地鐵盾構(gòu)機(jī)故障處理與分析

趙永香

摘? 要：本文以合肥某地鐵項(xiàng)目施工中遇到的實(shí)際情況為例，對(duì)盾構(gòu)機(jī)在施工過(guò)程中出現(xiàn)的設(shè)備故障進(jìn)行了初步探討。記錄了各種故障發(fā)生的概率，而且針對(duì)典型故障提出了解決措施和預(yù)防措施，確保了工程建設(shè)的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī);故障;處理

中圖分類(lèi)號(hào)：TU621.5??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? 文章編號(hào)：2096-6903（2021）02-0000-00

0 概況

在城市軌道交通建設(shè)的大潮中，盾構(gòu)機(jī)是目前暗挖施工重要的生力軍。隨著我國(guó)盾構(gòu)施工技術(shù)的日漸成熟和國(guó)家對(duì)機(jī)械制造業(yè)的重視及投入，盾構(gòu)機(jī)的科研力度及技術(shù)能力日益加大，當(dāng)前國(guó)內(nèi)的盾構(gòu)機(jī)制造廠家的技術(shù)水平都在不斷的提高，當(dāng)前我國(guó)自主研發(fā)制造的盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)發(fā)展到了國(guó)外。

我公司承建的合肥地鐵某標(biāo)段有三個(gè)盾構(gòu)施工區(qū)間：雞鳴山—方興大道區(qū)間（左右線各804m）、雞鳴山—科學(xué)大道區(qū)間（左線720m，右線718.5m）、創(chuàng)新大道—豐樂(lè)河路區(qū)間（左線2718m，右線2724m）。本文主要以創(chuàng)豐區(qū)間施工的典型故障進(jìn)行分析。此區(qū)間在創(chuàng)新大道站始發(fā)，沿望江西路向東掘進(jìn)，在永和路口附近的區(qū)間風(fēng)井進(jìn)行接收及二次始發(fā)，最后在豐樂(lè)河路站接收，區(qū)間線路整體呈反S型，區(qū)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(qū)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(zhì)黏土、⑦2粉質(zhì)黏土、⑨11全風(fēng)化砂質(zhì)泥巖、⑨12強(qiáng)分化砂質(zhì)泥巖、⑨13中分化砂質(zhì)泥巖。此區(qū)間選用的是土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，下穿美欣制藥廠房、雨水箱涵及柏堰湖補(bǔ)水渠橋等部位，側(cè)穿110kV高壓電塔，施工準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性要求高，難度較大。為滿(mǎn)足上述地質(zhì)條件的施工，創(chuàng)豐區(qū)間選用的是三臺(tái)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，其中兩臺(tái)為鐵建重工的盾構(gòu)機(jī)（ZTE6250），另一臺(tái)為美國(guó)羅賓斯的盾構(gòu)機(jī)（型號(hào)6260）。

1 設(shè)備停機(jī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

1.1 創(chuàng)豐區(qū)間左右線停機(jī)記錄統(tǒng)計(jì)

創(chuàng)豐區(qū)間左線是由鐵建重工盾構(gòu)機(jī)施工（編號(hào)：DL205），始于2019年6月25日，貫通于2020年7月8日;創(chuàng)豐區(qū)間右線始發(fā)于2019年4月27日，采用Robbins（羅賓斯）盾構(gòu)機(jī)施工，在風(fēng)井出洞后，更換鐵建重工的盾構(gòu)機(jī)（編號(hào)：DL206）在2020年5月6日繼續(xù)推進(jìn)，到2020年10月19日完成雙線貫通。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)每日的掘進(jìn)記錄，將停工原因分為因環(huán)保要求不能運(yùn)輸渣土的停工，管片缺貨的停工，盾構(gòu)機(jī)及后配套設(shè)備故障的停工，其他（停電、現(xiàn)場(chǎng)觀摩檢查及施工安排）原因停工，分類(lèi)匯總各類(lèi)停工時(shí)間，具體統(tǒng)計(jì)如表1所示（時(shí)間單位以小時(shí)計(jì)算）。

