掘進機常見的故障原因分析及處理方法探討

陳亮 黨齊乾 李四敏 米振濤

摘要：現代建筑工程施工過程中廣泛應用各種機械設備，不僅有效提高了生產效率，而且克服了許多施工困難，使得環境復雜且建筑難度較高的建筑工程得以順利施工建設。在隧道工程中，掘進機就是最常用的機械設備之一。掘進機的正常運行，對隧道工程施工建設具有極為重要的影響。因此，必須對其常見故障的原因進行深入分析，并根據原因采取科學地處理方法有效處理故障問題，保證掘進機正常運行，隧道工程能夠順利施工建設。

Abstract： Various kinds of machinery and equipment are widely used in the construction process of modern building engineering， which not only effectively improves the production efficiency， but also overcomes many construction difficulties， making the construction engineering with complex environment and high building difficulty smoothly constructed. In tunnel engineering， roadheader is one of the most commonly used mechanical equipment. The normal operation of roadheader has a very important influence on the construction of tunnel engineering. Therefore， it is necessary to deeply analyze the causes of its common faults， and take scientific treatment methods to effectively deal with the faults according to the causes， so as to ensure the normal operation of the roadheader and the smooth construction of the tunnel project.

關鍵詞：隧道工程;掘進機;故障;原因;處理方法

Key words： tunnel engineering;roadheader;malfunction;reason;processing method

中圖分類號：TD421.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0114-02

0? 引言

自改革開放以來，我國社會經濟快速發展，帶動了建筑行業的繁榮興盛。近年來，隨著我國城市化建設進程的不斷加快，投入了大量的人力、物力進行基礎建筑工程和設施建設，其中就包括大量的隧道工程。經過長期的發展，目前我國的隧道開挖技術水平已得到大幅度提高，而且陸續引進了國外先進的施工技術機械設備以及管理方法，結合我國的實際環境及客觀條件，經過消化吸引并積極開拓創新，促使我國在隧道工程領域得到了長足發展，與發達國家之間的差距大幅度縮小。當前，在我國隧道工程施工建設過程中，基本已實現了機械化作用。而掘進機就是隧道工程中常用的機械設備之一，一旦掘進機發生故障，必然會對隧道工程施工建設質量和施工安全，造成極為嚴重地影響，甚至對人民的生命財產安全造成嚴重地損害。因此，必須對全斷面掘進機常見故障的原因加強研究和分析，并制定科學合理地處理方法，有效保證掘進機的正常運行，保障隧道工程施工建設的順利進行。本文以TBM（全斷面硬巖隧道掘進機）機頭在隧道工程掘進施工過程中，發生的一些典型機械故障及導致故障的原因進行系統分析，并根據實際情況詳細闡述相應的處理解決辦法，為我國硬巖TBM施工提供更多可靠的參考依據。

1? 硬巖TBM調向失控成因分析及其解決辦法

1.1 人為因素? 應用TBM在隧道工程建設過程中進在施工，需要由工作人員進行操作，而人為因素引起的TBM調向失控故障，主要就是由于操作人員的技術水平較低，在操作過程中做出了錯誤的指令而造成的。發生調向失控故障時，開始時往往不易察覺該問題，通常是在經過較長時間的連續掘進之后，誤差不斷累積增加，才會表現出非常明顯的調向失控現象，而此時要調整TBM已非常困難。

針對TBM調向失控問題，首先應放慢TBM的掘進速度，然后再調整方向，直至方向正確。由于TBM機頭與洞壁之間的空隙較小，所以在調整方向時，初期往往因看不到效果導致偏轉方向持續發生錯誤，在這種情況，偏轉的速度會逐漸變緩，可以根據偏轉速度變化進行有效調整，從而使其恢復方向。注意，調整方向時，轉向幅度不能太快，以夠圍卡住機頭，影響掘進機正常前進或產生較大偏差，這會對后面的配套系統造成嚴重影響，進而導致施工質量問題的產生。

