地鐵盾構(gòu)施工設(shè)備管理及維保技術(shù)研究

邵立國(guó)

（中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

我國(guó)正加大城市軌道交通工程建設(shè)力度，以地鐵工程為例，目前最為主要的施工方式是隧道盾構(gòu)施工，主要的施工機(jī)械設(shè)備是盾構(gòu)機(jī)。此類盾構(gòu)施工設(shè)備在高強(qiáng)度且惡劣的作業(yè)環(huán)境中，難免經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)各種類型的故障而影響其運(yùn)行效率，還可能會(huì)引發(fā)安全事故并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，為了避免或減少上述情況，則需要加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)施工設(shè)備的管理與維保工作，保證此類設(shè)備性能并延長(zhǎng)其使用壽命，提升設(shè)備運(yùn)行效率和施工效率，保障工程施工安全，進(jìn)而提升工程施工進(jìn)度和施工經(jīng)濟(jì)效益。

1 盾構(gòu)施工設(shè)備管理與維保的現(xiàn)實(shí)意義

盾構(gòu)施工設(shè)備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多個(gè)子系統(tǒng)，其中比較關(guān)鍵的系統(tǒng)主要有機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)等，一旦其中某個(gè)系統(tǒng)或者系統(tǒng)中的某個(gè)部件出現(xiàn)故障，則可能影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)而會(huì)影響隧道掘進(jìn)施工效率和地鐵工程施工進(jìn)度。因此，需要在施工過程中做好此類設(shè)備的管理與維保工作，結(jié)合設(shè)備具體類型和工程施工進(jìn)度情況等，制定科學(xué)的設(shè)備管理與維保策略，通過有效的管理措施提升設(shè)備性能，保證設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，提升其運(yùn)行效率，并最大化降低故障概率。具體工作是對(duì)所有子系統(tǒng)開展定期的安全排查來保證系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，盡量減少事后維修工作，通過事前預(yù)防方式減少設(shè)備故障概率。

在此設(shè)備管理過程中，需要同時(shí)重視設(shè)備使用操作和維護(hù)保養(yǎng)管理，檢測(cè)與檢修相結(jié)合，以預(yù)防為主的原則開展設(shè)備管理工作，通過完善的制度來約束人為操作，減少人為主觀因素對(duì)設(shè)備造成的影響，在此基礎(chǔ)下保證設(shè)備管理工作的規(guī)范化，保證按照既定的管理規(guī)劃達(dá)到預(yù)期管理目的。

2 盾構(gòu)機(jī)工作原理

隧道工程施工中應(yīng)用的盾構(gòu)機(jī)，原理是使用一個(gè)圓柱體的鋼組件，在向前推進(jìn)的過程中對(duì)土壤進(jìn)行挖掘。在此圓柱體的鋼組件外部有起到護(hù)盾作用的殼體，在開展掘進(jìn)作業(yè)的同時(shí)，也支撐周圍土體或者地下水等壓力，起到支護(hù)的作用，保證在此護(hù)盾的保護(hù)下有序開展挖掘、排土以及襯砌等工作。

在盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)階段，由盾構(gòu)機(jī)中的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)刀盤，在推進(jìn)油缸的作用下推動(dòng)盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)，在此過程中隨著刀盤的旋轉(zhuǎn)切削土層，并將切削下來的渣土運(yùn)輸?shù)酵羵}(cāng)中。通過盾構(gòu)機(jī)中螺旋輸送機(jī)的作用，將土倉(cāng)中的渣土通過皮帶輸送機(jī)向渣土車的土箱中運(yùn)輸，最后通過豎井向地面運(yùn)輸。在掘進(jìn)過程中，土倉(cāng)和螺旋輸送機(jī)中的渣土達(dá)到一定數(shù)量后，刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)切削下來的渣土就會(huì)通過刀槽進(jìn)入土倉(cāng)中，而土倉(cāng)的土壓與開挖面的土壓以及地下水的壓力等處于平衡狀態(tài)時(shí)，就可以保持開挖面穩(wěn)定，保證掘進(jìn)作業(yè)的順利開展，在此過程中也不會(huì)出現(xiàn)坍塌或隆起等問題。為此，需要保證向外輸送的渣土量與切削下來的渣土量相同。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)一段距離之后，需要工作人員操作拼裝機(jī)對(duì)單層襯砌管片進(jìn)行拼裝，實(shí)現(xiàn)隧道的一次成型。

