隧道施工的盾構設備管理工作

劉建成，史照鵬，喬依超，權軍

（中鐵工程服務有限公司，四川 成都 610000）

隧道不只是公路交通工程建設的重要內容，其能有效縮短兩地間的公路里程，確保公路交通運行的順暢性、便捷性，更是軌道交通工程的基礎工程。盾構施工是當前較為隧道工程項目施工中常用的常方式，其憑借著先進的盾構機設備進行巖土切削掘進施工，滿足了隧道高效、安全開挖需要。在隧道項目建設中，盾構機的性能直接關系著隧道施工的效率、質量和安全效益，故而有必要深層次分析盾構機的作業原理，做好盾構機的養護管理，為盾構機的安全運行奠定良好基礎。

1 盾構機設備的構成及工作原理

1.1 結構組成

作為隧道盾構施工的主要設備，盾構機的結構組成較為復雜，其不僅包含盾體、刀盤驅動、雙室氣閘結構，而且設計管片拼裝機排土機構、后配套裝置單元，此外電氣系統以及輔助設備等都是盾構機的重要組成部分。盾構機的盾體包含前盾、中盾和尾盾三個部分，其中，前盾往往和承壓隔板焊接在一起，兩者不僅對刀盤驅動起到支撐作用，而且能實現泥土倉和工作空間的有效隔離。在法蘭螺栓作用下，中盾與前盾相互連接，盾構機中盾中設置著油缸，當油缸運作時，能推動盾構機向前運動。盾構機尾盾是通過鉸與中盾相連的，其在盾構機轉向中發揮著重要作用。刀盤是盾構機作業的重要單元，其設置在盾構機的最前方，通過刀具的作用，能快速地完成土體切削，完成隧道掘進。隧道轉向掘進時，需通過外側的超挖刀進行作業。刀盤驅動固定在前盾承壓隔板的法蘭上，這些刀盤驅動一般是由9組馬達和主齒輪箱組成。雙室氣閘安裝在盾構機前盾的上方，這樣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（見圖1）。

圖1 盾構機的模型

1.2 工作原理

盾構機本身相當于一個圓柱體的鋼組件，在盾構施工作業中，通過盾構機向前推進，能完成對土體的切削和挖掘，在盾構設備掘進過程中，盾構機的殼體對剛剛完成切削得分隧道其支撐作用，這種支撐作用具有雙重性，即其不僅承受周圍土體壓力，而且能阻擋來自地下水的壓力，有效地保證了隧洞的穩定性，隧道挖掘、排土和襯砌工作的開展奠定了良好基礎。隧道掘進過程中，推動油缸發揮動力支撐作用，其能推動盾構機向前運動，同時在液壓馬達作用下，刀盤能開始旋轉完成土層切削。當巖土切削成碎渣后，會通過螺栓輸送機向皮帶輸送機上運輸，最終所切削的渣土會運送到渣土車的土箱中，并經過豎井運送到地面。要注意的是，當盾構掘進一定距離后，需做好管片的拼接，確保隧道一次成型。

2 隧道施工中盾構設備的日常養護

2.1 日常保養

盾構機在隧道掘進施工中起到至關重要的作用，在規范操作盾構機設備的基礎上，應嚴格落實盾構機的日常保養制度。（1）在盾構機日常保養中，應明確日常保養的具體內容，即除做好設備日常巡檢外，還需要對設備進行清潔、潤滑、防腐處理，預防設備故障發生。（2）盾構設備日常保養中，應做好設備液壓系統、電氣系統等單元的保養，其中在液壓系統保養中，應日常檢查油箱的油位，及時加注液壓油，同時應監聽盾構機工作時的聲音，確保其處于正常工作狀態，此外應對液壓機的液壓閥、油缸、馬達、油泵、管路等部件進行檢查，控制各部件作業溫度，消除漏油問題，當發現有部件溫度異常或漏油問題時，應及時地進行停機檢查。電氣系統維護保養中，應做好敷設范圍內高壓電纜的實施檢查，若高壓電纜有破損問題，應對其進行重點檢查和處理，同時應實施檢查變壓器，通過作業聲音的辨別，判斷變壓器作業是正常。另外應嚴格檢查并消除變壓器滲油、配電柜和變壓器溫度異常等信息，并實施過載保護，確保電氣運作正常。（3）盾構機單日的保養時間應維持在4h以上，除上述保養內容外，還需要對盾構機的主軸承內密封部分、盾尾部分、管片軌道等要素進行檢查，同時確保油缸活塞裸露、皮帶機從動部分、閥組清潔無污染。（4）日常保養中應做好盾構設備的聯動調控管理，如在考慮施工狀態的基礎上，應對盾構機上的排污以及冷卻系統實施加強處理，同時在作業過程中應注意保護壓器和高壓電纜的卷筒，避免渣土在這些部位堆積。此外考慮到泡沫和水泥漿液對盾構機液壓元器件的腐蝕，需通過脫漆部位修補等收單，做好盾構機防腐處理等。

