盾構機主驅動及刀盤管路優化措施探析

關 川

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

近年來，國內交通運輸業發展迅速，隧道開挖技術進展較快。盾構機作為集液壓、電氣、機械為一體的機械操作設備，具有安全、快速、高性能等諸多優勢，廣泛應用于各類隧道工程，主驅動是其核心工作部件，為設備工作的動力輸出和轉換。在實際施工過程中，盾構機經常會因為各類原因發生主驅動及刀盤管路故障，影響其工作效率。基于此，對盾構機主驅動及刀盤管路常見故障進行介紹，分析故障原因及優化措施，以確保工程施工的順利完成。

1 常見故障及原因

1.1 補油泵出口壓力不足

實際施工過程中，由于溢流閥未設定壓力、電機反轉、電磁換向閥卡死等原因，會導致補油泵壓力不足。針對上述問題，可采用由簡至繁的排除法：確認泵體轉向標識正確后，檢查電磁閥的插頭是否有電壓；在電磁插頭持續得電的基礎上，檢查其控制程序、連接方式等；檢查溢流閥所設置的壓力，包括關閉泵出口閥、調整螺釘旋轉位置等；最后對電磁轉換向閥進行拆解清洗。

1.2 補油泵啟動異常

補油泵啟動異常的原因有電機軟啟動設置錯誤、電磁轉向閥電力不足、轉換閥卡死等。針對上述原因，首先要檢查電機軟起動設置，將軟啟動設定于合適、合理的參數范圍內；其次，檢查電磁閥電磁插頭電壓情況，一旦發現啟動電壓不足則應檢查其控制程序、連接方式；最后要排除電磁閥卡死的可能。

1.3 主驅動內密封泄漏

土倉噴泡沫壓力不足會引起土倉內渣土回管、出現泡沫管堵塞，在拆開泡沫管清洗時很容易導致泥漿水流入主驅動回轉體內，進而引發主驅動內密封泄漏。另外，刀盤運行時對回轉體主驅動密封進行檢查，發現密封泄漏處有潤滑油滲出。總之，齒輪潤滑油減少源自于密封不嚴，可以檢查吊盾構密封性，以便決定是否采用質量更好的內唇型密封。

更換內密封時需要注意：首先要擦干凈密封，取出唇型密封里彈簧，避免因為彈性過硬而摩擦兩邊的接觸面，將密封圈唇型面向里，將自制橡膠塊平穩、順暢頂進去；其次，安裝壓條，在橡膠塊平穩推進去的同時，平穩推壓條，直到滿足密封要求；再次，安裝外密封裝置時，不要去掉彈簧，唇型向外安裝，避免回轉體外雜物、水蒸汽的進入，而后壓緊壓條；然后，用黃油封住油孔，要讓主驅動對應點外能看到外溢的黃油；最后，對主驅動的大齒輪箱進行耐壓密封試驗，確保萬無一失。

1.4 管片拼裝系統問題

在實際施工過程中，管片拼裝常見故障是拼裝機的提升油缸出現回縮或伸出，操作者很難準確定位故障的具體位置，進而影響后屈管片的拼裝質量。實際上最常用的故障排查方法是排除法：控油缸油路平衡閥堵塞是引發此類故障最主要的原因，可以通過及時更換平衡閥閥芯來解決問題；油缸本身內泄也會產生同樣的問題，如果更換平衡閥閥芯后故障依然存在，則應進行內泄檢查。

1.5 密封滑環磨損

在拆檢盾構機主驅動的過程中，發現密封滑環、唇型密封接觸面有明顯的環狀摩擦耗損。根據主驅動密封滑環唇型密封的分布位置，密封滑環可大致分為內、外密封滑環兩類。由于內密封處油壓小、無外部壓力，受力狀態相對均勻，一般不會出現大的磨損。而外密封滑環磨損通常出現在最前側，一方面與前側需承受開挖艙土壓有關，另一方面與其結構密切相關：外密封滑環唇口型較大，緊密連接于密封滑環上，滑環需要承受較大的徑向壓力，加劇磨損；為保障密封效果，密封接觸面需要加注HBW油脂，而油脂內不可避免會有纖維、金屬顆粒、雜質等，在相對密封的空間內，兩個接觸面相互接觸、反復摩擦，也會加劇磨損。在設計過程中，外密封滑環應留有一定的調整空間，采用緊固螺栓、頂絲螺栓配合，調整滑環、密封唇口接觸位置。可以在盾構機開挖1 km 后，檢查其外密封環，以調整接觸面之間的空間。

