地鐵盾構施工設備管理及維保技術研究

邵立國

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

我國正加大城市軌道交通工程建設力度，以地鐵工程為例，目前最為主要的施工方式是隧道盾構施工，主要的施工機械設備是盾構機。此類盾構施工設備在高強度且惡劣的作業環境中，難免經過長時間運行會出現各種類型的故障而影響其運行效率，還可能會引發安全事故并造成巨大的經濟損失。因此，為了避免或減少上述情況，則需要加強對盾構施工設備的管理與維保工作，保證此類設備性能并延長其使用壽命，提升設備運行效率和施工效率，保障工程施工安全，進而提升工程施工進度和施工經濟效益。

1 盾構施工設備管理與維保的現實意義

盾構施工設備具有復雜結構和多個子系統，其中比較關鍵的系統主要有機械傳動系統、潤滑系統、液壓系統和通風系統等，一旦其中某個系統或者系統中的某個部件出現故障，則可能影響整個系統的正常運行，進而會影響隧道掘進施工效率和地鐵工程施工進度。因此，需要在施工過程中做好此類設備的管理與維保工作，結合設備具體類型和工程施工進度情況等，制定科學的設備管理與維保策略，通過有效的管理措施提升設備性能，保證設備處于最佳運行狀態，提升其運行效率，并最大化降低故障概率。具體工作是對所有子系統開展定期的安全排查來保證系統處于正常狀態，盡量減少事后維修工作，通過事前預防方式減少設備故障概率。

在此設備管理過程中，需要同時重視設備使用操作和維護保養管理，檢測與檢修相結合，以預防為主的原則開展設備管理工作，通過完善的制度來約束人為操作，減少人為主觀因素對設備造成的影響，在此基礎下保證設備管理工作的規范化，保證按照既定的管理規劃達到預期管理目的。

2 盾構機工作原理

隧道工程施工中應用的盾構機，原理是使用一個圓柱體的鋼組件，在向前推進的過程中對土壤進行挖掘。在此圓柱體的鋼組件外部有起到護盾作用的殼體，在開展掘進作業的同時，也支撐周圍土體或者地下水等壓力，起到支護的作用，保證在此護盾的保護下有序開展挖掘、排土以及襯砌等工作。

在盾構機的掘進階段，由盾構機中的液壓馬達驅動刀盤，在推進油缸的作用下推動盾構機前進，在此過程中隨著刀盤的旋轉切削土層，并將切削下來的渣土運輸到土倉中。通過盾構機中螺旋輸送機的作用，將土倉中的渣土通過皮帶輸送機向渣土車的土箱中運輸，最后通過豎井向地面運輸。在掘進過程中，土倉和螺旋輸送機中的渣土達到一定數量后，刀盤旋轉時切削下來的渣土就會通過刀槽進入土倉中，而土倉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時，就可以保持開挖面穩定，保證掘進作業的順利開展，在此過程中也不會出現坍塌或隆起等問題。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。在盾構機掘進一段距離之后，需要工作人員操作拼裝機對單層襯砌管片進行拼裝，實現隧道的一次成型。

3 盾構機維修保養工作策略

3.1 盾構機常見故障

（1）液壓系統故障。盾構機液壓系統中的推進系統主要負責推進盾構機前進，但是在運行中如果出現油接頭安裝不規范現象而降低此部位的密封性，油接頭密封圈經過長時間使用而老化失效，受到長時間的振動因素影響而導致油接頭松動，油溫過高而導致液壓油的黏度降低等，造成了漏油問題，或回油背壓過高導致部分回油管路出現泄漏問題等，都會導致液壓系統故障。

（2）刀座與面板磨損。在盾構機運行中，為了防止刀座和刀盤面板接觸而出現磨損問題，通常使用滾刀、弧形刮刀和切刀等。但是如果在對硬巖段進行掘進作業時，會導致上述刀具出現不同程度的磨損甚至損壞問題，影響其保護作用的發揮，導致刀座與面板接觸。也會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和移動。盾構機運行中對管片安裝及旋轉、移動的控制主要是通過PLC 模塊來實現的，一旦出現熔斷器異常或者PLC 模塊異常，則會影響上述控制過程。針對此故障需要檢查接頭位置來判斷是否出現了接頭松動或斷開等問題，而且要及時更換出現故障的模塊。

