盾构机的维护保养及常见故障

盾构机的维护保养及故障率控制盾构是一种集机械、电气、液压、测量和控制等多学科技术于一体、专用于地下隧道工程开挖的重大工程装备。它具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全性高、对地表沉降和环境影响小等优点,与传统的钻爆法隧道施工相比更具有明显的优势, 尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时,只能依赖盾构。由于其机械化、自动化程度高，科技含量高，也相对提高了设备管理的难度。 盾构机管理和维护保养采用日常保养、每周保养和强制保养相结合的方式。除了在盾构机工作中进行“日检”和“周检”保养外，每两周停机812 h进行强制性集中维修保养。在强制保养日，由机电工程师组织专业技术人员对其进行全面的保养和维护。设备进行认真细致的维修、保养，可防止设备零部件非正常磨损与损坏，减缓磨损程度，延长修理间隔期，减少维修费用。目前，在施工单位主要存在两种形式的维修浪费：一是设备的失修。由于设备检查的漏项，预测不准确或经费不足，对设备不重视，造成的设备失修现象，使本来较好的设备、较完善的功能由于某一零件或部件的失修而造成其他零件与功能的连锁性急速损坏，设备性能状况恶化。二是过剩维修。这是由于对设备进行过多的维修，以及过分追求设备性能的完好，如要求修旧如新等，造成的维修浪费。只要正确操作并谨慎维护，盾构机就能够达到如下要求：(1)通过正确操作和维护、使用适宜的润滑剂进行充分润滑、密切注意设备的运行状态，就可以防止功能不正常；(2)维护工作必须严谨实施，确保盾构机能够安全可靠地运行，减少故障和停机次数。1盾构机机械部分的维护保养：机械保养必须贯彻“养修并重，预防为主”的原则，严格强调以保为主，以保代修，并严格执行保养、清洁、坚固、调整、润滑、防腐“十字作业法”。保养可分为例行保养和定期保养。例行保养在机械每班作业前后及运转中进行。定期保养，除一级保养由操作人员进行外，二、三级保养以保修人员为主，操作人员配合共同进行，包括以下几种情况：（1）一级保养：主要在于维护机械完好的技术状况，确保正常运转；（2）二级保养：以检查调整为中心，从外部检查设备的工作情况，进行调整排除故障；（3）三级保养：对主要部位进行解体检查或用仪器检测，及时消除隐患。 设备修理是修复由于正常或不正常的原因而造成的设备损坏和精度劣化。通过修理更换已经磨损、老化和腐蚀的零部件，使设备性能得到恢复，其实质是对设备有形磨损进行补偿，其目的是及时恢复机械设备的技术状况，延长使用寿命。盾构机内的机械设备包括各种吊机行车，管片拼装机、喂片机、各种液压泵、电机等，对于它们的维护保养工作也有所不同，由于在长江隧道工程的施工中我们已经做了很详细的维护保养的手册，这里只是简单的介绍一下盾构机主要机械部件的维保内容。各种吊机行车的机械维护保养：检查其刹车和限位开关的功能；检查其钢丝绳是否有损伤，是否有断丝和扭曲；并每天对其所有需要润滑的点进行润滑。观片拼装机的机械维护保养：通过润滑脂油嘴润滑枢轴承、小齿轮、转向轮、摇动轴承、横梁左/右、横梁滑板、安装器的转接；真空箱放水；检查液压马达齿轮箱油位是否需要补充。各种电机和液压泵的机械维护保养：检查是否有异常噪音；检查液压泵是否有泄漏；检查轴承温度和密封；清洁所有液压泵及电机。喂片机的机械保养内容：检查提升轮子的运转情况；检查所有提升轮子的轴是否有油脂打入；检查导向滑块有没有磨损；检查提升钢架有无破损，焊接处有无裂缝；检查液压牵引油缸和基座是否正常；液压牵引油缸铰接和基座打润滑油脂；检查牵引链条的紧固和磨损情况。