1.2 設(shè)備故障因素的統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)以上停工時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的完好對(duì)工期有很大影響。本節(jié)進(jìn)一步將設(shè)備故障的原因細(xì)化為：刀盤(pán)故障;潤(rùn)滑、泡沫、油脂、注漿系統(tǒng)故障;雙梁及拼裝機(jī)故障;螺旋輸送機(jī)（含皮帶系統(tǒng)）故障;電瓶車(chē)編組故障;其他（門(mén)吊、砂漿站等故障）。具體設(shè)備故障時(shí)間統(tǒng)計(jì)如表2所示，（時(shí)間單位以小時(shí)計(jì)算）。

在以上設(shè)備故障時(shí)間的統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，我們可以得到如下三臺(tái)盾構(gòu)機(jī)及區(qū)間總的設(shè)備故障分析餅狀圖，如圖1所示。圖中可以清晰地看到盾構(gòu)機(jī)本身的潤(rùn)滑、泡沫、油脂、注漿系統(tǒng)故障、雙梁及拼裝機(jī)故障及電瓶車(chē)編組故障概率比較大。在今后的盾構(gòu)掘進(jìn)中，著重維護(hù)研究解決這三塊故障，將會(huì)為盾構(gòu)施工爭(zhēng)取更多的時(shí)間。

2 故障處理與分析實(shí)例

2.1 盾構(gòu)機(jī)發(fā)生栽頭現(xiàn)象，抬不起頭

故障原因分析：在盾構(gòu)機(jī)穿越素樁加固區(qū)時(shí)，機(jī)體沿下坡路推進(jìn)，趨勢(shì)較平穩(wěn)，但偏離設(shè)計(jì)垂直高程位置較大。當(dāng)穿過(guò)素樁加固區(qū)后，由于素樁的包裹作用消失，掘進(jìn)推力持續(xù)增加后維持在7000～7500t，機(jī)體有繼續(xù)栽頭趨勢(shì)，姿態(tài)垂直往下掉，在后續(xù)幾環(huán)的推進(jìn)過(guò)程中，垂直高程持續(xù)惡化。

解決措施：（1）首先清理盾體內(nèi)部積累的砂漿，保障其有足夠的抬頭空間;每隔15cm測(cè)量一次盾殼和管片之間的間隙，保證間隙在合理范圍之內(nèi)。拼裝管片時(shí)，連續(xù)兩環(huán)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(wèn)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(pán)的邊緣刮刀磨損造成開(kāi)挖面積減小造成的。因?yàn)楫?dāng)時(shí)的施工路段還未到合適停機(jī)，為避免姿態(tài)進(jìn)一步惡化，所以采取了在0～270范圍內(nèi)使用超挖刀的方法，此后每環(huán)的垂直姿態(tài)都上升了約5mm，高程偏差逐漸改善。（3）在機(jī)體到達(dá)合適停機(jī)位置后，帶壓進(jìn)倉(cāng)更換了相應(yīng)刀具，繼續(xù)掘進(jìn)后盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)正常。

2.2 管片提升系統(tǒng)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(jī)到位后未及時(shí)停止啟動(dòng)器的動(dòng)作，使鏈條因受力過(guò)大導(dǎo)致斷裂。

解決措施：更換鏈條，接好并緊固。普通雙梁系統(tǒng)因其自身設(shè)計(jì)原因，操作相對(duì)復(fù)雜且容易發(fā)生卡澀碰撞的問(wèn)題，為防止類(lèi)似情況的發(fā)生，一方面加大對(duì)操作人員的教育和培訓(xùn)，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(kāi)關(guān)，有效地防止了這種情況的發(fā)生。