3.2 盾構機維修保養策略

針對盾構機運行中的常見故障，需要采取修養并重的方式，同時提高對保養工作的重視，做好常見故障的檢修和預防。在開展維修和保養工作中，首先針對全新盾構機開展試掘工作，通常試掘工作長度為100 m。經過100 m 試掘之后，需要更換盾構機中的濾清器，添加刀盤驅動齒輪油，開展設備全面檢查和保養工作。在此設備初投入階段，要適當增加檢修保養頻率，為后續設備穩定和高效運行打下堅實基礎。

在盾構機運行中，工作人員應該深入現場檢查設備運行性能和配套設備運行狀況，結合相應的設備運行和保養記錄，掌握盾構機近期的運行狀況，分析此階段中出現的問題，通過預防性養護排除隱患，保證其穩定運行。此外，針對盾構機中直接影響作業效率的刀具，需要做好定時和定點檢查工作，及時更換出現缺陷的刀具。在更換刀具作業中，嚴格執行規范化的開艙作業流程，保證所更換刀具型號符合要求，保障刀具更換作業的安全性，并確保刀具更換之后的掘進效率。要結合掘進作業中的推力、刀盤轉速等參數，確定刀具更換頻率，盡量延長其使用壽命、減少換刀頻率。

在盾構機使用過程中，不允許拆卸和變更盾構機及其部件，如果出現了安全閥無法正常運行或者顯示不準確等問題，需要立即更換安全閥。在故障維修作業中設置警示牌，機械部分維修完成后由電工進行檢查，確認合格之后才能拆下警示牌并恢復正常作業。液壓系統需要關閉閥門、適當降低壓力后再進行維護，防止出現液壓油缸回縮問題。尤其針對檢查中發現的液壓系統漏油問題，需要重點檢查管線螺紋位置，拆卸和處理接頭位置的污染物。如果是液壓驅動裝置故障，則需要聯系廠家或第三方進行全面拆修，重點檢查關鍵電氣節點、液壓執行元件和嚙合件磨損，檢查系統執行情況，查找漏油原因，及時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，還要在盾構機運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部等部位。

最后要求設備維修保養工作人員熟練掌握盾構機結構和工作原理、常見故障及原因、故障檢修與預防措施等專業知識，保證在盾構機運行中及時發現設備異常，在出現故障時可以快速診斷原因并排除故障，盡量降低設備故障和故障所造成的危害等。

4 盾構機維修保養保障措施

為了保障上述盾構機維修保養策略的順利實施并起到預期效果，要建立標準化的規章和管理制度來約束上述管理行為，實現對設備的標準化管理。如針對施工現場所使用的各類設備、具體施工內容和要求，制定維修保養制度、定期管理檢查制度和管理培訓制度等。通過獎懲制度和定期考核，將考核結果與工資績效掛鉤，確保這些制度的有效落實。在標準化管理機制的要求下，加強對維修保養工作人員的培訓工作，提升其技術水平和責任意識，保障設備維修保養工作達到預期要求。

針對維修保養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工作效率和質量。針對盾構機常見故障和故障規律，指定配件采購計劃，結合歷史施工和設備維修經驗制定配件清單，不僅要保證現場維修保養工作有充足的配件支撐，一旦出現配件不足時還有應急預案支撐，積極做好與協作單位的協調，盡量縮短故障維修時間，提升設備維修效率。

5 結語

地鐵盾構施工中需要種類各異和大量的盾構施工設備，針對其中最為關鍵的盾構機，為使用中的常見故障做好故障預防檢修和故障維修工作，有助于保障盾構機的高效、穩定、安全運行，有助于提升工程施工效率和質量，提升地鐵工程施工經濟效益。