2盾构机液压系统的维护保养：据统计，盾构机液压系统故障中70以上的故障是由于油液污染而造成，其中75以上是固体颗粒的污染，液压油污染严重时，会导致液压元件磨损加剧出现故障，使液压系统工作性能变坏。因此深入研究盾构机液压系统的污染原因，并针对新盾构掘进施工以及维保等各个环节，采取必要的污染控制方法，减少液压污染造成的故障停机时间，提高盾构设备完好率，显得异常重要。盾构机液压油污染的原因及危害主要有以下几点：（1） 液压油氧化变质：盾构机在工作时，液压系统由于各种压力损失产生大量的热量，使系统液压油温度上升，系统温度过高时液压油容易氧化，氧化后会生成有机酸，有机酸会腐蚀金属元件，还会生成不溶于油的胶状沉淀物，使液压油的粘度增大，抗磨性能变差。（2） 液压油中混入水分和空气：液压油新油有吸水性，含有微量水分；液压系统停止工作时系统温度降低，空气中的水气凝结成水分子混入油中。液压油中混入水分后，将降低液压油的粘度，并促使液压油氧化变质，还会形成水气泡，使液压油的润滑性能变差还会产生气蚀。液压油能溶解部分空气，有时还会吸入气泡。空气混入液压油中可加快液压油氧化变质，还会引起噪声、气蚀、振动等。（3） 液压油中混入颗粒污物：液压系统及元件在加工、装配、储运中将污物混入系统中；使用中漏气或漏水后形成不溶物；使用中金属零部件磨损后产生的磨屑；空气中灰尘的混入等，这些都易形成液压油中的颗粒污物。液压油中混入颗粒污物，容易形成磨料磨损，降低液压油的润滑性能，冷却性能。固体颗粒污染的原因有以下几种：液压系统本身原有残留杂质，如制造装配过程中产生的，又未得到彻底清除；新油中含有杂质，因为油液流经的油管和储存油液的油桶含有杂质；隧道下作业环境恶劣，各种飞扬的物质颗粒浸入液压系统；液压系统维护时拆装元件和管路等过程中造成污染物的侵入，或加油、换油时使用了不洁的过滤容器带进的污染物等；来自机械摩擦、变形和化学反应等方面的污染。为保证盾构机的正常掘进，就必须保证液压系统正常可靠的工作，要保证液压系统正常可靠的工作，必须对液压系统进行维护保养工作，其工作主要包括：（1） 定时检查盾构机设备的油温，液压油工作温度过高对液压系统的工作元件不利，同时会使液压油加速氧化。一般盾构液压系统的工作温度最好控制在65以下，盾构机液压系统工作温度以控制在80以下。控制液压油的工作温度主要是对液压系统的冷却器性能的控制，整个液压系统液压油油量的合理控制，液压系统元器件负荷及转速的控制。（2） 油箱要合理密封并装设高效能的空气滤清器以防止尘土、水分的进入；注入新油必须经过有效的过滤，系统的回油也应进行有效的过滤；管路接头等连接处密封严密，防止尘土、水分和空气进入液压系统；活动件（如液压缸活塞杆端）必须装有防尘密封装置。（3） 定时对滤油器进行检查和净化。液压系统油液的污染度随着外界污染颗粒侵入率和系统内各种磨损颗粒数的增加而增大，随着过滤比的增大而减小，因此合理选择过滤比可有效地降低系统的污染度。固体颗粒是工程机械液压系统污染的主要来源，通过合理选择滤油器的过滤比是控制系统污染的主要措施。（4） 定期更换液压油，更换液压油时必须将旧液压油放净，整个液压系统必须先清洁后，再注入新的液压油。3盾构机气动系统维护保养大直径气垫式泥水平衡盾构机, 通过Samson气动控制系统控制和调节开挖仓的液面高度和压力平衡. Samson气动控制系统是通过“气控气”实现控制的,而“气控气”能够安全有效地进行控制和调节.特别是在盾构机突然断电的情况下, “气控气”系统不会受到影响,而安全有效地完成任务.双套系统并联更为安全施工增加了保障.