本區(qū)間施工采用的三臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的雙梁系統(tǒng)都相對(duì)故障頻繁，有自身設(shè)計(jì)缺陷問(wèn)題，因?yàn)槭┕r(shí)間有限且盾構(gòu)機(jī)是外租的，升級(jí)改造不太現(xiàn)實(shí)，所以項(xiàng)目所做的研究并未太深入，為從根本上減少雙梁提升系統(tǒng)故障，如何優(yōu)化改善整個(gè)系統(tǒng)既是一個(gè)有趣課題，又將是后期盾構(gòu)施工技術(shù)研究的一個(gè)挑戰(zhàn)。

2.3 拼裝機(jī)旋轉(zhuǎn)、抓舉頭無(wú)動(dòng)作

故障原因分析：管片拼裝過(guò)程中，機(jī)械工作逐漸變慢直至不動(dòng)作，分析可能有以下原因：（1）液壓油泵故障，導(dǎo)致系統(tǒng)供油不足;（2）拼裝機(jī)行走時(shí)誤碰限位器，導(dǎo)致拼裝機(jī)無(wú)動(dòng)作。（3）控制拼裝機(jī)動(dòng)作的數(shù)字信號(hào)處理模塊（PIE模塊）故障，模塊內(nèi)部的電磁閥線圈或是熔斷器損壞、模塊的接頭松動(dòng)或斷開(kāi)都將引起拼裝機(jī)不能工作。（4）傳感器故障可同樣造成拼裝機(jī)不能動(dòng)作。

解決措施：（1）檢查液壓油管路閥組，發(fā)現(xiàn)無(wú)問(wèn)題。（2）將拼裝機(jī)后移，復(fù)位限位傳感器，拼裝機(jī)仍無(wú)動(dòng)作。（3）檢查線路，測(cè)試熔斷器，無(wú)問(wèn)題，更換PIE模塊后，拼裝機(jī)仍不能正常工作。（4）檢查管片安裝機(jī)的制動(dòng)傳感器，發(fā)現(xiàn)其壓力顯示為正值，無(wú)故障。檢查真空吸盤(pán)上的傳感器，與傳感器連接的定位銷(xiāo)內(nèi)部彈簧工作正常，未失效，進(jìn)一步查看定位銷(xiāo)表面，發(fā)現(xiàn)有部分磨損，猜測(cè)可能是因此導(dǎo)致感應(yīng)信號(hào)燈失靈，傳感器不能接受有效信號(hào)，更換定位銷(xiāo)后，拼裝機(jī)正常工作。

2.4 螺旋輸送機(jī)噴涌、噴砂

故障分析：盾構(gòu)機(jī)下穿柏堰湖補(bǔ)水渠橋時(shí)，開(kāi)挖面土體土質(zhì)不良（黏土礦物質(zhì)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(shí)或注漿量不足，土體裂隙水不斷在泥土倉(cāng)累積，水壓不斷加大。當(dāng)螺旋機(jī)工作時(shí)，倉(cāng)內(nèi)的水在壓力作用下，從出土閘門(mén)迅速?lài)姵?，造成噴涌現(xiàn)象的發(fā)生。

應(yīng)對(duì)措施：（1）關(guān)閉出土閘門(mén)同時(shí)增加土倉(cāng)內(nèi)的土壓力，將水不斷擠出，降低倉(cāng)內(nèi)含水率。（2）向土倉(cāng)內(nèi)注入吸水性高分子材料，改良土倉(cāng)內(nèi)土體的塑流性。（3）加大監(jiān)控頻率，嚴(yán)格控制推進(jìn)速度和出土量，在保證安全的前提下，確保其連續(xù)均衡快速掘進(jìn)，盾構(gòu)通過(guò)后立即注漿加固。

