掘進(jìn)機(jī)常見(jiàn)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(xiàn)代建筑工程施工過(guò)程中廣泛應(yīng)用各種機(jī)械設(shè)備，不僅有效提高了生產(chǎn)效率，而且克服了許多施工困難，使得環(huán)境復(fù)雜且建筑難度較高的建筑工程得以順利施工建設(shè)。在隧道工程中，掘進(jìn)機(jī)就是最常用的機(jī)械設(shè)備之一。掘進(jìn)機(jī)的正常運(yùn)行，對(duì)隧道工程施工建設(shè)具有極為重要的影響。因此，必須對(duì)其常見(jiàn)故障的原因進(jìn)行深入分析，并根據(jù)原因采取科學(xué)地處理方法有效處理故障問(wèn)題，保證掘進(jìn)機(jī)正常運(yùn)行，隧道工程能夠順利施工建設(shè)。

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(guān)鍵詞：隧道工程;掘進(jìn)機(jī);故障;原因;處理方法

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

中圖分類號(hào)：TD421.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）01-0114-02

0? 引言

自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，帶動(dòng)了建筑行業(yè)的繁榮興盛。近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，投入了大量的人力、物力進(jìn)行基礎(chǔ)建筑工程和設(shè)施建設(shè)，其中就包括大量的隧道工程。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，目前我國(guó)的隧道開(kāi)挖技術(shù)水平已得到大幅度提高，而且陸續(xù)引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的施工技術(shù)機(jī)械設(shè)備以及管理方法，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際環(huán)境及客觀條件，經(jīng)過(guò)消化吸引并積極開(kāi)拓創(chuàng)新，促使我國(guó)在隧道工程領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足發(fā)展，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距大幅度縮小。當(dāng)前，在我國(guó)隧道工程施工建設(shè)過(guò)程中，基本已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作用。而掘進(jìn)機(jī)就是隧道工程中常用的機(jī)械設(shè)備之一，一旦掘進(jìn)機(jī)發(fā)生故障，必然會(huì)對(duì)隧道工程施工建設(shè)質(zhì)量和施工安全，造成極為嚴(yán)重地影響，甚至對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重地?fù)p害。因此，必須對(duì)全斷面掘進(jìn)機(jī)常見(jiàn)故障的原因加強(qiáng)研究和分析，并制定科學(xué)合理地處理方法，有效保證掘進(jìn)機(jī)的正常運(yùn)行，保障隧道工程施工建設(shè)的順利進(jìn)行。本文以TBM（全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)）機(jī)頭在隧道工程掘進(jìn)施工過(guò)程中，發(fā)生的一些典型機(jī)械故障及導(dǎo)致故障的原因進(jìn)行系統(tǒng)分析，并根據(jù)實(shí)際情況詳細(xì)闡述相應(yīng)的處理解決辦法，為我國(guó)硬巖TBM施工提供更多可靠的參考依據(jù)。

1? 硬巖TBM調(diào)向失控成因分析及其解決辦法

1.1 人為因素? 應(yīng)用TBM在隧道工程建設(shè)過(guò)程中進(jìn)在施工，需要由工作人員進(jìn)行操作，而人為因素引起的TBM調(diào)向失控故障，主要就是由于操作人員的技術(shù)水平較低，在操作過(guò)程中做出了錯(cuò)誤的指令而造成的。發(fā)生調(diào)向失控故障時(shí)，開(kāi)始時(shí)往往不易察覺(jué)該問(wèn)題，通常是在經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)掘進(jìn)之后，誤差不斷累積增加，才會(huì)表現(xiàn)出非常明顯的調(diào)向失控現(xiàn)象，而此時(shí)要調(diào)整TBM已非常困難。

針對(duì)TBM調(diào)向失控問(wèn)題，首先應(yīng)放慢TBM的掘進(jìn)速度，然后再調(diào)整方向，直至方向正確。由于TBM機(jī)頭與洞壁之間的空隙較小，所以在調(diào)整方向時(shí)，初期往往因看不到效果導(dǎo)致偏轉(zhuǎn)方向持續(xù)發(fā)生錯(cuò)誤，在這種情況，偏轉(zhuǎn)的速度會(huì)逐漸變緩，可以根據(jù)偏轉(zhuǎn)速度變化進(jìn)行有效調(diào)整，從而使其恢復(fù)方向。注意，調(diào)整方向時(shí)，轉(zhuǎn)向幅度不能太快，以夠圍卡住機(jī)頭，影響掘進(jìn)機(jī)正常前進(jìn)或產(chǎn)生較大偏差，這會(huì)對(duì)后面的配套系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，進(jìn)而導(dǎo)致施工質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生。

