盾構(gòu)分體始發(fā)液壓系統(tǒng)故障分析

劉雪源/LIU Xue-yuan

（中鐵隧道局集團(tuán)有限公司 設(shè)備分公司，河南 洛陽 471000）

某城市地下綜合管廊采用開挖直徑6.28m的海瑞克盾構(gòu)進(jìn)行施工掘進(jìn)。由于始發(fā)場地空間限制，采用分體始發(fā)、管線延長模式進(jìn)行始發(fā)掘進(jìn)，初始穿越地層為微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，自穩(wěn)性較好。

1 分體始發(fā)模式

盾構(gòu)始發(fā)時(shí)，由于始發(fā)井縱向長度僅35m，橫向?qū)挾?2m，盾構(gòu)拖車并排放置空間不足，且要避開出土孔垂直運(yùn)輸位置，故采用將設(shè)備橋和1#拖車下井與盾構(gòu)主機(jī)組裝，2#～5#臺(tái)車放置在頂板及地面（與底板高程差40m），1#臺(tái)車與2#臺(tái)車采用延長管線連接，由于豎井深度較大，在井下延長管線中間連接1 臺(tái)中繼泵站用于抽取液壓馬達(dá)殼體泄油至主油箱（人工操作）。計(jì)劃掘進(jìn)80m 后，拆除負(fù)環(huán)，將車架全部下井平移洞內(nèi)（圖1）。

圖1 分體始發(fā)示意圖

2 第一次液壓系統(tǒng)問題

在盾構(gòu)推進(jìn)至距掌子面約200mm 時(shí)，補(bǔ)油泵濾芯壓力異常報(bào)警，拆檢后發(fā)現(xiàn)有尼龍袋碎屑、銅屑及鐵屑，打開油箱，發(fā)現(xiàn)油箱底部沉積鐵屑、銅屑、黑色異物及部分透明乳膠物，油液有乳化現(xiàn)象，后對(duì)主油箱油液抽取過濾雜質(zhì)及水分，油箱進(jìn)行清洗，更換濾芯。3 月13 日主油箱加入新油和經(jīng)濾油機(jī)過濾后的液壓油，再次啟動(dòng)補(bǔ)油泵發(fā)現(xiàn)補(bǔ)油泵壓力不足，刀盤聯(lián)鎖保護(hù)無法啟動(dòng)。經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)3 號(hào)刀盤主驅(qū)動(dòng)泵內(nèi)泄嚴(yán)重，泵殼體油液有明顯可見銅屑（圖2），另外2 臺(tái)刀盤泵未見明顯異常。將3 號(hào)刀盤泵送廠家拆檢，發(fā)現(xiàn)缸體磨損，且配油盤干磨發(fā)黑。后對(duì)3 號(hào)刀盤泵進(jìn)行修復(fù)，對(duì)盾構(gòu)其他液壓泵、馬達(dá)送廠拆解、重新裝配并檢測調(diào)試。同時(shí)對(duì)液壓管路進(jìn)行清洗。恢復(fù)安裝、調(diào)試后恢復(fù)正常掘進(jìn)。

圖2 主油箱及補(bǔ)油泵濾芯雜質(zhì)

3 第二次液壓系統(tǒng)問題

在進(jìn)行第二次管線延長后，盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)主泵站值班人員發(fā)現(xiàn)主泵站刀盤泵聲音異響，通知主控室停機(jī)。單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)1、2、3 號(hào)刀盤泵，經(jīng)現(xiàn)場檢查確認(rèn)1 號(hào)刀盤泵異響，且手觸1 號(hào)刀盤泵泵頭溫度較高，同時(shí)主控室上位機(jī)顯示補(bǔ)油泵濾芯報(bào)警，過濾循環(huán)泵濾芯報(bào)警，檢查過濾循環(huán)泵濾芯、補(bǔ)油泵濾芯，發(fā)現(xiàn)濾芯表面附著大量的銅屑。隨后對(duì)泵殼體油液和相關(guān)濾芯進(jìn)行檢查，其中主回油濾芯、推進(jìn)濾芯、中繼油箱未發(fā)現(xiàn)肉眼可見銅屑，其他地方或多或少出現(xiàn)銅屑?，F(xiàn)場決定對(duì)1、2 號(hào)刀盤泵及螺機(jī)泵進(jìn)行拆除，同時(shí)對(duì)主油箱進(jìn)行放油、清潔工作，油箱底部亦有大量銅屑?，F(xiàn)場對(duì)1 號(hào)刀盤泵進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部損壞嚴(yán)重，主要有以下問題。

