盾構(gòu)機(jī)工作運(yùn)行與維護(hù)

葛之東

【摘 要】 隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對交通現(xiàn)狀、環(huán)境條件等等都不滿意，為改善交通壓力以及環(huán)境自然美觀，所以最近幾十年開始研究一些能夠開挖地鐵、引排水、電纜等地下隧道工程的工具，終于，盾構(gòu)機(jī)機(jī)械設(shè)備就在社會的需求、科技的研究下誕生了。盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用比較廣泛而且其機(jī)械設(shè)備極其昂貴，因此對盾構(gòu)機(jī)正確使用的 同時(shí)需要注意對其保養(yǎng)以延長使用壽命。本文通過對盾構(gòu)機(jī)原理結(jié)構(gòu)的深刻認(rèn)識，及施工管理制度的研究，總結(jié)了盾構(gòu)機(jī)一些維護(hù)保養(yǎng)要點(diǎn)和制度要求。

【關(guān)鍵詞】 盾構(gòu)機(jī) 應(yīng)用范圍 運(yùn)行方式 保養(yǎng)與維修

1 盾構(gòu)機(jī)的簡介

盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)，被稱為盾構(gòu)機(jī)。是一種隧道掘進(jìn)的特殊工程設(shè)備，現(xiàn)代盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)聚集多種技術(shù)于一體，擁有挖掘切削土體、運(yùn)送土碴、安裝隧道襯砌、檢測導(dǎo)向糾偏等功能。盾構(gòu)機(jī)是由護(hù)盾、開采機(jī)構(gòu)、前進(jìn)機(jī)構(gòu)、挖土機(jī)構(gòu)、襯砌機(jī)構(gòu)及其他機(jī)構(gòu)構(gòu)成。護(hù)盾通常是切口環(huán)、支撐環(huán)和盾尾三部分構(gòu)成；挖掘機(jī)構(gòu)核心是刀頭或刀盤還有支承裝置構(gòu)成；推進(jìn)機(jī)構(gòu)核心是液壓裝置比如油泵、油馬達(dá)、油壓千斤頂?shù)裙餐瑯?gòu)成；排土機(jī)械中的泥水式核心是由泥漿管及管道共同組成，土壓平衡式核心是由螺旋輸料器和皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)成；襯砌機(jī)構(gòu)核心是管片拼裝機(jī)械手；輔助機(jī)構(gòu)包含壁后灌漿設(shè)施、傳導(dǎo)測量及檢控設(shè)施等。盾構(gòu)機(jī)的主要工作原理是一個(gè)圓柱體的鋼組件安裝隧洞軸線邊向前移動(dòng)對土壤進(jìn)行開采。該圓柱體組件的外殼即護(hù)盾，它對開采出的還沒有襯砌的隧洞段起到臨時(shí)保護(hù)的作用，承受旁邊土層的壓力，有的時(shí)候還會承受地下水壓以及把地下水阻擋在外面。掘進(jìn)、襯砌等作業(yè)、在護(hù)盾的保護(hù)下進(jìn)行。盾構(gòu)機(jī)施工主要由穩(wěn)定開挖面、挖掘、襯砌三大要素組成。

2 盾構(gòu)機(jī)類型以及工作運(yùn)行

盾構(gòu)機(jī)類型有很多，常見的有：手掘式盾構(gòu)機(jī)、半機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)、機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)、擠壓式盾構(gòu)機(jī)、泥水式盾構(gòu)機(jī)、土壓平衡盾構(gòu)機(jī)等。

2.1 手掘式盾構(gòu)機(jī)以及運(yùn)行

手掘式盾構(gòu)機(jī)主要是針對開挖面有障礙物、巨大礫石等情況進(jìn)行使用的，而且這種盾構(gòu)機(jī)機(jī)械一般是由人工進(jìn)行的，因此，掘進(jìn)的速度較慢。這種盾構(gòu)機(jī)機(jī)械對開挖的環(huán)境有著較高的要求，例如：開挖面要有穩(wěn)定性，如若不是穩(wěn)定性開挖面則需要采取一些措施來改善圍巖、底層等開挖面。

