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(yè)原理，做好盾構機的養(yǎng)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(tǒng)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(xiàn)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(fā)揮著重要作用。刀盤是盾構機作業(yè)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(yè)。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(jié)氣閘前室和主室之間的壓力，滿足整體的作業(yè)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(yè)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(wěn)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(fā)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(jīng)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(yǎng)護

2.1 日常保養(yǎng)

盾構機在隧道掘進施工中起到至關重要的作用，在規(guī)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(yǎng)制度。（1）在盾構機日常保養(yǎng)中，應明確日常保養(yǎng)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(fā)生。（2）盾構設備日常保養(yǎng)中，應做好設備液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等單元的保養(yǎng)，其中在液壓系統(tǒng)保養(yǎng)中，應日常檢查油箱的油位，及時加注液壓油，同時應監(jiān)聽盾構機工作時的聲音，確保其處于正常工作狀態(tài)，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(yè)溫度，消除漏油問題，當發(fā)現(xiàn)有部件溫度異?；蚵┯蛦栴}時，應及時地進行停機檢查。電氣系統(tǒng)維護保養(yǎng)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(yè)聲音的辨別，判斷變壓器作業(yè)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(yǎng)時間應維持在4h以上，除上述保養(yǎng)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(yǎng)中應做好盾構設備的聯(lián)動調控管理，如在考慮施工狀態(tài)的基礎上，應對盾構機上的排污以及冷卻系統(tǒng)實施加強處理，同時在作業(yè)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(guī)檢測

規(guī)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(tài)，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)骨干儀表和設備的作用下，系統(tǒng)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(tài)化地追蹤、分析這些參數(shù)，這樣能確保盾構機始終在最佳工作狀態(tài)運行、常規(guī)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(fā)現(xiàn)盾構機出現(xiàn)參數(shù)異常問題，需對其進行停機處理，以此來發(fā)揮盾構機檢測的作用，確保盾構機操作的規(guī)范性。

在盾構機常規(guī)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(tǒng)考慮選標、選項、選法等要素，從職責層面實現(xiàn)盾構機檢測工作的有效約束；這樣能以嚴格的標準規(guī)范盾構機檢測工作狀態(tài)檢測工作的開展，為后期的故障發(fā)現(xiàn)、診斷和處理奠定良好基礎。

2.3 故障診斷

在盾構設備常規(guī)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(tǒng)、電氣系統(tǒng)是最容易出現(xiàn)故障的兩個系統(tǒng)。在故障診斷過程中，若通過操作控制板上的元件不能實現(xiàn)機械功能控制時，應檢查其對應系統(tǒng)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(tài)仍不正常，則應考慮盾構設備電氣系統(tǒng)發(fā)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(tài)檢測是極為重要的一種方式，在實際檢測中，須通過專業(yè)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(tài)、噪音等特征進行分析，以此來準確掌握設備運作狀態(tài)，消除設備故障，提升盾構設備的使用性能。

2.4 機械維修

“養(yǎng)修并重，預防為主”是盾構機設備維修保養(yǎng)的基本原則。在隧道施工過程中，針對盾構機的維修保養(yǎng)和檢修，需嚴格按照盾構機日常保養(yǎng)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(yǎng)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(xiàn)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(xiàn)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(tài)良好。其五，盾構機水系統(tǒng)還容易出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(tǒng)運作狀態(tài)。

2.5 配件管理

隧道施工過程中，受高強度工作狀態(tài)及復雜環(huán)境的影響，盾構設備難免會出現(xiàn)設備磨損問題，故而在日常養(yǎng)護管理中，還需做好盾構設備配件的系統(tǒng)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(chǎn)周期較長，則應加強企業(yè)與生產(chǎn)廠家的聯(lián)系與合作，由生產(chǎn)廠家定制對應零件，并將生產(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)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(yè)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(chuàng)造良好的設備管理環(huán)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(tǒng)完善的設備養(yǎng)護管理制度，在具體制度中，應就盾構設備維護保養(yǎng)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(yǎng)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(yōu)化重組，選擇具有專業(yè)能力與素養(yǎng)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(yǎng)人員、保養(yǎng)工程師和主管工程師進行巡視，及時地發(fā)現(xiàn)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(yǎng)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(yè)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(yǎng)、檢查、修理的有機統(tǒng)一。其三，在實際管理活動中，應從設備維護、設備監(jiān)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(tǒng)完善的維護管理制度，實現(xiàn)設備維護與保養(yǎng)的協(xié)調工藝；在設備監(jiān)管中，應從設備維護保養(yǎng)、工作狀態(tài)等層面實施監(jiān)督，重點監(jiān)測相關設備的使用狀態(tài)，以此來發(fā)現(xiàn)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(tǒng)完善的檔案管理制度，通過檔案資料規(guī)范管理工作，提升設備管理的規(guī)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(tǒng)，從設備、零件采購、應用、維修保養(yǎng)等環(huán)節(jié)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(yǎng)，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(yǎng)部位、維修原因、維修方法、維修人員等信息，并在大數(shù)據(jù)技術下，進行設備維修保養(yǎng)效果分析，優(yōu)化設備維修、保養(yǎng)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(fā)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(yǎng)護和長期管理，這樣能最大程度發(fā)揮設備性能，提升盾構作業(yè)效率和質量，促進隧道盾構施工工作的有序開展。