1）2 根柱塞滑靴完全脫落，其中1 根油道堵塞，其他7 根滑靴不同程度磨損、斷裂，九孔盤孔崩裂1 處。

2）壓板螺栓8 根，斷裂4 根，2 塊壓板移位嚴(yán)重?fù)p壞，壓板嚴(yán)重?fù)p壞、變形。

3）止推板磨槽明顯。

4）柱塞孔內(nèi)發(fā)現(xiàn)斷裂密封圈2 段。

5）止推板上發(fā)現(xiàn)部分顆粒物（經(jīng)初步研判，為焦黑滑靴顆粒）。

6）脫落滑靴有干磨、發(fā)黑痕跡。

4 原因分析

經(jīng)過對(duì)1 號(hào)刀盤泵拆解，直接原因?yàn)楸没ッ撀?、異常磨損，產(chǎn)生大量銅屑、出現(xiàn)泵運(yùn)行時(shí)異響、發(fā)燙現(xiàn)象。其他可能誘因如下。

1）刀盤泵內(nèi)部進(jìn)入異物。本次1 號(hào)刀盤泵的拆檢過程中發(fā)現(xiàn)柱塞桿中有斷裂密封圈，存在破損密封進(jìn)入柱塞和滑靴，堵塞滑靴阻尼孔，導(dǎo)致其中部分滑靴與止推板干磨損壞，進(jìn)而產(chǎn)生惡性連帶效果，導(dǎo)致整個(gè)泵損壞。造成液壓系統(tǒng)異物進(jìn)入的可能原因?yàn)椋孩傺娱L管線內(nèi)部未完全清理干凈；②加注的油液品質(zhì)不合格；③由于設(shè)備在使用過程中主驅(qū)動(dòng)油管密封也多次損壞進(jìn)行更換，密封圈損壞導(dǎo)致破損的密封圈進(jìn)入液壓系統(tǒng)。

2）延長管路過長及急停操作對(duì)系統(tǒng)的沖擊。由于垂直延長管線約40m，水平管線約60m，累計(jì)延長已達(dá)100m 以上，后續(xù)還需進(jìn)行1 次管線延長（20m/次），延長管線過長，壓力沖擊會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)影響。長距離管線延伸會(huì)造成液壓系統(tǒng)的“水錘”效應(yīng)，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生劇烈沖擊導(dǎo)致泵損壞，特別是在泵在急停時(shí)該現(xiàn)象表現(xiàn)尤為明顯。

3）第一次委外拆檢、調(diào)試、裝配過程中質(zhì)量問題，導(dǎo)致刀盤泵在運(yùn)行過程中異常損壞。

4）其他可能對(duì)液壓系統(tǒng)造成影響的方面：①主驅(qū)動(dòng)延長管路球閥未全部打開，4 月8 日在更換刀盤管路損壞油封后，刀盤旋轉(zhuǎn)及扭矩異常，排查發(fā)現(xiàn)有2 根主驅(qū)動(dòng)延長管線上油管球閥未打開，刀盤泵壓力沖擊、泵體吸空對(duì)系統(tǒng)造成損傷；②泄漏中繼油箱憋壓過高，現(xiàn)場人員多次忘記抽取中繼泵油液，造成中繼油箱憋壓，液壓油大量泄出，會(huì)導(dǎo)致馬達(dá)殼體泄油背壓急速增高。

5 處理建議

1）液壓系統(tǒng)清洗、維修。①刀盤泵：拆檢3個(gè)刀盤系統(tǒng)液壓泵，根據(jù)損傷情況進(jìn)行維修；②其余液壓泵和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)：損壞的液壓泵雜質(zhì)會(huì)通過泄漏管道進(jìn)入各泵和馬達(dá)，對(duì)所有液壓泵和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行拆解、檢測、清洗；③液壓油：更換整個(gè)系統(tǒng)液壓油；④液壓濾芯：更換所有液壓濾芯；⑤液壓油箱：清洗液壓油箱，用面團(tuán)對(duì)整個(gè)液壓油量內(nèi)壁清洗；⑥液壓管路：拆掉所有泄漏油管、回油管、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)AB 管、泵站吸油管路進(jìn)行清洗。

2）增加油液檢測，液壓泵的振動(dòng)監(jiān)測頻次。

3）考慮2 號(hào)拖車提前下井的可行性，如不可行，應(yīng)對(duì)延長管線作業(yè)進(jìn)行詳細(xì)交底，加強(qiáng)管線延長、泄油中繼油箱作業(yè)人員管理，對(duì)球閥開關(guān)狀態(tài)，管路對(duì)接、管路油封、中繼油箱液位進(jìn)行檢查、復(fù)核確認(rèn)。

4）對(duì)管路、主油箱清理步驟、方式及效果進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)。