2.2 半機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)以及運(yùn)行

由于這種半機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)包括有專用挖掘機(jī)械設(shè)備和出碴機(jī)械設(shè)備，因此具有掘進(jìn)與出碴的功能，同時(shí)這種機(jī)械還裝備了活動(dòng)前檐以達(dá)到防止開挖面坍塌。這種機(jī)械一般應(yīng)用于砂礫土質(zhì)以及軟弱沖積層，在軟弱沖積層作業(yè)的時(shí)候需要采取壓氣施工法來改良土質(zhì)層。

2.3 機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行

機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)裝備中有一旋轉(zhuǎn)式刀盤，這大大增加了盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)能力。另外還有旋轉(zhuǎn)鏟斗和斜槽裝入皮帶輸送機(jī)這使得開挖與排土兩項(xiàng)工作可以同時(shí)進(jìn)行，其挖掘土質(zhì)、環(huán)境要求如手掘式、半機(jī)械式盾構(gòu)機(jī)一樣。

2.4 擠壓式盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行

擠壓式盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行方法是在挖掘之前在開挖面的稍后方設(shè)置隔板，然后在隔板上設(shè)置一排土口，擠壓式盾構(gòu)機(jī)運(yùn)作向前移動(dòng)，則絞出來的土就從排土口排出。由于這種擠壓式要求的開挖土質(zhì)特殊（適合用于軟粘土和粉砂質(zhì)圍巖但是又不能在低穩(wěn)定性開挖進(jìn)行），因此，很少被采用。

2.5 泥水式盾構(gòu)機(jī)

泥水盾構(gòu)機(jī)運(yùn)作方式是在機(jī)械前部設(shè)置隔板，在地面上還設(shè)有泥漿處理設(shè)備，這種機(jī)械是利用懸浮液的體積對泥漿壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，采用泥漿作為支護(hù)材料。開挖面的穩(wěn)定性是通過泥膜保持水壓力，使得開挖面的土、水壓力得以平衡，泥水式盾構(gòu)機(jī)通過開挖的土砂以泥漿的形式輸送到地面，而地面有著專門將泥漿分離開來的設(shè)備，然后將分離開的泥水又返回開挖面。由于泥水式盾構(gòu)機(jī)在什么樣的土層中都可以適用，因此，它被廣泛的采用。

2.6 土壓式平衡盾構(gòu)機(jī)

土壓式平衡盾構(gòu)機(jī)的支護(hù)材料是土壤本身，因此，在該盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行的時(shí)候可以依靠土壤的壓力使其保持穩(wěn)定。

3 盾構(gòu)機(jī)常見故障產(chǎn)生原因以及處理方式

3.1 盾構(gòu)機(jī)刀盤被泥土粘黏以及處理方式

盾構(gòu)機(jī)機(jī)械在作業(yè)的時(shí)候經(jīng)常會被泥土粘黏上去，這是因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)機(jī)械的操作作業(yè)大都在土壤中進(jìn)行。一旦土壤粘黏在刀盤上則會給機(jī)械的重要部分帶來一系列的危害，例如：刀盤支撐臂中心、渣槽、泥土倉等設(shè)備都會堵死損壞，造成盾構(gòu)機(jī)中的螺旋輸送機(jī)堵塞進(jìn)而影響作業(yè)繼續(xù)。而針對這種情況的處理方法是：第一，將刀盤一直空旋轉(zhuǎn)著，使得泥餅借離心作用而掉落下來；第二，保持盾構(gòu)機(jī)機(jī)械開挖面穩(wěn)定，然后用人工進(jìn)行清除泥土；第三，在盾構(gòu)機(jī)機(jī)械作業(yè)的時(shí)候向注入泡沫劑來改善土體粘性，從而使得土體結(jié)塊自動(dòng)掉落；第四，在進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮到土體粘黏的問題，在泥土倉添加空心攪動(dòng)棒并注水來實(shí)現(xiàn)對刀盤與泥土倉的清潔。

