盾構(gòu)主軸承檢測與評估技術(shù)應(yīng)用

吳朝來/WU Chao-lai

（中鐵隧道局集團(tuán)有限公司專用設(shè)備中心，河南 洛陽 471009）

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，盾構(gòu)投入數(shù)量也在高速增長。如何確保盾構(gòu)順利掘進(jìn)？如何保證盾構(gòu)快速施工？在盾構(gòu)施工時(shí)代歸根結(jié)底是要保障良好盾構(gòu)機(jī)況。那就需要通過先進(jìn)的檢測手段和技術(shù)來判斷盾構(gòu)的狀態(tài)趨勢，做到設(shè)備狀態(tài)維修，始終以良好的機(jī)況面對復(fù)雜的地質(zhì)條件。

1 盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)介紹

盾構(gòu)主軸承是支撐盾構(gòu)刀盤的重要承載部件，承載著盾構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的主要荷載。盾構(gòu)主軸承主要包含滾子、內(nèi)、外圈和保持架組成。滾子又可以劃分為主推力、反推力和徑向滾子3種形式；徑向滾子承載著徑向力；反推力規(guī)則承載反推力和傾覆力矩。主推力滾子則承載著刀盤推進(jìn)力和刀盤自重形成的傾覆力矩。盾構(gòu)主軸承承載的最大力是軸向力。外圈作為雙半套圈組合結(jié)構(gòu)，依靠內(nèi)六角螺栓連接起來。內(nèi)圈是大齒圈，刀盤與刀盤連接體依托高強(qiáng)度的螺栓進(jìn)行連接，主驅(qū)動(dòng)馬達(dá)運(yùn)用減速箱驅(qū)動(dòng)小齒輪運(yùn)行，小齒輪與大齒圈帶動(dòng)刀盤運(yùn)動(dòng)。在主軸承高負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中主要依靠潤滑油來保證各個(gè)摩擦副之間的潤滑和油膜的建立，并通過幾道密封隔離外界的泥水和雜物，確保主軸承的安全使用。

2 工程介紹

為進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)備檢測技術(shù)的作用，將其使用在蘇州地鐵4號線某小松盾構(gòu)上，蘇州市軌道交通4號線（主線）總體呈南北走向，連接了相城、蘇州古城、吳中區(qū)、吳江市松陵等重要片區(qū)。主線全長約42.030km，設(shè)車站31座，均為地下站。本區(qū)間，全長1 538.614m，為雙向隧道，隧道中心距離13.40～14.00m。隧道穿越地層主要為：③2粉質(zhì)粘土、③3粉土、④1粉質(zhì)粘土、④2粉土夾粉砂、⑤1粉質(zhì)粘土及⑥1粘土層，土層抗壓強(qiáng)度在5MPa以下，屬于典型軟土地質(zhì)。

3 使用情況

3.1 檢測方案制定

為確保設(shè)備檢測技術(shù)在該盾構(gòu)上有效使用，在使用前對其檢測方式進(jìn)行了制定，具體流程如圖1所示。

圖1 設(shè)備檢測方案路線圖

首先是對盾構(gòu)進(jìn)行全面評估，并結(jié)合盾構(gòu)的使用歷史對盾構(gòu)的性能進(jìn)行全面的分析和判斷，再根據(jù)盾構(gòu)情況確定檢測內(nèi)容和檢測周期，最后在具體工作開展過程中通過對采集的狀態(tài)信息進(jìn)行分析判斷，根據(jù)結(jié)果確定下步檢測工作開展。

3.2 檢測工作開展

為確保檢測工作達(dá)到預(yù)期的效果，根據(jù)預(yù)先制定的檢測實(shí)施線路開展盾構(gòu)的檢測和評估工作。

1）機(jī)況評估及分析 在盾構(gòu)組裝完成后對盾構(gòu)進(jìn)行了始發(fā)前的評估工作，尤其是對主軸承性能進(jìn)行評估，通過評估，該盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)部分振動(dòng)數(shù)值偏大，并結(jié)合設(shè)備的使用歷程（6.9km），確定對主軸的承潤滑油和振動(dòng)值進(jìn)行周期性檢測，潤滑油檢測周期為1個(gè)月，振動(dòng)檢測為15天。

2）工作開展及數(shù)據(jù)分析 本區(qū)間1 538.614m的掘進(jìn)過程中，共開展油液檢測6次，振動(dòng)檢測12次，通過對本區(qū)間盾構(gòu)使用過程中檢測數(shù)據(jù)的采集、匯總和分析，該盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)潤滑油中Fe和Cu元素含量處于上升趨勢，振動(dòng)值也處于上升趨勢。通過圖2和圖3曲線可以判斷該設(shè)備狀態(tài)處于劣化趨勢，設(shè)備可能存在異常磨損和損傷，須對該盾構(gòu)主軸承進(jìn)行解體檢查。

3）解體檢查 根據(jù)該盾構(gòu)在使用過程中的檢測情況，主軸承及附件可能存在異常磨損和損傷，為確保該盾構(gòu)在下一項(xiàng)目順利、安全使用，對主軸承及附件進(jìn)行了解體檢查，具體情況如下：①各排滾子及滾道面部分表面有面積不等的輕微銹蝕、點(diǎn)狀異物壓痕和輕微的麻點(diǎn)剝落，主推力滾子及滾道表面銹蝕較為嚴(yán)重，從銹蝕坑特征觀察應(yīng)為早期銹蝕；②兩個(gè)主推力滾子端面發(fā)現(xiàn)較為嚴(yán)重的裂紋；③軸承大齒圈齒面檢查發(fā)現(xiàn)嚙合斑點(diǎn)異常，集中在齒面寬度的3/5范圍內(nèi)，接觸部位有明顯磨損，磨損量在0.7mm左右，在齒端接近分度圓的倒角處均有較為明顯的三角形啃傷。

主軸承著色探傷發(fā)現(xiàn)內(nèi)齒圈檢測發(fā)現(xiàn)19處齒面裂紋，裂紋大部出現(xiàn)在齒面右側(cè)，裂紋齒的編號及裂紋長度見下表1所示。

4）故障處理 為確保盾構(gòu)主軸承及附件的修復(fù)質(zhì)量，將該主軸承及附件委托專業(yè)廠家進(jìn)行了維修和再制造，確保達(dá)到使用要求。

圖2 油液檢測元素含量趨勢圖

圖3 振動(dòng)趨勢圖

表1 主軸承內(nèi)齒圈齒裂紋

4 結(jié)論與討論

通過本次將設(shè)備檢測技術(shù)成功在盾構(gòu)上應(yīng)用，并取得的良好效果，說明了設(shè)備檢測技術(shù)在盾構(gòu)施工領(lǐng)域的總要性和使用性，為盾構(gòu)使用由事后維修向狀態(tài)維修提供了科學(xué)依據(jù)，為行業(yè)設(shè)備科學(xué)化管理奠定了基礎(chǔ)。雖然設(shè)備檢測技術(shù)在盾構(gòu)使用上有了長足的進(jìn)步和發(fā)展，但如何進(jìn)一步檢測盾構(gòu)及部件的剩余壽命仍是我們長期研究和探索的難題。