2.2 常規檢測

規范開展盾構設備檢測工作，能及時掌握盾構設備的工作狀態，發現盾構設備使用問題，并通過故障檢修為盾構設備的使用奠定良好基礎。在盾構機設備檢測中，應在現骨干儀表和設備的作用下，系統檢測盾構機的工作壓力、溫度、聲音，同時應對其氣味、振動等情況進行有效分析，并動態化地追蹤、分析這些參數，這樣能確保盾構機始終在最佳工作狀態運行、常規檢測中，要求實際的檢測過程符合相關流程，并完成檢測結果真實上報，若發現盾構機出現參數異常問題，需對其進行停機處理，以此來發揮盾構機檢測的作用，確保盾構機操作的規范性。

在盾構機常規檢測中，應做好點檢與巡檢的有效結合；即在實際檢測中，需對盾構機設備的上百個點位進行點檢和巡檢，全面檢測盾構機的運作，消除盾構機使用時的安全隱患。在盾構機點檢、巡檢過程中，要求嚴格落實“六選”制度，即在選人、選點、選時的基礎上，應系統考慮選標、選項、選法等要素，從職責層面實現盾構機檢測工作的有效約束；這樣能以嚴格的標準規范盾構機檢測工作狀態檢測工作的開展，為后期的故障發現、診斷和處理奠定良好基礎。

2.3 故障診斷

在盾構設備常規檢測的基礎上，還應做好設備的故障診斷和處理。通常機械構件之間的摩擦和損壞時造成盾構設備故障的主要原因；而在盾構掘進施工中，液壓系統、電氣系統是最容易出現故障的兩個系統。在故障診斷過程中，若通過操作控制板上的元件不能實現機械功能控制時，應檢查其對應系統與機械設備的連接處，以此來找出故障原因。故障診斷的中，首先應斷開設備電氣連接閥門，并啟動相應的控制鍵，此時如果電流、電壓的運作狀態仍不正常，則應考慮盾構設備電氣系統發生故障，而當電流、電壓恢復正常使用，可判斷設備的故障在液壓部位。要注意的是，在盾構設備故障診斷中，狀態檢測是極為重要的一種方式，在實際檢測中，須通過專業的工具設備，對盾構機的溫度、壓力、流量進行檢測，同時考慮設備電流、油液、扭矩等因素，并對設備狀態、噪音等特征進行分析，以此來準確掌握設備運作狀態，消除設備故障，提升盾構設備的使用性能。

2.4 機械維修

“養修并重，預防為主”是盾構機設備維修保養的基本原則。在隧道施工過程中，針對盾構機的維修保養和檢修，需嚴格按照盾構機日常保養記錄、盾構機運轉記錄的內容分析故障點位，并科學選用維修保養方法進行處理。其一，在盾體結構維修中，應檢查盾尾密封狀況，在消除盾尾漏水、漏漿問題的基礎上，清除盾體底部雜質，并且修檢油缸柱，消除油缸柱上的劃痕。其二，旋轉接頭部位容易出現泡沫滲漏問題，應及時檢查這些部位，清除露出的泡沫，并完成選擇接頭的密封處理。其三，皮帶輸送機故障維修中，需清理托輥和擋邊輥上的泥土，同時應檢查更換皮帶，消除皮帶磨損、皮帶輸送機卡死、跑偏等問題。其四，螺旋傳送機的驅動裝置容易出現油液滲漏、減速箱油位異常問題，應重點檢查這些問題進行處理，并且需檢查處理閘門和伸縮缸的潤滑情況，清理相關雜物，保證螺旋傳送機運作狀態良好。其五，盾構機水系統還容易出現流量、水位異常及水體污染情況，對此應通過檢查水管路上的壓力和溫度指示器來發現只寫問題，及時的更換相應的管理閥門，進行水體補充，確保盾構設備水系統運作狀態。