1.2 機(jī)械因素? ①水平支撐故障。根據(jù)TBM的類型不同，對(duì)水平支撐故障的處理方法也不同。在敞開(kāi)式和雙護(hù)盾TBM中，水平支撐液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，其主要表現(xiàn)是支撐力不均勻，機(jī)身產(chǎn)生明顯的傾斜，機(jī)頭也會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。有時(shí)會(huì)伴隨著一側(cè)圍巖破碎、松軟而另一側(cè)較完整堅(jiān)硬的情況。②液壓推進(jìn)缸和刀盤(pán)故障。液壓推進(jìn)缸故障主要發(fā)生在TBM的主推進(jìn)缸系統(tǒng)之中，此時(shí)刀盤(pán)會(huì)發(fā)生受力不均勻的現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生傾斜，調(diào)向指令也會(huì)失去效用。這種故障通常是突發(fā)性的，針對(duì)液壓推進(jìn)缸故障，首先應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行系統(tǒng)檢查，排查是否為電路故障;其次，還要對(duì)液壓設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查，排查液壓設(shè)備故障，找出故障原因并對(duì)其進(jìn)行科學(xué)處理。

如果電路和液壓經(jīng)檢查均正常，就需認(rèn)真檢查刀盤(pán)。當(dāng)TBM運(yùn)行時(shí)，滾刀和鏟斗刮板會(huì)發(fā)生磨損，長(zhǎng)時(shí)間不處理，磨損越來(lái)越嚴(yán)重，就會(huì)導(dǎo)致崛進(jìn)偏向。

邊刀發(fā)生破損或過(guò)度磨損，會(huì)降低掏挖隧洞輪廓的能力，進(jìn)而使掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中難以進(jìn)行調(diào)向。

鏟斗刮板過(guò)度磨損，會(huì)影響出碴功能，巖碴在刀盤(pán)左側(cè)大量堆積，進(jìn)而影響刀盤(pán)轉(zhuǎn)偏，使其向右偏轉(zhuǎn)，嚴(yán)重影響掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)向功能。

針對(duì)這些問(wèn)題，需要對(duì)出現(xiàn)破壞或過(guò)度磨損的零部件及時(shí)進(jìn)行修理或更換，從而有效保證掘進(jìn)機(jī)正常掘進(jìn)[1]。

③護(hù)盾故障。TBM噴淋除塵系統(tǒng)故障是隧道工程中掘進(jìn)機(jī)的常見(jiàn)故障之一，主要表現(xiàn)為粉塵無(wú)法及時(shí)排險(xiǎn)，籠罩整個(gè)隧道，影響激光束打靶的準(zhǔn)確性，測(cè)量?jī)x器無(wú)法正確指示方向等等。如不及時(shí)調(diào)整維護(hù)，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)器跑偏，發(fā)生整體偏離。針對(duì)這一問(wèn)題，首先要收回TBM正確掘進(jìn)方向一側(cè)的側(cè)護(hù)盾，對(duì)錯(cuò)誤掘進(jìn)方向的側(cè)護(hù)盾進(jìn)行加壓使之伸出頂住洞壁，然后再調(diào)整刀盤(pán)，經(jīng)過(guò)一系列處理，一般可使掘進(jìn)機(jī)恢復(fù)正常。

1.3 激光導(dǎo)向失誤? 當(dāng)發(fā)生激光導(dǎo)向失誤故障時(shí)，其主要表現(xiàn)是TBM掘進(jìn)容易偏向。針對(duì)這一問(wèn)題，首先要檢測(cè)激光發(fā)射儀器與底座之間的固定螺絲是否發(fā)生松動(dòng)，如發(fā)生松動(dòng)，需要緊固螺絲即可解決問(wèn)題。對(duì)于雙護(hù)盾TBM，還要檢查襯砌管片，察看其是否受到機(jī)器震動(dòng)影響發(fā)生變形，由于激光發(fā)射儀固定其上，受其影響會(huì)發(fā)生錯(cuò)位情況，進(jìn)而使激光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，影響方向調(diào)整效果。針對(duì)這一問(wèn)題，應(yīng)立即停機(jī)檢查激光導(dǎo)向系統(tǒng)，查找原因并及時(shí)調(diào)整維護(hù)。