3 盾構(gòu)機(jī)維修保養(yǎng)工作策略

3.1 盾構(gòu)機(jī)常見故障

（1）液壓系統(tǒng)故障。盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)中的推進(jìn)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)，但是在運(yùn)行中如果出現(xiàn)油接頭安裝不規(guī)范現(xiàn)象而降低此部位的密封性，油接頭密封圈經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用而老化失效，受到長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)因素影響而導(dǎo)致油接頭松動(dòng)，油溫過高而導(dǎo)致液壓油的黏度降低等，造成了漏油問題，或回油背壓過高導(dǎo)致部分回油管路出現(xiàn)泄漏問題等，都會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)故障。

（2）刀座與面板磨損。在盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行中，為了防止刀座和刀盤面板接觸而出現(xiàn)磨損問題，通常使用滾刀、弧形刮刀和切刀等。但是如果在對(duì)硬巖段進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致上述刀具出現(xiàn)不同程度的磨損甚至損壞問題，影響其保護(hù)作用的發(fā)揮，導(dǎo)致刀座與面板接觸。也會(huì)由于刀圈材料過硬而造成磨損問題。

（3）管片安裝及無法旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行中對(duì)管片安裝及旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)的控制主要是通過PLC 模塊來實(shí)現(xiàn)的，一旦出現(xiàn)熔斷器異常或者PLC 模塊異常，則會(huì)影響上述控制過程。針對(duì)此故障需要檢查接頭位置來判斷是否出現(xiàn)了接頭松動(dòng)或斷開等問題，而且要及時(shí)更換出現(xiàn)故障的模塊。

3.2 盾構(gòu)機(jī)維修保養(yǎng)策略

針對(duì)盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行中的常見故障，需要采取修養(yǎng)并重的方式，同時(shí)提高對(duì)保養(yǎng)工作的重視，做好常見故障的檢修和預(yù)防。在開展維修和保養(yǎng)工作中，首先針對(duì)全新盾構(gòu)機(jī)開展試掘工作，通常試掘工作長(zhǎng)度為100 m。經(jīng)過100 m 試掘之后，需要更換盾構(gòu)機(jī)中的濾清器，添加刀盤驅(qū)動(dòng)齒輪油，開展設(shè)備全面檢查和保養(yǎng)工作。在此設(shè)備初投入階段，要適當(dāng)增加檢修保養(yǎng)頻率，為后續(xù)設(shè)備穩(wěn)定和高效運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行中，工作人員應(yīng)該深入現(xiàn)場(chǎng)檢查設(shè)備運(yùn)行性能和配套設(shè)備運(yùn)行狀況，結(jié)合相應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行和保養(yǎng)記錄，掌握盾構(gòu)機(jī)近期的運(yùn)行狀況，分析此階段中出現(xiàn)的問題，通過預(yù)防性養(yǎng)護(hù)排除隱患，保證其穩(wěn)定運(yùn)行。此外，針對(duì)盾構(gòu)機(jī)中直接影響作業(yè)效率的刀具，需要做好定時(shí)和定點(diǎn)檢查工作，及時(shí)更換出現(xiàn)缺陷的刀具。在更換刀具作業(yè)中，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范化的開艙作業(yè)流程，保證所更換刀具型號(hào)符合要求，保障刀具更換作業(yè)的安全性，并確保刀具更換之后的掘進(jìn)效率。要結(jié)合掘進(jìn)作業(yè)中的推力、刀盤轉(zhuǎn)速等參數(shù)，確定刀具更換頻率，盡量延長(zhǎng)其使用壽命、減少換刀頻率。