3.2 螺旋輸送機(jī)出現(xiàn)噴涌泥水的情況以及處理措施

螺旋輸送機(jī)出現(xiàn)噴涌泥水的情況是因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)機(jī)械進(jìn)入水砂層施工，而水砂層中含有很多的水量。盾構(gòu)機(jī)機(jī)械在作業(yè)的時(shí)候，這些水通過流水通道進(jìn)入到泥土倉內(nèi)，然后在螺旋輸送機(jī)運(yùn)作的時(shí)候?qū)⑦@些水吸干再運(yùn)行，但是運(yùn)行的過程中又產(chǎn)生大量的水，如此惡性循環(huán)使得盾構(gòu)機(jī)無法正常運(yùn)行工作。針對這種情況應(yīng)采取相關(guān)措施來解決：第一，將螺旋輸送機(jī)關(guān)閉，讓盾構(gòu)機(jī)刀盤削下的土體將泥土倉將水?dāng)D出，這種措施方法要注意泥土倉的壓力且盾構(gòu)機(jī)后部密封被擊穿的狀況；第二，為使得螺旋輸送機(jī)能夠順利出土，可以通過對泥土倉中注入高濃度泥漿來改善土體；第三，在盾構(gòu)機(jī)機(jī)械進(jìn)入水砂層前將氣壓調(diào)節(jié)到平衡模式，以保證泥水不被流入泥土倉內(nèi)過多。

3.3 頭部周期下降情況以及處理方法

盾構(gòu)機(jī)機(jī)械頭部周期下降也是我們常說的“磕頭”的現(xiàn)象，這是由于泥土倉內(nèi)實(shí)際承載的土壓力比理論上的土壓力要低，才使得這種情況的出現(xiàn)。針對這種情況的解決措施是將泥土倉內(nèi)的土壓力超過理論上的土壓力，可以在其加入添加劑使得土體被改善，讓其能夠容納更多的土，從而改善盾構(gòu)機(jī)機(jī)械的“磕頭”的情況。

3.4 盾構(gòu)機(jī)機(jī)械呈蛇形前進(jìn)以及解決措施

盾構(gòu)機(jī)機(jī)械呈蛇形前進(jìn)是由于操作者對其中心軸線以及隧道中心線偏差糾正時(shí)操作方法不對，從而使得糾正量數(shù)值太大，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)呈蛇形向前運(yùn)行。對于這種情況來說，可以通過對偏差數(shù)值調(diào)節(jié)的時(shí)候保證在5mm以內(nèi)，使得糾正量不大從而不易出現(xiàn)呈蛇形前進(jìn)的情況。

3.5 泥土倉的土壓突然大幅下降以及解決措施

泥土倉的土壓突然大幅下降是因?yàn)槟嗤羵}中含有的空氣以及水含量較高，在二者蒸發(fā)或空氣竄流釋放就會使得土壓突然下降。針對這種情況可以采取以下方式進(jìn)行解決：將螺旋輸送機(jī)和出土閘門關(guān)閉，同時(shí)在盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)前行的時(shí)候依據(jù)土質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)刀盤大小，調(diào)節(jié)泡沫系統(tǒng)中的空氣含量以及水含量從而解決泥土倉土壓突然下降的問題。

3.6 螺旋輸送機(jī)的出料口形成大土堆以及解決辦法

螺旋輸送機(jī)出料口出現(xiàn)大土堆的情況，是由于螺旋輸送機(jī)的出土閘門排出來的泥土有一部分粘黏性較強(qiáng)的泥土掉到膠帶上面，時(shí)間一長便會在膠帶上面形成大土堆，因此，這個(gè)大土堆會在螺旋輸送機(jī)出料口堆積著。對于這種情況來說，可以通過以下辦法來解決：大土堆這種情況一出現(xiàn)便開始讓操作員進(jìn)行清除，在清除的過程中讓膠帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)著，則可全面清除干凈，同時(shí)對盾構(gòu)機(jī)操作過程進(jìn)行觀察，以便采取相關(guān)措施解決。

4 盾構(gòu)機(jī)維護(hù)與保養(yǎng)

4.1 盾構(gòu)機(jī)的保養(yǎng)