2.5 電瓶車(chē)溜車(chē)，脫軌

故障原因分析：（1）溜車(chē)問(wèn)題：剎車(chē)片等附屬配件磨損造成剎車(chē)不靈敏或不能剎車(chē);電瓶車(chē)?？课恢闷露冗^(guò)高，軌道有油污表面濕滑，在重載的情況下高速下坡;突發(fā)性電氣控制故障;人為操作失誤。（2）脫軌問(wèn)題：軌道因長(zhǎng)時(shí)間使用出現(xiàn)左右和高低偏差，軌距超過(guò)允許偏差，當(dāng)電瓶車(chē)載物不均衡運(yùn)行時(shí)，因重心不穩(wěn)偏離軌道運(yùn)行;在道岔等曲線較大位置，當(dāng)電瓶車(chē)運(yùn)行速度過(guò)快時(shí)，因沒(méi)有轉(zhuǎn)向架的維護(hù)而容易脫軌;人為指揮或操作不當(dāng)原因。

解決措施：（1）溜車(chē)問(wèn)題：當(dāng)出現(xiàn)溜車(chē)時(shí)必須先鳴笛報(bào)警，同時(shí)將手柄檔位調(diào)低，進(jìn)行所有剎車(chē)制動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)防溜掛鉤。待電瓶車(chē)停止后再查明故障原因，徹底解決問(wèn)題。（2）脫軌問(wèn)題：首先在保證管片不破損的情況下恢復(fù)電瓶車(chē)脫軌部位。待電瓶車(chē)駛離后再查明脫軌原因，徹底解決問(wèn)題。

預(yù)防措施：為有效預(yù)防出現(xiàn)溜車(chē)脫軌等非常規(guī)性問(wèn)題的出現(xiàn)，必須做好以下工作：做好操作人員的培訓(xùn)教育工作，定期對(duì)電瓶車(chē)班組人員進(jìn)行技能培訓(xùn)和考核，按規(guī)定操作，杜絕人為操作失誤;加強(qiáng)對(duì)電瓶車(chē)及軌道的日常檢查和維修， 及時(shí)調(diào)整偏差軌距，及時(shí)緊固松動(dòng)的軌道，將電瓶車(chē)發(fā)生溜車(chē)和脫軌事故的可能性減至最小;保持內(nèi)外通訊暢通，若發(fā)生意外，各方要及時(shí)聯(lián)系，防止傷人事故發(fā)生;加強(qiáng)司機(jī)安全教育，確保司機(jī)懂得如何處理溜車(chē)脫軌事故。

2.6 盾尾漏漿嚴(yán)重

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

解決措施：首先查看油脂批次及廠家，測(cè)算油脂平均加注量，排除油脂自身問(wèn)題;然后查看PLC注漿控制板面，注漿壓力未超過(guò)設(shè)定值，查看注漿面未發(fā)現(xiàn)隆起，說(shuō)明不是注漿問(wèn)題;最后推測(cè)在前段施工中盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整幅度偏大，造成盾尾間隙左右不均衡，一側(cè)的盾尾刷遭到擠壓而變形，達(dá)不到止?jié){的效果而漏漿。因在掘進(jìn)中不能更換密封刷，只能先用海綿條封堵，手動(dòng)注脂，加大盾尾油脂注入量，同時(shí)在同步注漿液中加入水玻璃，縮短初凝時(shí)間，經(jīng)過(guò)一個(gè)夜班的努力，終于有效地控制了漏漿。

3 結(jié)論與展望

本文以公司承建的合肥軌道交通某標(biāo)段的創(chuàng)豐區(qū)間掘進(jìn)記錄為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)整個(gè)區(qū)間左右線的盾構(gòu)施工停工時(shí)間以及停工原因，繼而引出造成盾構(gòu)機(jī)本身故障停機(jī)的5類(lèi)故障的概率統(tǒng)計(jì)。針對(duì)典型的設(shè)備故障案例，總結(jié)了具體應(yīng)對(duì)措施及預(yù)防措施，為后續(xù)公司盾構(gòu)施工提供了寶貴的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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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