在盾構(gòu)機(jī)使用過程中，不允許拆卸和變更盾構(gòu)機(jī)及其部件，如果出現(xiàn)了安全閥無法正常運(yùn)行或者顯示不準(zhǔn)確等問題，需要立即更換安全閥。在故障維修作業(yè)中設(shè)置警示牌，機(jī)械部分維修完成后由電工進(jìn)行檢查，確認(rèn)合格之后才能拆下警示牌并恢復(fù)正常作業(yè)。液壓系統(tǒng)需要關(guān)閉閥門、適當(dāng)降低壓力后再進(jìn)行維護(hù)，防止出現(xiàn)液壓油缸回縮問題。尤其針對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)的液壓系統(tǒng)漏油問題，需要重點(diǎn)檢查管線螺紋位置，拆卸和處理接頭位置的污染物。如果是液壓驅(qū)動(dòng)裝置故障，則需要聯(lián)系廠家或第三方進(jìn)行全面拆修，重點(diǎn)檢查關(guān)鍵電氣節(jié)點(diǎn)、液壓執(zhí)行元件和嚙合件磨損，檢查系統(tǒng)執(zhí)行情況，查找漏油原因，及時(shí)更換失效的密封圈或緊固管接頭等，使用具有較高耐壓值的鋼管替換破損管路。此外，還要在盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行中做好日常清理工作，使用不容易起毛的擦拭工具來擦拭清理管接頭內(nèi)部等部位。

最后要求設(shè)備維修保養(yǎng)工作人員熟練掌握盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理、常見故障及原因、故障檢修與預(yù)防措施等專業(yè)知識(shí)，保證在盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，在出現(xiàn)故障時(shí)可以快速診斷原因并排除故障，盡量降低設(shè)備故障和故障所造成的危害等。

4 盾構(gòu)機(jī)維修保養(yǎng)保障措施

為了保障上述盾構(gòu)機(jī)維修保養(yǎng)策略的順利實(shí)施并起到預(yù)期效果，要建立標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)章和管理制度來約束上述管理行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化管理。如針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)所使用的各類設(shè)備、具體施工內(nèi)容和要求，制定維修保養(yǎng)制度、定期管理檢查制度和管理培訓(xùn)制度等。通過獎(jiǎng)懲制度和定期考核，將考核結(jié)果與工資績(jī)效掛鉤，確保這些制度的有效落實(shí)。在標(biāo)準(zhǔn)化管理機(jī)制的要求下，加強(qiáng)對(duì)維修保養(yǎng)工作人員的培訓(xùn)工作，提升其技術(shù)水平和責(zé)任意識(shí)，保障設(shè)備維修保養(yǎng)工作達(dá)到預(yù)期要求。

針對(duì)維修保養(yǎng)工作中需要的各類配件，做好配件保障工作來保障維修保養(yǎng)工作效率和質(zhì)量。針對(duì)盾構(gòu)機(jī)常見故障和故障規(guī)律，指定配件采購(gòu)計(jì)劃，結(jié)合歷史施工和設(shè)備維修經(jīng)驗(yàn)制定配件清單，不僅要保證現(xiàn)場(chǎng)維修保養(yǎng)工作有充足的配件支撐，一旦出現(xiàn)配件不足時(shí)還有應(yīng)急預(yù)案支撐，積極做好與協(xié)作單位的協(xié)調(diào)，盡量縮短故障維修時(shí)間，提升設(shè)備維修效率。

5 結(jié)語(yǔ)

地鐵盾構(gòu)施工中需要種類各異和大量的盾構(gòu)施工設(shè)備，針對(duì)其中最為關(guān)鍵的盾構(gòu)機(jī)，為使用中的常見故障做好故障預(yù)防檢修和故障維修工作，有助于保障盾構(gòu)機(jī)的高效、穩(wěn)定、安全運(yùn)行，有助于提升工程施工效率和質(zhì)量，提升地鐵工程施工經(jīng)濟(jì)效益。