對于盾構(gòu)機(jī)維護(hù)與保養(yǎng)來說，首先要遵循“養(yǎng)修并重，預(yù)防為主”的維護(hù)原則，然后在作業(yè)的過程中嚴(yán)格遵循盾構(gòu)機(jī)的操作方法，仔細(xì)對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)與維護(hù)。進(jìn)行對盾構(gòu)機(jī)保養(yǎng)主要有兩種形式，即例行保養(yǎng)與定期保養(yǎng)，而定期保養(yǎng)分為一級、二級、三級等子保養(yǎng)。一級保養(yǎng)的主要工作是通過維護(hù)機(jī)械的完好來確保盾構(gòu)機(jī)能夠正常運(yùn)行，而二級保養(yǎng)主要工作是對盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的工作狀況進(jìn)行調(diào)整且排除故障，三級保養(yǎng)是對盾構(gòu)機(jī)主要部位進(jìn)行檢查，可以通過解體檢查或使用儀器來消除故障。

4.2 盾構(gòu)機(jī)的修理

盾構(gòu)機(jī)的修理是指對設(shè)備的各種損壞以及精度不準(zhǔn)確等問題情況進(jìn)行修理。盾構(gòu)機(jī)的修理是確保盾構(gòu)機(jī)能夠正常運(yùn)行且設(shè)備技術(shù)問題得到恢復(fù)，修理的過程中將設(shè)備中磨損、腐蝕以及老化部件進(jìn)行修理、更換，從而延長盾構(gòu)機(jī)機(jī)械設(shè)備的壽命周期。

4.3 液壓系統(tǒng)的維護(hù)

液壓油的選擇及清潔度一般液壓油分為以下3類：a.普通液壓油：適用于工作溫度較高、運(yùn)行時(shí)間較長、壓力范圍較寬的系統(tǒng)；b.抗磨液壓油：適用于工作壓力較高的系統(tǒng)；c.低凝液壓油：適用于工作溫度較低、運(yùn)行時(shí)間較長、壓力范圍較寬的系統(tǒng)。保證液壓油清潔，液壓系統(tǒng)的故障主要由于液壓油的污染變質(zhì)導(dǎo)致的。所以，現(xiàn)場施工中要注意以下幾點(diǎn)：油源清潔、工作區(qū)域清潔、系統(tǒng)清潔。

泵站日常維護(hù)，油泵作為液壓系統(tǒng)的動(dòng)力來源，對于系統(tǒng)的正常使用起著至關(guān)重要的作用。在維護(hù)中要從以下方面著手：透氣裝置：對于盾構(gòu)機(jī)來說由于周圍環(huán)境比較惡劣，要注意不要有水等通過此處進(jìn)入油箱。有些濾芯是多次重復(fù)利用的要注意定時(shí)拆卸下清洗；泵站油位：對于油箱的油位一定要有明顯的標(biāo)記以便查看，提前加油；油溫，盾構(gòu)機(jī)的油箱一般都有溫度傳感器，當(dāng)油溫高到一定程度，油泵自動(dòng)停止工作，切忌不要因?yàn)橐粫r(shí)的利益，將其短接。油溫過高會導(dǎo)致很多的問題，比如，油封提前老化、油泵摩擦加劇等。液壓元件的維護(hù)：液壓泵在出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)外送修復(fù)保養(yǎng)或更換：排油量不足，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作遲緩、壓力或壓力脈動(dòng)較大、異常噪聲、內(nèi)滲或外漏、泵體發(fā)熱、變量機(jī)構(gòu)失靈；液壓缸或氣缸出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)外送修復(fù)保養(yǎng)或更換：爬行、推力不足，工作不穩(wěn)定、內(nèi)滲外漏、活塞桿表面鍍層脫落、缸筒凹陷；控制閥出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)更換或保養(yǎng)：異常振動(dòng)或噪聲、內(nèi)滲或外漏、動(dòng)作不靈或無動(dòng)作、電磁鐵過熱或燒毀、調(diào)整元件操控實(shí)效。

