复杂性及科技水平高等特点，一旦出现设备故障，会造成经济损失、施工延误及安全事故等诸多不良后果，因此上文从盾构设备的各部位故障及检修措施入手，探讨了盾构施工设备全生命周期管理具体实施，以供参考。