1.2 機械因素? ①水平支撐故障。根據TBM的類型不同，對水平支撐故障的處理方法也不同。在敞開式和雙護盾TBM中，水平支撐液壓系統出現故障時，其主要表現是支撐力不均勻，機身產生明顯的傾斜，機頭也會發生偏轉。有時會伴隨著一側圍巖破碎、松軟而另一側較完整堅硬的情況。②液壓推進缸和刀盤故障。液壓推進缸故障主要發生在TBM的主推進缸系統之中，此時刀盤會發生受力不均勻的現象，進而產生傾斜，調向指令也會失去效用。這種故障通常是突發性的，針對液壓推進缸故障，首先應對電路進行系統檢查，排查是否為電路故障;其次，還要對液壓設備進行詳細檢查，排查液壓設備故障，找出故障原因并對其進行科學處理。

如果電路和液壓經檢查均正常，就需認真檢查刀盤。當TBM運行時，滾刀和鏟斗刮板會發生磨損，長時間不處理，磨損越來越嚴重，就會導致崛進偏向。

邊刀發生破損或過度磨損，會降低掏挖隧洞輪廓的能力，進而使掘進機運行過程中難以進行調向。

鏟斗刮板過度磨損，會影響出碴功能，巖碴在刀盤左側大量堆積，進而影響刀盤轉偏，使其向右偏轉，嚴重影響掘進機轉向功能。

針對這些問題，需要對出現破壞或過度磨損的零部件及時進行修理或更換，從而有效保證掘進機正常掘進[1]。

③護盾故障。TBM噴淋除塵系統故障是隧道工程中掘進機的常見故障之一，主要表現為粉塵無法及時排險，籠罩整個隧道，影響激光束打靶的準確性，測量儀器無法正確指示方向等等。如不及時調整維護，就會導致機器跑偏，發生整體偏離。針對這一問題，首先要收回TBM正確掘進方向一側的側護盾，對錯誤掘進方向的側護盾進行加壓使之伸出頂住洞壁，然后再調整刀盤，經過一系列處理，一般可使掘進機恢復正常。

1.3 激光導向失誤? 當發生激光導向失誤故障時，其主要表現是TBM掘進容易偏向。針對這一問題，首先要檢測激光發射儀器與底座之間的固定螺絲是否發生松動，如發生松動，需要緊固螺絲即可解決問題。對于雙護盾TBM，還要檢查襯砌管片，察看其是否受到機器震動影響發生變形，由于激光發射儀固定其上，受其影響會發生錯位情況，進而使激光發生偏轉，影響方向調整效果。針對這一問題，應立即停機檢查激光導向系統，查找原因并及時調整維護。

1.4 地質條件? ①圍巖較軟。如果圍巖較松軟、較破碎，使用TBM進行掘進施工過程中最容易發生偏轉。掘進太快會增加巖碴量，超出TBM機頭的傳送能力限制無法及時排出，最終掉落在機頭底部，促使機頭向上抬升，這也是導致TBM向上偏轉的主要原因。掘進太慢，就會將掌子面的巖碴刮鏟走，受重力影響導致隧道底部逐漸被掏挖空，進而形成向下偏轉的現象。針對這種情況，要求操作手必須結合實際情況，根據實際需求適當調整機頭轉速，確保掌子面不存留巖碴;還要調整掘進方向，減少誤差。在濕陷性黃土或砂質土壤中進行掘進施工時，需要對稱拆卸幾個刀盤上的正刀，增加土壤進入刀盤的速度，降低刀盤轉速，還要調整TBM掘進狀態;關閉刀盤噴水系統，從而實現快速通過該區域。②圍巖較硬。對于較硬的圍巖環境，使用TBM進行開挖施工時，其難度較大，還會嚴重磨損邊刀和鏟斗刮板，導致TBM容易發生向上偏移現象。針對這一問題，需要放慢掘進速度，同時將掘進機向下調整。必要時，需要頻繁更換邊刀和鏟斗刮板。對于雙護盾TBM，需要將底部的兩個推進液壓缸關閉，確保刀盤向下傾斜，在掘進過程中始終保持向下姿態。

2? 卿力盤不能啟動和突然停轉的診斷分析

2.1 潤滑油系統故障? 潤滑油系統出現故障的主要表現就是刀盤啟動困難或突然停轉，導致這一故障的主要原因包括三個方面：密封潤滑油流量、密封潤滑油油位以及密封潤滑黃油流量過低。