1.6 齒輪油系統報警

盾構調試或不同品牌盾構運行過程中，經常出現齒輪油系統發放脈沖增多，傳出報警信號，進而導致刀盤無法轉動。脈沖傳感器設置有下限值，一旦發出報警信號則說明齒輪油系統運行異常，此時齒輪潤滑效果下降，各部分之間失去正常的嚙合關系同時摩擦熱量增加，很容易出現損壞。導致破壞原因主要有：

（1）油溫過低，齒輪油黏度加大，導致濾過器工作條件偏離原有的設定范圍、無法達到原有的理論流量，因此在溫度較低環境下運轉時應做好齒輪油潤滑防護，可添加相應的加熱設備。

（2）齒輪油內有一些異物，過濾過程極易堵塞濾過器，根據實際運行情況分析，異物多源自于齒輪油加注過程中，清潔度不足。

（3）裝配過程中涂抹的平面封膠過硬也會影響齒輪工作。

1.7 密封及潤滑油品檢查

由主軸承唇形密封結構可以看出，前三道密封通過EP1 潤滑，其與最后一道密封背靠背裝配，最后一道前部腔體內注入HBW，能有效防止土艙土體進入，預防各類損壞；背部腔體通過輔助油箱注入齒輪油，以清理主軸密封腔體內雜質，確保良好的密封效果。但在施工過程中，齒輪油循環壓力較大，前部腔體內HBW 在未完全充滿腔體的情況下很有可能沖開密封，導致溢出。而HBW 不充滿腔體，又會失去其密封保護作用，導致在開挖過程中土艙土體很容易進入主軸承內、損壞主軸承。

2 優化措施

2.1 預留調整空間

在設計過程中，可以通過頂絲螺栓、緊固螺栓兩者之間的配合，在外密封滑環之間預留一點點調整空間，以調整滑環、密封唇之間的接觸位置。一般來說，盾構每開挖1 km，就需要檢查近端外密封滑環，以確定是否需要調整其空間。

2.2 調整油溫

在溫度低或環境溫度低的區域，應做好齒輪油潤滑溫度防護措施：通過設置相應的加熱設備、升溫設備等來提升齒輪油溫；通過添加少量液壓油等方式降低油黏度，如果條件允許要定期對油樣進行檢測。有研究指出，海瑞克EPB6280 的應用，能有效降低油溫過低而導致的不良效果。針對齒輪油存在異物的情況，應盡可能選擇純度高、清潔度高的油品，防止齒輪在運行過程中出現堵塞。

2.3 調整泵出口壓力

針對泵出口壓力不足的問題，有研究提出，可通過調整泵出口壓力，使其降低至HBW 能夠順利從主軸承刀盤法蘭盤中溢出。另外，油箱內液壓降低，做好油品的補充，當油顏色發生改變時更換新油品。在施工過程中，確實存在主軸承油油箱檢查滯后而導致主軸承損壞的情況，可以通過油品顏色的檢測來確定驅動電機減速機齒牙是否斷裂。

2.4 篩選優質材料

為了滿足盾構機主驅動工作要求，如在開挖過程中承受多種受力情況下不發生彎曲、開裂等，設備要具有良好的承受抗壓力、抗沖擊力等。為保證保管內壁的清潔、無腐蝕等，設備應采用通過特殊處理的GB/T 8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》標準處理的無縫管，這樣不僅使盾構機主驅動及刀盤能符合上述要求，還能實現其經濟價值。

2.5 盾構機主驅動和刀盤管路部件優化

根據GB/T 8163—2018，標準化無縫管經過正火、淬火、回火處理，經過機械保壓測試試驗、最小曲率半徑試驗，結果達到理想預期要求。實際需求的管子進行熱彎曲試驗，發現不僅能夠達到兩個火的彎曲性能，同等條件下具有最小曲率半徑；同時，鋼管的回火、酸洗磷化及管內外清潔處理，增加了鋼管保存時間，還能有效杜絕鋼管的二次生銹。符合GB/T 8163—2018 標準的無縫管不僅能確保使用質量，而且比同類的高壓油管更經濟、性價比更高。

3 小結

作為盾構機最核心的部件，主驅動是盾構機正常運行的動力源泉。在施工過程中，除了要積極開展各類檢測維修，及時發現盾構工作過程的中各類故障，還預防盾構實際施工過程中各類事故的發生。另外，要在結構設計、裝配等方面進行合理控制，確保盾構整體工作質量，防止因主驅動失效而引發重大損失。更為重要是，在盾構驅動、刀盤管路的設計過程中，要把控好管道加工、焊接過程、裝配過程，歷經數次試驗，及時發現問題，洞悉原因、提出優化措施。這樣才能為提高機械設施性能，優化盾構機相關管路，有效預防主驅動故障，確保工程施工的順利完成，提供理論依據和實踐借鑒意義。