1.4 地質(zhì)條件? ①圍巖較軟。如果圍巖較松軟、較破碎，使用TBM進(jìn)行掘進(jìn)施工過(guò)程中最容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)。掘進(jìn)太快會(huì)增加巖碴量，超出TBM機(jī)頭的傳送能力限制無(wú)法及時(shí)排出，最終掉落在機(jī)頭底部，促使機(jī)頭向上抬升，這也是導(dǎo)致TBM向上偏轉(zhuǎn)的主要原因。掘進(jìn)太慢，就會(huì)將掌子面的巖碴刮鏟走，受重力影響導(dǎo)致隧道底部逐漸被掏挖空，進(jìn)而形成向下偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。針對(duì)這種情況，要求操作手必須結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)實(shí)際需求適當(dāng)調(diào)整機(jī)頭轉(zhuǎn)速，確保掌子面不存留巖碴;還要調(diào)整掘進(jìn)方向，減少誤差。在濕陷性黃土或砂質(zhì)土壤中進(jìn)行掘進(jìn)施工時(shí)，需要對(duì)稱拆卸幾個(gè)刀盤(pán)上的正刀，增加土壤進(jìn)入刀盤(pán)的速度，降低刀盤(pán)轉(zhuǎn)速，還要調(diào)整TBM掘進(jìn)狀態(tài);關(guān)閉刀盤(pán)噴水系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)快速通過(guò)該區(qū)域。②圍巖較硬。對(duì)于較硬的圍巖環(huán)境，使用TBM進(jìn)行開(kāi)挖施工時(shí)，其難度較大，還會(huì)嚴(yán)重磨損邊刀和鏟斗刮板，導(dǎo)致TBM容易發(fā)生向上偏移現(xiàn)象。針對(duì)這一問(wèn)題，需要放慢掘進(jìn)速度，同時(shí)將掘進(jìn)機(jī)向下調(diào)整。必要時(shí)，需要頻繁更換邊刀和鏟斗刮板。對(duì)于雙護(hù)盾TBM，需要將底部的兩個(gè)推進(jìn)液壓缸關(guān)閉，確保刀盤(pán)向下傾斜，在掘進(jìn)過(guò)程中始終保持向下姿態(tài)。

2? 卿力盤(pán)不能啟動(dòng)和突然停轉(zhuǎn)的診斷分析

2.1 潤(rùn)滑油系統(tǒng)故障? 潤(rùn)滑油系統(tǒng)出現(xiàn)故障的主要表現(xiàn)就是刀盤(pán)啟動(dòng)困難或突然停轉(zhuǎn)，導(dǎo)致這一故障的主要原因包括三個(gè)方面：密封潤(rùn)滑油流量、密封潤(rùn)滑油油位以及密封潤(rùn)滑黃油流量過(guò)低。

2.2 傳輸皮帶系統(tǒng)故障? 傳輸皮帶系統(tǒng)是TBM的重要組成部分，當(dāng)其出現(xiàn)故障時(shí)，基于安全保護(hù)需要，刀盤(pán)會(huì)自動(dòng)停轉(zhuǎn)或不能啟動(dòng)。導(dǎo)致這一故障的主要原因有以下幾個(gè)方面：首先，是由于皮帶松動(dòng)、驅(qū)動(dòng)輪打滑等原因造成的皮帶系統(tǒng)壓力低。對(duì)此只需要調(diào)緊皮帶，就能夠有效解決問(wèn)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(tǒng)中的刮碴器受到較為嚴(yán)重的磨損，造成巖碴無(wú)法及時(shí)排出，在皮帶下面大量堆積，導(dǎo)致傳感器的輪子與皮帶分離，無(wú)法接觸進(jìn)而造成信息失靈。對(duì)此，只需對(duì)傳感器位置進(jìn)行調(diào)整并清除巖碴即可。最后，是由于出碴量過(guò)大將皮帶壓住，進(jìn)而導(dǎo)致的傳輸皮帶系統(tǒng)故障。而大量巖碴量過(guò)大壓住皮帶的主要原因，是掘進(jìn)速度過(guò)快或掌子面塌方，造成大量的巖碴涌出，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳輸能力，造成大量巖碴在刀盤(pán)內(nèi)下料斗處堆積，進(jìn)而壓住皮帶。對(duì)此，可以先倒轉(zhuǎn)皮帶，然后對(duì)皮帶驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)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(jìn)而使皮帶正常轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)上述措施無(wú)效時(shí)，只有將下料斗內(nèi)的巖碴清除干凈，才能解決問(wèn)題。

