地鐵盾構機故障處理與分析

趙永香

摘? 要：本文以合肥某地鐵項目施工中遇到的實際情況為例，對盾構機在施工過程中出現的設備故障進行了初步探討。記錄了各種故障發生的概率，而且針對典型故障提出了解決措施和預防措施，確保了工程建設的順利進行。

關鍵詞：盾構機;故障;處理

中圖分類號：TU621.5??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2021）02-0000-00

0 概況

在城市軌道交通建設的大潮中，盾構機是目前暗挖施工重要的生力軍。隨著我國盾構施工技術的日漸成熟和國家對機械制造業的重視及投入，盾構機的科研力度及技術能力日益加大，當前國內的盾構機制造廠家的技術水平都在不斷的提高，當前我國自主研發制造的盾構機已經發展到了國外。

我公司承建的合肥地鐵某標段有三個盾構施工區間：雞鳴山—方興大道區間（左右線各804m）、雞鳴山—科學大道區間（左線720m，右線718.5m）、創新大道—豐樂河路區間（左線2718m，右線2724m）。本文主要以創豐區間施工的典型故障進行分析。此區間在創新大道站始發，沿望江西路向東掘進，在永和路口附近的區間風井進行接收及二次始發，最后在豐樂河路站接收，區間線路整體呈反S型，區間最大坡度為26‰，左右線的間距約為10～43.1m，最小曲線半徑為370m。區間隧道覆土厚度約為9.48～28.63m，穿越土層主要為⑥2黏土、⑥3粉質黏土、⑦2粉質黏土、⑨11全風化砂質泥巖、⑨12強分化砂質泥巖、⑨13中分化砂質泥巖。此區間選用的是土壓平衡盾構機，下穿美欣制藥廠房、雨水箱涵及柏堰湖補水渠橋等部位，側穿110kV高壓電塔，施工準確度及穩定性要求高，難度較大。為滿足上述地質條件的施工，創豐區間選用的是三臺土壓平衡式盾構機，其中兩臺為鐵建重工的盾構機（ZTE6250），另一臺為美國羅賓斯的盾構機（型號6260）。

1 設備停機數據統計分析

1.1 創豐區間左右線停機記錄統計

創豐區間左線是由鐵建重工盾構機施工（編號：DL205），始于2019年6月25日，貫通于2020年7月8日;創豐區間右線始發于2019年4月27日，采用Robbins（羅賓斯）盾構機施工，在風井出洞后，更換鐵建重工的盾構機（編號：DL206）在2020年5月6日繼續推進，到2020年10月19日完成雙線貫通。根據盾構機每日的掘進記錄，將停工原因分為因環保要求不能運輸渣土的停工，管片缺貨的停工，盾構機及后配套設備故障的停工，其他（停電、現場觀摩檢查及施工安排）原因停工，分類匯總各類停工時間，具體統計如表1所示（時間單位以小時計算）。

1.2 設備故障因素的統計分析

通過以上停工時間的統計，可以發現設備的完好對工期有很大影響。本節進一步將設備故障的原因細化為：刀盤故障;潤滑、泡沫、油脂、注漿系統故障;雙梁及拼裝機故障;螺旋輸送機（含皮帶系統）故障;電瓶車編組故障;其他（門吊、砂漿站等故障）。具體設備故障時間統計如表2所示，（時間單位以小時計算）。

在以上設備故障時間的統計基礎上，我們可以得到如下三臺盾構機及區間總的設備故障分析餅狀圖，如圖1所示。圖中可以清晰地看到盾構機本身的潤滑、泡沫、油脂、注漿系統故障、雙梁及拼裝機故障及電瓶車編組故障概率比較大。在今后的盾構掘進中，著重維護研究解決這三塊故障，將會為盾構施工爭取更多的時間。

