盾構施工設備全生命周期管理

蘭祥

中鐵十四局集團大盾構工程有限公司 江蘇 南京 211800

引言

隨著地鐵工程建設的大范圍鋪開，盾構機應用率顯著提升，盾構機是一種將機械、電氣、PLC控制等多個專業技術融于一身的技術集成設備，結構極為復雜，科技含量比較高，盾構機與其他工程設備的相同之處在于，必須對之進行科學性管理維護，才能保證持續平穩運行，在長期應用和發展過程中，經過相關工作人員不斷摸索總結，我國盾構施工設備管理也有了一定進步，但是為了進一步提升盾構施工設備管理水平，仍需針對盾構成套設備零配件管理策略等問題進行深層研究。

1 盾構機設備的構成及工作原理

盾構機是一種用于地下隧道開挖的工程機械，它主要由刀盤、推進裝置、掘進泵、注漿系統、電氣控制系統等組成。刀盤是盾構機的核心部件，它由刀盤殼體、刀具、刀臂、液壓系統、環片等組成。刀盤會迅速旋轉，推進裝置推動刀盤進行土體切削，并將其轉移至輸送系統進行運輸。推進裝置是盾構機實現前進的關鍵，它一般由液壓油缸、電磁閥組、控制系統等組成。液壓缸可以驅動盾構機前進。導向裝置則能準確引導盾構機行進方向，而穩定機身則是由推進油缸的作用力來實現的。而支撐裝置則負責維護盾構機的平衡，使盾構機在前進時不失穩。雙室氣閘安裝在盾構機前盾的上方，通過調節氣閘前室和主室之間的壓力，滿足整體的作業需要。此外，管片拼裝機排土機構、后配套裝置單元、電氣系統以及輔助設備等也都是盾構機的重要組成部分[1]。

2 盾構設備全生命周期常見故障及處理方法

2.1 刀盤故障及處理

刀盤由刀盤面板、泡沫噴嘴、刀具刀座以及刀盤內部的管路組成，它有兩種常見故障類型。第一，刀具磨損。盾構期間遇到硬質巖層或砂石時刀具會加速磨損，必須去掉已經磨損的刀具。換上新刀具方可繼續作業；第二，堵住泡沫噴嘴。盾構機在管路負壓狀態或者單向閥失靈后，掘進的砂土就會堵住泡沫噴嘴，可利用加壓方式對噴嘴進行沖洗，也可替換新的單向閥。

2.2 管片拼裝系統故障及處理

①拼裝機。拼裝機由回轉、平移、升降等機構，加上真空吸盤以及液壓等系統組成，它有兩種常見故障類型：第一，回轉、平移以及升降機構出現失靈或者運轉吃力。原因在于沒有對拼裝機進行及時潤滑，或者系統出現了油壓外泄后壓力過低，導致液壓閥組故障頻發，系統中的流量以及油壓都達不到正常標準所致，在拼裝機上找到潤滑點位，注入足量潤滑脂，保證系統順暢運行，對系統進行全面檢查，找到導致油壓外泄的O形圈以及管路，換上質量性能正常的新替代品，找到液壓閥組中的故障成因進行針對性處理[2]；第二，真空吸盤抓舉失效。原因在于真空泵自身出現問題，或者真空吸盤密封失效，而且如果吸盤的壓緊感應器壞掉，也會致使吸盤抓舉失效，可以及時修復真空泵，或者換下壞掉的密封裝填新密封，或者對壓緊感應器進行修復或替換；②吊運系統。該系統由伸降和雙軌梁行走兩個機構外加真空吸盤系統組成，它有兩種常見故障類型：第一，雙軌梁行走機構無法運轉或運轉吃力，原因在于雙軌梁的連接導軌的部位不平，機構呈跳動式行走，或者行走剎車緊固得過分，機構就不會按照操作指令做出動作。第二，伸降異常或不聽使喚。原因在于升降葫蘆剎車嚴重磨損，葫蘆電機被水侵蝕，燒毀了元器件，可及時替換葫蘆剎車或相關電機元件，為升降葫蘆加設保護措施，有效防水；③卸載器。它由卸載器機構，外加伸降油缸和輔助泵站兩個系統組成，卸載器伸降吃力或不做動作是常見故障類型。原因在于液壓系統壓力外泄，油壓達不到驅動壓力標準，或者卸載器達不到足夠潤滑度，機構動作遇到太大阻力難以正常動作或者不做動作，抑或液壓閥系統損壞，導致系統流量及壓力均不正常，出現動作吃力或不做動作。可排查液壓系統的泄露位置和成因，修復或安裝新產品，為卸載器注入足量潤滑脂，對液壓閥排障并恢復正常功能[3]。