5 盾構(gòu)機(jī)管理制度

5.1 盾構(gòu)機(jī)管理原則

保持盾構(gòu)機(jī)完好，充分發(fā)揮盾構(gòu)機(jī)的效能，取得良好的投資效益；依靠技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展和預(yù)防為主；堅(jiān)持設(shè)計(jì)、制造和使用相結(jié)合，維護(hù)與計(jì)劃檢修相結(jié)合，修理、改造與更新相結(jié)合；專業(yè)管理與現(xiàn)場管理相結(jié)合，技術(shù)管理與經(jīng)濟(jì)管理相結(jié)合的原則。

5.2 盾構(gòu)機(jī)維護(hù)、保養(yǎng)制度

盾構(gòu)機(jī)保養(yǎng)種類可以分為：每日維護(hù)保養(yǎng)：由盾構(gòu)機(jī)操作人員和盾構(gòu)機(jī)日常維護(hù)人員按照規(guī)定的檢查路線，對照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)真對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行“清潔、緊固、調(diào)整、潤滑、防腐”十字作業(yè)，清楚故障隱患；定期維護(hù)保養(yǎng)：包括周保養(yǎng)、月保養(yǎng)、季度保養(yǎng)、半年保養(yǎng)和年保養(yǎng)。定期保養(yǎng)應(yīng)由盾構(gòu)機(jī)日保人員配合維修班專業(yè)人員進(jìn)行，以專業(yè)人員為主；工地轉(zhuǎn)移前和調(diào)頭期間保養(yǎng)：為使盾構(gòu)機(jī)到新工點(diǎn)后能迅速投入生產(chǎn)，應(yīng)進(jìn)行一次全面的檢查、維修、保養(yǎng)。要保證盾構(gòu)機(jī)正常運(yùn)行，工程建設(shè)過程中做好對盾構(gòu)機(jī)的定期維護(hù)及工程結(jié)束后對盾構(gòu)機(jī)的維護(hù)與保養(yǎng)是必不可少的。

5.3 保養(yǎng)計(jì)劃的制定與實(shí)施

機(jī)電部應(yīng)根據(jù)工程任務(wù)、盾構(gòu)機(jī)日常使用情況和盾構(gòu)機(jī)保養(yǎng)規(guī)定內(nèi)容，每月編制保養(yǎng)計(jì)劃，與施工計(jì)劃同時(shí)下達(dá)，嚴(yán)格組織實(shí)施；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到保養(yǎng)周期時(shí)，由機(jī)電部按保養(yǎng)計(jì)劃把保養(yǎng)任務(wù)下達(dá)給參與盾構(gòu)機(jī)保養(yǎng)的各單位負(fù)責(zé)人，有各單位負(fù)責(zé)人對保養(yǎng)內(nèi)容進(jìn)行具體分工；日保養(yǎng)與周保養(yǎng)利用盾構(gòu)機(jī)作業(yè)間隙進(jìn)行，不再安排時(shí)間。

6 結(jié)語

盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用范圍較廣泛而且在隧道開挖的時(shí)候發(fā)揮著重要的作用，為人們的生活帶來很大的便捷，同時(shí)為整體環(huán)境規(guī)劃也帶來積極的作用。另一方面，由于盾構(gòu)機(jī)機(jī)械設(shè)備價(jià)格昂貴而且在隧道工程方面發(fā)揮著極其重要的作用，因此，在進(jìn)行運(yùn)行操作的時(shí)候要注意方法方式，加強(qiáng)對其保養(yǎng)與維護(hù)以延長盾構(gòu)機(jī)使用壽命。隨著我國高鐵建設(shè)和城市地鐵建設(shè)高峰期到來，盾構(gòu)法施工以其安全、優(yōu)質(zhì)、高校、環(huán)保、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)在地下施工工程中得到廣泛應(yīng)用。我國早期引入的盾構(gòu)機(jī)已到達(dá)一定適用年限和在施工過程中盾構(gòu)機(jī)會出現(xiàn)某些故障，要保證盾構(gòu)機(jī)正常運(yùn)行，工程建設(shè)過程中做好對盾構(gòu)機(jī)的定期維護(hù)及工程結(jié)束后對盾構(gòu)機(jī)的維護(hù)與保養(yǎng)是必不可少的。

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