廣深港泥水盾構主軸承損壞原因分析

李大偉，劉金祥，趙新合

（中鐵隧道集團公司專用設備中心，河南 洛陽 471009）

1 工程概況

廣深港客運專線廣深段位于廣東省中南部，該線北起廣州鐵路樞紐的新廣州站，向南經番禺區的沙灣，然后折向東經黃閣鎮，下穿獅子洋后進入東莞市，經過東莞市沙田、虎門、長安等鎮，進入深圳市，并在龍華設新深圳站。

由中鐵隧道施工的廣深港客運專線SDⅢ標位于獅子洋隧道的東莞側，包括引道段180m，明挖暗埋段597m，盾構井23m，盾構段4 750m。

2 主軸承使用情況

廣深港客運專線SDⅢ標隧道段采用直徑11.182m泥水盾構施工，盾構主軸承生產廠家為RotheErde，軸承直徑4 800mm。該盾構于2008年4月25日開始掘進，4月27日掘進過程發現刀盤前部有異響，停機采取如下措施進行處理：①開倉檢查刀盤沒有發現刀具掉落；②檢查刀盤與前盾之間是否存在干涉，并對可能產生干涉的安裝刀具用的吊耳進行處理；③將泥倉內泥漿液位降到最低，檢查泥水倉底部沒有發現異物；④采用內窺鏡檢查主軸承并對油液進行分析均未發現異常。

上述檢查措施未發現異常后決定繼續掘進，正常掘進大約10環后異響消失，后續掘進過程加強主軸承油品狀態檢測和主軸承密封油脂消耗情況跟蹤，均未發現異常。掘進到2 100環左右，主軸承油水檢測情況逐漸惡化，主要體現在以下幾方面：①齒輪油粘度急劇上升且含水量嚴重超標油中有大量粉塵、油泥及磨損金屬顆粒污染，嚴重影響潤滑效果；②齒輪油顏色變黑，明顯看出有油脂進入，后期齒輪油成半固態；③齒輪油漏油嚴重，施工過程頻繁加油；④鐵譜分析顯示齒輪油中有大量鋁、鈉、硅、鎂、鈣等元素，制作泥漿用的膨潤土泥漿含有此類元素，由此分析軸承內已經進入膨潤土泥漿；磨損金屬元素Fe、Cu含量嚴重超標，表明該系統存在嚴重異常磨損。

2010年9月19日主軸承油水檢測情況如表1～表3所示。

表1 油品理化指標

表2 元素濃度（mg/kg） ASTM D6595-2000

表3 磨損顆粒和污染雜質特性(鐵譜定性分析)SH/T 0573-1993

3 主軸承拆解損壞情況

3.1 外密封情況

主軸承外密封由5道唇形密封構成，拆解后發現外密封唇形密封已經損壞，與密封結合的跑道面及內圈存在嚴重銹蝕，結合面上面發現有大量的油脂和泥土混合成的碴滓；外密封跑道面出現多道磨損凹槽，從內到外深度逐漸加大，最深磨損量約為6～10mm。

3.2 內密封結構

主軸承內密封也是由5道唇形密封構成，拆解后發現存在嚴重污染，密封跑道面存在嚴重銹蝕，并存在表面剝落現象。

3.3 主軸承

主軸承由于露天存放時間較長，表面銹蝕嚴重，螺栓存在銹蝕、斷裂情況，拆除十分困難，將主軸承徹底拆除后發現內部的情況更加糟糕，具體如下。

1）主推滾子軸承 主推滾子軸承由兩排組成共計208粒，從拆解來看，大多數滾子都已破碎成鵝卵石狀，相對完整的滾子大約30粒且都不能繼續使用，表面有不同程度的損傷，主推力滾子保持架全部散架。