2.3 液壓推進系統故障及處理

①千斤頂。液壓推進系統中的千斤頂由推進油缸、推進撐鞋以及防扭設施組成，它有3種常見故障類型：第一，推進油缸動作不靈。原因在于油缸進氣，或內密封損壞后發生泄漏，油壓以及流量均不正常。可把油缸排氣閥打開，通過往返動作把缸內氣體排凈，或撤換損壞密封，對系統流量以及壓力進行調試。確保正常；第二，防扭設施失靈。原因在于防扭油缸失去了固定或徹底損壞，防扭油管出現外泄等。可對防扭設備進行固定，同時對防扭油缸以及防扭油管進行故障排查并替換新產品；第三，推進撐鞋發生變形。原因在于推進撐鞋壞掉了水封，或萬向軸嚴重磨損，或撐鞋因嚴重磨損而變形。可對撐鞋墊、萬向軸承以及水封進行以舊換新；②液壓閥組。該液壓閥組的組成部分包括溢流閥、換向閥、單向閥、比例調速閥以及電磁線圈，它有如下幾種常見故障類型：第一，溢流閥損壞引發系統壓力不正常。原因在于調節壓力部位螺釘松動導致系統壓力忽大忽小，或主閥芯堵住了阻尼孔，系統油壓失去調控能力，或者先導閥調整彈簧失效。可對系統進行調壓，緊固調節螺釘，沖凈阻尼孔，閥芯以及調整彈簧以舊換新等；第二，比例調速閥發生故障引發油缸出現不正常伸縮速率。原因在于液壓油渾濁，導致主閥芯不能靈活滑動，進而促使流量出現異常，或主閥芯堵住了阻尼孔，系統流量失去調節能力。處理方式為清洗閥芯、換裝新液壓油或閥芯、更換液壓油濾芯；第三，電磁線圈發生故障引起閥芯不做動作。原因在于電磁線圈已經燒毀，或者線路發生了故障。可對電磁線圈進行替換。也可排查線路故障并處理；第四，閥塊“O”形圈損壞進而漏油。原因在于“O”形圈安裝作業質量不達標，技術不規范，或“O”形圈因過度擠壓發生泄漏，或在高壓作用下發生變形損壞。可拆卸損壞O形圈，規范化安裝新的專業適用的O形圈[3]。

3 盾構設備的全生命周期管理

3.1 對盾構設備實施定期結合日常形式的強化維修保養

盾構設備主要在隧道掘進作業中使用，由于工作環境惡劣，施工條件不良，故障發生率較高，這就要求相關人員對盾構設備強化日常維保，提前規劃編制條理清晰且細致周到的維保計劃，確保盾構設備的正常運行。管理人員應遵循制度條令，強化盾構設備的日常巡檢，形成例行制度，尤其是施工過程急需的盾構設備，需要重點強化日常巡檢。盾構設備包括多種關鍵組成部分，包括供電系統、液壓系統以及機械裝備等，它們都是電氣設備，作業人員要加大維保力度，排查供電系統有無潛在的斷路或者短路等故障風險，排查機械裝備的運行狀況。分析有無造成停機的潛在隱患，排查液壓系統潛在的故障風險等。盾構設備的日常維保要達到理想成效，工作模式可選擇日常維保結合定期維保的方式綜合進行。第一，定期維保就是全面排查盾構設備潛在的故障風險，如果察覺故障隱患須立即排除；第二日常維保。就是盾構設備全身實施簡單維保，提高盾構設備利用率，保證正常運行。盾構設備的日常維保要求每天堅持不斷，其間須檢查設備清潔工作的必要性，對電纜進行全面檢查，排查破損或磨損嚴重的點位，檢查電氣柜的關閉程度，清潔空調設施的必要性等；定期維保需要對全部安全措施以及緊急制動措施，排查其質量隱患和性能指標。