2.2 傳輸皮帶系統故障? 傳輸皮帶系統是TBM的重要組成部分，當其出現故障時，基于安全保護需要，刀盤會自動停轉或不能啟動。導致這一故障的主要原因有以下幾個方面：首先，是由于皮帶松動、驅動輪打滑等原因造成的皮帶系統壓力低。對此只需要調緊皮帶，就能夠有效解決問題。其次，是傳感器失靈。造成傳感器失靈的主要原因是皮帶系統中的刮碴器受到較為嚴重的磨損，造成巖碴無法及時排出，在皮帶下面大量堆積，導致傳感器的輪子與皮帶分離，無法接觸進而造成信息失靈。對此，只需對傳感器位置進行調整并清除巖碴即可。最后，是由于出碴量過大將皮帶壓住，進而導致的傳輸皮帶系統故障。而大量巖碴量過大壓住皮帶的主要原因，是掘進速度過快或掌子面塌方，造成大量的巖碴涌出，遠遠超過傳輸能力，造成大量巖碴在刀盤內下料斗處堆積，進而壓住皮帶。對此，可以先倒轉皮帶，然后對皮帶驅動輪進行噴水或者噴撒沙土，使皮帶與輪子之間的摩擦力大幅度增加，進而使皮帶正常轉動。當上述措施無效時，只有將下料斗內的巖碴清除干凈，才能解決問題。

2.3 主電機故障? 驅動電機負荷過重，就會導致電機系統自動保護跳閘，造成刀盤突然停轉。而造成驅動電機負荷過重的主要原因有三個方面：首先，隧道掘進施工過程中，推進壓力太高，從而造成電機電流也隨之升高，大量增加了負荷[2]。其次，刀頭損壞導致刀盤難以轉動，進而使掘進壓力和電機電流大幅度升高。最后，如果掌子面圍巖塌方，會掉落大最大塊巖石將刀盤壓住，此時就會主電機負荷快速加重，電流隨之升高，進而引起故障。

2.4 可編程序控制器（PLC）系統統故障? 隨著科學技術的不斷發展，掘進機也實現了自動化和智能化發展。而掘進機自動化和智能化的有效實現，就依賴于可編程序控制器系統。當其發生故障時，TBM自然無法正常運行，其主要表現就是無法正常啟動或突然自動停機。造成可編程序控制器系統故障的主要原因有以下兩個方面：首先，當PLC控制箱溫度過高，就會引起PLC系統自動跳閘，進而導致系統故障的發生。針對這一問題，需要及時打開控制箱進行散熱并對箱內灰塵進行清理，提高其散熱效果。當PLC系統保險絲燒斷或電源接頭松動，也會引起PLC系統斷電故障。針對這一問題，只需更換新的保險絲，將電纜接頭堅固即可。

2.5 緊急制動系統故障? 緊急制動系統故障的主要表現是TBM立即停轉或不能啟動，其主要原因是：首先，在隧道工程中使用TBM進行掘進施工，如果遇到險情，為保證安全操作人員需按下緊急制動按鈕。排除險情后將其復位即可恢復正常。其次，受到外界環境因素的影響，緊急制動按鈕內部進水，導致線路短路或電纜線路發生破損而導致短路，最終引起故障。對此，只需查找出故障點并修復電路即可。

2.6 啟動前TBM各系統沒有復位? 每次啟動TBM時，操作人員必須對整個系統進行復位，否則刀盤驅動系統則不能正常啟動，而導致故障的發生。對此，只需對整個系統進行復位操作即可[3]。

3? 結束語

綜上所述，在隧道工程中使用TBM，常常面臨著各種各樣的故障，導致故障發生的主要因素可分為內部因素及外部因素兩部分。針對隧道工程中掘進機的常見故障，其關鍵就在于必須找準導致故障發生的主要原因，針對具體原因實施有效地處理措施，以盡快排險故障，使掘進機正常運行，保障隧道工程施工建設的正常進行。

參考文獻：

[1]蘇東.全斷面隧道掘進機主軸承故障診斷研究[J].建筑機械化，2020，41（4）：66-69.

[2]劉萬里.煤礦掘進機回轉臺開裂原因分析及預防措施研究[J].中國石油和化工標準與質量，2020，40（9）：17-18.

[3]許彥平，張萍.試論狀態檢測技術在隧道掘進機上的應用[J].中國科技投資，2019（1）：23.