2 故障處理與分析實例

2.1 盾構機發生栽頭現象，抬不起頭

故障原因分析：在盾構機穿越素樁加固區時，機體沿下坡路推進，趨勢較平穩，但偏離設計垂直高程位置較大。當穿過素樁加固區后，由于素樁的包裹作用消失，掘進推力持續增加后維持在7000～7500t，機體有繼續栽頭趨勢，姿態垂直往下掉，在后續幾環的推進過程中，垂直高程持續惡化。

解決措施：（1）首先清理盾體內部積累的砂漿，保障其有足夠的抬頭空間;每隔15cm測量一次盾殼和管片之間的間隙，保證間隙在合理范圍之內。拼裝管片時，連續兩環都將大塊（A6塊）拼裝在底部，一般情況下能有效解決抬不起頭問題，但是在此次情況下，未有明顯改善。（2）考慮到此次故障推力較大，一般情況下推力較大很可能是刀盤的邊緣刮刀磨損造成開挖面積減小造成的。因為當時的施工路段還未到合適停機，為避免姿態進一步惡化，所以采取了在0～270范圍內使用超挖刀的方法，此后每環的垂直姿態都上升了約5mm，高程偏差逐漸改善。（3）在機體到達合適停機位置后，帶壓進倉更換了相應刀具，繼續掘進后盾構機姿態正常。

2.2 管片提升系統的雙梁行走鏈條斷裂

故障原因分析：管片拼裝操作人員在吊裝機到位后未及時停止啟動器的動作，使鏈條因受力過大導致斷裂。

解決措施：更換鏈條，接好并緊固。普通雙梁系統因其自身設計原因，操作相對復雜且容易發生卡澀碰撞的問題，為防止類似情況的發生，一方面加大對操作人員的教育和培訓，使其保持警惕心，以免造成更大的損失，另一方面加裝限位開關，有效地防止了這種情況的發生。

本區間施工采用的三臺盾構機的雙梁系統都相對故障頻繁，有自身設計缺陷問題，因為施工時間有限且盾構機是外租的，升級改造不太現實，所以項目所做的研究并未太深入，為從根本上減少雙梁提升系統故障，如何優化改善整個系統既是一個有趣課題，又將是后期盾構施工技術研究的一個挑戰。

2.3 拼裝機旋轉、抓舉頭無動作

故障原因分析：管片拼裝過程中，機械工作逐漸變慢直至不動作，分析可能有以下原因：（1）液壓油泵故障，導致系統供油不足;（2）拼裝機行走時誤碰限位器，導致拼裝機無動作。（3）控制拼裝機動作的數字信號處理模塊（PIE模塊）故障，模塊內部的電磁閥線圈或是熔斷器損壞、模塊的接頭松動或斷開都將引起拼裝機不能工作。（4）傳感器故障可同樣造成拼裝機不能動作。

解決措施：（1）檢查液壓油管路閥組，發現無問題。（2）將拼裝機后移，復位限位傳感器，拼裝機仍無動作。（3）檢查線路，測試熔斷器，無問題，更換PIE模塊后，拼裝機仍不能正常工作。（4）檢查管片安裝機的制動傳感器，發現其壓力顯示為正值，無故障。檢查真空吸盤上的傳感器，與傳感器連接的定位銷內部彈簧工作正常，未失效，進一步查看定位銷表面，發現有部分磨損，猜測可能是因此導致感應信號燈失靈，傳感器不能接受有效信號，更換定位銷后，拼裝機正常工作。

2.4 螺旋輸送機噴涌、噴砂

故障分析：盾構機下穿柏堰湖補水渠橋時，開挖面土體土質不良（黏土礦物質含量少、塑性差）且含水量豐富，渣土改良效果不佳;同步注漿不及時或注漿量不足，土體裂隙水不斷在泥土倉累積，水壓不斷加大。當螺旋機工作時，倉內的水在壓力作用下，從出土閘門迅速噴出，造成噴涌現象的發生。

應對措施：（1）關閉出土閘門同時增加土倉內的土壓力，將水不斷擠出，降低倉內含水率。（2）向土倉內注入吸水性高分子材料，改良土倉內土體的塑流性。（3）加大監控頻率，嚴格控制推進速度和出土量，在保證安全的前提下，確保其連續均衡快速掘進，盾構通過后立即注漿加固。