2.5 配件管理

隧道施工過程中，受高強度工作狀態及復雜環境的影響，盾構設備難免會出現設備磨損問題，故而在日常養護管理中，還需做好盾構設備配件的系統管理。首先在盾構設備配件管理中，應認識到盾構機的配件較為特殊，若構件本身的價格較高、不易損壞，而且生產周期較長，則應加強企業與生產廠家的聯系與合作，由生產廠家定制對應零件，并將生產的零件存放在廠家內，這樣才能在保證破損配件更換效率的基礎上，降低配件采購資金及庫存量。其次在盾構設備配件管理中，應有計劃地開展配件的采購和庫存管理，即在滿足施工條件的情況下，要求最大限度地減少配件的庫存，降低盾構設備配件的采購成本部和管理成本。最后在盾構設配件管理中，要求建立完善的配件采購渠道，對于常用的大批量配件，應從生產廠家采購，確保配件與設備本身相互匹配，提升盾構設備的整體應用效果。

3 隧道施工中盾構設備的長期管理

3.1 建立設備管理標準

系統完善的管理標準能為隧道盾構設備的管理和應用奠定良好基礎。在隧道盾構設備長期管理中，要求隧道施工企業設備部門工作者應認識到盾構設備在整個隧道施工中的作用，高度重視盾構設備管理的重要性，創造良好的設備管理環境。其次，在盾構設備管理中，應結合盾構設備管理標準及項目的建設實際，制定系統完善的設備養護管理制度，在具體制度中，應就盾構設備維護保養標準進行清晰說明，要求所編制的制度包含設備結構和性能的保障制度，同時對于盾構設備管理制度的設計，還需要考慮盾構機日常保養情況、檢測情況以及修理情況等信息，以此來設計較為科學的管理制度，滿足盾構設備精度控制及實際工作開展需要。另外在完成盾構設備管理制度建設后，要求對本單位的設備管理部門進行優化重組，選擇具有專業能力與素養的人員開展設備管理，提升盾構設備的整體應用效果。

3.2 細化長期管理措施應用

在盾構設備長期管理中，設備管理人員還應做好具體管理要點的落實。其一，在盾構設備長期管理中，應建立三級巡視制度，通過保養人員、保養工程師和主管工程師進行巡視，及時地發現盾構設備所存在的問題，并針對性地進行應對處理，滿足整體應用需要。其二，在盾構設備長期維修保養中，要求將具體的管理責任落實到個人頭上，即工程建設企業應指派獨立負責人，對設備切實管理，真正做到設備使用、保養、檢查、修理的有機統一。其三，在實際管理活動中，應從設備維護、設備監督、設備維護、部件替換更新、設備操作等層面進行管理。其中在設備維護中，應制系統完善的維護管理制度，實現設備維護與保養的協調工藝；在設備監管中，應從設備維護保養、工作狀態等層面實施監督，重點監測相關設備的使用狀態，以此來發現設備使用問題，這樣能快速處理設備應用故障，提升設備運行效果。

3.3 做好設備檔案管理

要進一步提升盾構施工設備管理質量，還應建立系統完善的檔案管理制度，通過檔案資料規范管理工作，提升設備管理的規范性。一方面，在盾構設備檔案管理中，應將所有的盾構設備、零部件納入檔案館系統，從設備、零件采購、應用、維修保養等環節進行信息記錄，使得設備檔案信息真實、可信，然后以檔案資料指導設備維修保養，確保設備的管理處于可控范圍之內。另一方面，在設備檔案管理中，應借助信息化技術進行檔案管理，該管理模式下，要求通過信息平臺建立盾構機設備盾體、刀盤驅動、雙室氣閘結構等單元的維護管理文件，在具體文件中，應準確記錄設備維修保養部位、維修原因、維修方法、維修人員等信息，并在大數據技術下，進行設備維修保養效果分析，優化設備維修、保養方案，為后期的設備管理提供參考。

4 結語

盾構設備在隧道施工中發揮著重要作用，新時期，隧道施工人員只有充分認識到盾構設備管理的重要性，結合工作實際，做好盾構設備的日常養護和長期管理，這樣能最大程度發揮設備性能，提升盾構作業效率和質量，促進隧道盾構施工工作的有序開展。