2.3 主電機(jī)故障? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)荷過(guò)重，就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)保護(hù)跳閘，造成刀盤(pán)突然停轉(zhuǎn)。而造成驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)荷過(guò)重的主要原因有三個(gè)方面：首先，隧道掘進(jìn)施工過(guò)程中，推進(jìn)壓力太高，從而造成電機(jī)電流也隨之升高，大量增加了負(fù)荷[2]。其次，刀頭損壞導(dǎo)致刀盤(pán)難以轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使掘進(jìn)壓力和電機(jī)電流大幅度升高。最后，如果掌子面圍巖塌方，會(huì)掉落大最大塊巖石將刀盤(pán)壓住，此時(shí)就會(huì)主電機(jī)負(fù)荷快速加重，電流隨之升高，進(jìn)而引起故障。

2.4 可編程序控制器（PLC）系統(tǒng)統(tǒng)故障? 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，掘進(jìn)機(jī)也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化發(fā)展。而掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)化和智能化的有效實(shí)現(xiàn)，就依賴于可編程序控制器系統(tǒng)。當(dāng)其發(fā)生故障時(shí)，TBM自然無(wú)法正常運(yùn)行，其主要表現(xiàn)就是無(wú)法正常啟動(dòng)或突然自動(dòng)停機(jī)。造成可編程序控制器系統(tǒng)故障的主要原因有以下兩個(gè)方面：首先，當(dāng)PLC控制箱溫度過(guò)高，就會(huì)引起PLC系統(tǒng)自動(dòng)跳閘，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)故障的發(fā)生。針對(duì)這一問(wèn)題，需要及時(shí)打開(kāi)控制箱進(jìn)行散熱并對(duì)箱內(nèi)灰塵進(jìn)行清理，提高其散熱效果。當(dāng)PLC系統(tǒng)保險(xiǎn)絲燒斷或電源接頭松動(dòng)，也會(huì)引起PLC系統(tǒng)斷電故障。針對(duì)這一問(wèn)題，只需更換新的保險(xiǎn)絲，將電纜接頭堅(jiān)固即可。

2.5 緊急制動(dòng)系統(tǒng)故障? 緊急制動(dòng)系統(tǒng)故障的主要表現(xiàn)是TBM立即停轉(zhuǎn)或不能啟動(dòng)，其主要原因是：首先，在隧道工程中使用TBM進(jìn)行掘進(jìn)施工，如果遇到險(xiǎn)情，為保證安全操作人員需按下緊急制動(dòng)按鈕。排除險(xiǎn)情后將其復(fù)位即可恢復(fù)正常。其次，受到外界環(huán)境因素的影響，緊急制動(dòng)按鈕內(nèi)部進(jìn)水，導(dǎo)致線路短路或電纜線路發(fā)生破損而導(dǎo)致短路，最終引起故障。對(duì)此，只需查找出故障點(diǎn)并修復(fù)電路即可。

2.6 啟動(dòng)前TBM各系統(tǒng)沒(méi)有復(fù)位? 每次啟動(dòng)TBM時(shí)，操作人員必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，否則刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則不能正常啟動(dòng)，而導(dǎo)致故障的發(fā)生。對(duì)此，只需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位操作即可[3]。

3? 結(jié)束語(yǔ)

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(dǎo)致故障發(fā)生的主要因素可分為內(nèi)部因素及外部因素兩部分。針對(duì)隧道工程中掘進(jìn)機(jī)的常見(jiàn)故障，其關(guān)鍵就在于必須找準(zhǔn)導(dǎo)致故障發(fā)生的主要原因，針對(duì)具體原因?qū)嵤┯行У靥幚泶胧员M快排險(xiǎn)故障，使掘進(jìn)機(jī)正常運(yùn)行，保障隧道工程施工建設(shè)的正常進(jìn)行。

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