2.5 電瓶車溜車，脫軌

故障原因分析：（1）溜車問題：剎車片等附屬配件磨損造成剎車不靈敏或不能剎車;電瓶車停靠位置坡度過高，軌道有油污表面濕滑，在重載的情況下高速下坡;突發性電氣控制故障;人為操作失誤。（2）脫軌問題：軌道因長時間使用出現左右和高低偏差，軌距超過允許偏差，當電瓶車載物不均衡運行時，因重心不穩偏離軌道運行;在道岔等曲線較大位置，當電瓶車運行速度過快時，因沒有轉向架的維護而容易脫軌;人為指揮或操作不當原因。

解決措施：（1）溜車問題：當出現溜車時必須先鳴笛報警，同時將手柄檔位調低，進行所有剎車制動，轉動防溜掛鉤。待電瓶車停止后再查明故障原因，徹底解決問題。（2）脫軌問題：首先在保證管片不破損的情況下恢復電瓶車脫軌部位。待電瓶車駛離后再查明脫軌原因，徹底解決問題。

預防措施：為有效預防出現溜車脫軌等非常規性問題的出現，必須做好以下工作：做好操作人員的培訓教育工作，定期對電瓶車班組人員進行技能培訓和考核，按規定操作，杜絕人為操作失誤;加強對電瓶車及軌道的日常檢查和維修， 及時調整偏差軌距，及時緊固松動的軌道，將電瓶車發生溜車和脫軌事故的可能性減至最小;保持內外通訊暢通，若發生意外，各方要及時聯系，防止傷人事故發生;加強司機安全教育，確保司機懂得如何處理溜車脫軌事故。

2.6 盾尾漏漿嚴重

故障原因分析：（1）盾尾油脂注入量不足或是質量不過關;（2）同步注漿量過大或壓力過大;（3）盾尾刷破損發生彈性變形;

解決措施：首先查看油脂批次及廠家，測算油脂平均加注量，排除油脂自身問題;然后查看PLC注漿控制板面，注漿壓力未超過設定值，查看注漿面未發現隆起，說明不是注漿問題;最后推測在前段施工中盾構機姿態調整幅度偏大，造成盾尾間隙左右不均衡，一側的盾尾刷遭到擠壓而變形，達不到止漿的效果而漏漿。因在掘進中不能更換密封刷，只能先用海綿條封堵，手動注脂，加大盾尾油脂注入量，同時在同步注漿液中加入水玻璃，縮短初凝時間，經過一個夜班的努力，終于有效地控制了漏漿。

3 結論與展望

本文以公司承建的合肥軌道交通某標段的創豐區間掘進記錄為基礎，統計整個區間左右線的盾構施工停工時間以及停工原因，繼而引出造成盾構機本身故障停機的5類故障的概率統計。針對典型的設備故障案例，總結了具體應對措施及預防措施，為后續公司盾構施工提供了寶貴的現場經驗。

參考文獻

[1] 蘇清貴，張振強.大盾構常見故障診斷及不良地質掘進困難應對措施研究[J].工程技術研究，2019（6）31-33.

[2] 王凱.地鐵盾構機施工中的刀盤及刀具改造技術[J].施工技術，2016（S1）403-408.

[3] 李小崗，李勝利，牛學臣.大直徑泥水盾構系統管理與典型故障分析[J].中國工程科學，2010（12）：51-55.

Troubleshooting and Analysis of Metro Shield Machine

ZHAO Yongxiang

（China Railway 24th Bureau Group Anhui Engineering Co.， Ltd.，? Hefei? Anhui? 230011）

Abstract： This article takes the actual situation encountered in the construction of a subway project in Hefei as an example， and conducts a preliminary discussion on the equipment failure of the shield machine during the construction process. The probability of various failures is recorded， and solutions and preventive measures are proposed for typical failures to ensure the smooth progress of project construction.

Keywords： shield machine; failure; treatment