2）輔推滾子軸承 輔推滾子軸承為單排結構共計156粒，其中有143粒相對完整，多數表面銹蝕，結構內部夾雜有大量泥沙，多數保持架存在斷裂散架現象。

3）徑向滾子軸承 徑向滾子軸承為單排結構合計220粒，從拆解情況來看徑向滾子情況相對較好，多數保存完好，部分保持架斷裂，大部分相對完整，但結構內部存在泥沙且磨損嚴重。

4）主軸承主推滾道 主推滾道面整體存在嚴重銹蝕，表面存在不少電容蝕坑、磨損坑，損傷嚴重處多達21處，最大損傷的深度達20～30mm，面積約100cm2。

4 原因分析

從整個軸承的拆解情況來看，銹蝕現象較為嚴重，主推力滾子損壞已經達到慘不忍睹狀況，整個軸承已經報廢，造成主軸承嚴重損壞以致報廢的原因如下。

1）該項目的水壓達到7bar，壓力較高，油脂稍微注入不到位泥水艙內的泥漿就會在壓力作用下通過迷宮進入軸承密封，海水和泥沙的腐蝕作用加劇了密封和密封跑道面的損壞，致使泥漿進入軸承結構內部，使軸承滾子在夾雜硬質小顆粒物后滾子及滾道面首先出現壓痕，在重載作用下逐步損壞。

2）盾構組裝或洞內焊接刀盤時，搭鐵線未嚴格按標準放置，致使主軸承滾子和滾道面接觸處有大電流通過，產生了電熔蝕坑，電熔蝕坑隨著運轉時間的延長，逐漸剝落并呈擴大趨勢，最終導致主軸承滾子及滾道面的損壞。本次拆解發現了多處電腐蝕坑也證實了這一點。

3）掘進至2 100環時軸承油水檢測數據出現較大問題，本應該停機進行徹底清洗檢查，但未能引起足夠重視，也未向上級反映，繼續“帶病”使用，加劇了軸承的損壞。

4）2 900環左右盾構機油水檢測顯示各種元素雜質嚴重超標，本應該再次停機進行徹底清洗和檢查恢復，但項目為了滿足業主工期要求，繼續“帶病”施工，最終導致了主軸承的徹底報廢。

5）主軸承拆解后直接將軸承內部的齒輪油放掉，導致軸承內部銹蝕。露天存放并且直接放置在地面上，經過長年風吹雨淋使軸承外部銹蝕且雨水進入軸承內部，加劇了軸承的損壞。

5 建議與總結

影響主軸承壽命的因素是多方面的，油脂注入不到位、焊接時搭鐵電流經過軸承等都會造成軸承壽命的降低，再一做好大型設備的油水檢測工作能夠及時發現故障避免悲劇發生，建議在現場施工過程中做好以下幾點。

1）重要零部件（如主軸承、油缸、PLC）附近焊接時，搭鐵線和焊接點必須在同一個工件上。焊接前進行技術交底，施焊時嚴格執行技術交底，必要時技術人員應全程跟蹤監督檢查。

2）潤滑油脂和密封油脂的注入量和注入壓力應和壓力關聯，確保密封腔的油脂始終高于泥水艙壓力，避免泥漿進入主軸承密封艙內。施工過程中應做好油脂用量記錄統計，根據掘進情況變化調整油脂用量。

3）大型設備應做好油水檢測工作，據統計大部分故障發生前在油水檢測方面能有征兆，設備運行過程中應建立油水檢測和震動監測的臺賬，對日常的油水檢測和振動監測記錄進行統計分析，提前發現設備故障，將問題消除在萌芽階段。

4）設備發生故障時應及時組織召開故障處理專題會，將對設備的損傷降低到最小，并及時總結經驗教訓。

[1] 李大偉．某盾構主軸承油脂消耗分析與控制[J]．隧道建設，2014，(1)：83-87．

[2] 司東宏．徑向載荷作用下盾構機主軸承的有限元分析 [J]．軸承 ,2013，(8)：13-16．