4 TPM管理應用于盾構設備管理

4.1 成立TPM專職管理小組

TPM管理是一種系統化的管理模式，它要求有關方面為TPM管理的運作構建分層管理組織，成立專職辦公室推動貫徹落實進程，是項目部直屬機構。盾構掘進作業任務也由勞務外包的運作模式，轉變為目前的TPM管理小組負責運行，小組正副組長負責聘任專職操作手。正組長負責協調組織人員配置以及盾構作業執行情況，副組長負責具體的作業任務安置規劃以及設備的日常維保，機械總工負責向技術人員實施技術、安全以及時間等方面的交底，在統一組織安排下保證盾構施工以及設備運行有條不紊地高效推進[4]。

4.2 TPM小組自主活動

①5S活動，優化施工現場工況。5S具體是指5個具體項目，即整理、素養、整頓、清掃以及清潔，分區總管帶動成員悉數參加，目的是優化工作環境，全員提高素養以及保障設備狀態正常等。第一。整理。盾構作業現場劃分多個區域，學習區負責實現信息溝通與共享；休息區設置包括飲水機、座椅以及儲物箱等必要設施；材料區分門別類堆放施工材料；設備區統一保管設備維修所需零件及專用工具；廢料區負責對廢舊的配件以及物料收集處理；第二，整頓。物料儲存須定位且定量，這些物料包括工具、鋼軌、油料以及軌枕等，按照數量規定整齊有序擺放，不僅方便查找。而且降低損失率；第三，清掃。盾構機、施工材料以及作業現場要徹底打掃，不得殘存油污或雜質，運送及儲存砂漿的設施要清理干凈，管理員全部監管，每班機械操作手班后須打掃自己負責的機械及工具；第四，清潔。對上述幾個步驟取得的成果予以維護，保證環境干凈舒爽，避免設備清理用時過長；第五，素養。工作習慣要認真負責，設備及環境整潔有序。舉例來說，皮帶機攜帶大量泥垢，對現場清潔不利，須就渣土改良、操作過程、優化設備以及安全防護等入手，全員行動，實現自主保全；②日常點檢以及維保落實區域責任制。第一，全區落實日常巡檢和點檢。操作手班前每日查看負責區，通過簡單用具對設備實施清掃、調試、保養以及緊固等，強化薄弱環節以及關鍵局部巡檢力度。組長負責對盾構設備及現場開展日常巡檢；第二，設備定期維保，停機間隙也要落實強制性保養。日常點檢保養要持續進行，由兩名專職保養工負責全面維保盾構設施并記錄，就設備實況給出具體維保具體規劃。停工期以及停機間隙，副組長召集維保人員，聯合操作手對設備進行全方位維保。重點維保日常易遺漏部位，促使設備始終處于良好運行狀態，加快工程建設；第三，設備維保及故障總結全員參與。這是TPM管理模式的特色之一，它打破了操作手與維修員的職責分工界限，強調全員參與，要求人人掌握機械操作維保要領，促進維修作業及時準確排查處理故障，避免類似錯誤重復出現。故障總結及成因排查可以幫助作業人員明晰故障來源，是違規操作還是條件不夠。是舊病復發還是設計及能力缺陷，以及改進狀況如何等。

5 結束語

隨著隧道工程施工項目不斷增多，盾構施工設備管理逐漸成為隧道施工企業關注與重視的重要問題，因為盾構機械設備具有高投入、復雜性及科技水平高等特點，一旦出現設備故障，會造成經濟損失、施工延誤及安全事故等諸多不良后果，因此上文從盾構設備的各部位故障及檢修措施入手，探討了盾構施工設備全生命周期管理具體實施，以供參考。