为了保证气动设备长期可靠地工作,所以要特别注重其维护保养工作.31气动系统的使用要求在气动系统使用中,要按需求向气动系统提供清洁干燥的压缩空气;保证油雾润滑元件得到必要的润滑;保证气动原件和系统在规定的工作条件(如压力、流量、电压等)下运行,保证气动系统的密封性;保证执行器按预定的要求工作等等.32气动系统的维护保养维护保养工作的原则是:了解气动元件的结构、原理、性能、特征及使用方法及注意事项;检查气动原件的使用条件是否恰当;掌握元件的寿命及其使用条件;事先了解故障的易发生的场所及预防措施;准备好管理手册,定期进行检查,预防事故发生;保证设备有迅速修理所需质良、价廉的备件等.日常维护工作的主要任务是冷凝水排放、检查润滑油和空压机系统的管理.冷凝水排放涉及整个气动系统,从空压机、储气罐、管道系统及空气过滤器、干燥机和自动排水器等.在停机时,应将各处冷却水排放掉.注意查看自动排水器是否工作正常,分水过滤器的水杯内不应存水过量.在气动装置运行时,应检查油雾器的滴油量是否符合要求,油色是否正常,即油中不应混入灰尘和水分等,确保油品的纯净度.空压机系统的日常管理工作是:是否向冷却器供给冷却水;空压机有否异常声音和异常发热;润滑油位是否正常.每周维护的主要内容是漏气检查和油雾器管理.泄露的原因见下表.严重泄露处必须立即处理,如软管破裂、连接处严重松动等.其它泄露应做好记录.泄 漏 部 位泄 漏 原 因管子连接部位连接部位松动管接头连接部位接头松动软 管软管破裂或拉脱空气过滤器的排水阀灰尘嵌入空气过滤器的水杯水杯龟裂减压阀阀体紧固螺钉松动油雾器器体密封垫不良油雾器油杯油杯龟裂减压阀的溢流孔灰尘嵌入溢流阀座,阀杆动作不良,膜片破裂.油雾器调节针阀针阀阀座损伤,针阀未紧固换向阀阀体密封不良,螺钉松动,压铸件不合格换向阀排气孔密封不良,弹簧折断或损伤,灰尘嵌入,气压不足安全阀出口侧压力调整不符合要求,弹簧折断,灰尘嵌入,密封圈损坏气 缸 本 体密封圈磨损,螺钉松动,活塞杆损伤每月或每季度的维护工作应比每日每周的工作更仔细,但仍只限于外部能检查的范围.其主要内容是检查各处泄漏情况,紧固松动的螺钉和管接头,检查换向阀排出气体的质量,检查各调节部分的灵活,检查各指示仪表的正确性,检查电磁换向阀切换动作的可靠性.具体维护内容见下表.元 件维 护 内 容自动排水器能否自动排水,手动操作装置能否正常工作过滤器过滤器两侧压差是否超过允许压降减压阀旋转手柄,压力可否调节.当系统压力为零时,观察压力表的指针是否回零换向阀的排气孔检查油雾喷出量,检查有无冷却水排出,检查有无漏气电磁阀检查线圈的温升,检查切换动作是否正常空压机入口网眼有否堵塞压力表观察各处压力表是否在规定范围内安全阀使压力高于设定压力,观察安全阀能否溢流其中检查换向阀排出空气的质量是应注意如下几个方面:一是了解排气阀中所含润滑油量是否适度,其方法是将一张清洁的白纸放在换向阀的排气口附近,阀在工作三至四个循环后,若白纸上有很轻的斑点,表明润滑良好;二是了解排气中是否含有冷凝水;三是了解不该排气的排气口是否有漏气.少量漏气预示着元件的早期损伤.若润滑不良,应考虑油雾器的安装位置是否恰当,滴油量调节是否合理,管理方法是否符合要求.如有冷却水排出,应考虑过滤器的位置是否合适,各类除水元件设计和选用是否合理,冷却水管理是否符合要求.泄漏的主要原因是阀内或马达内的密封不良、复位弹簧生锈或折断、气压不足等所致.像安全阀、紧急开关法阀等,平时很少使用,定期检查时必须确认它们的动作可靠性.检查时,让电磁换向阀反复切换,从切换声音可以判断阀的工作是否正常.4过滤器的更换4.1过滤器更换说明如果控制面板上的故障指示灯变亮，或者经过长期停机闲置之后，则必须更换过滤器的滤芯。4.1.2过滤器更换的安全说明：1.在更换过滤器前，必须停止系统工作并卸压！2.如果没有卸压而打开系统，则过滤器爆发性排空可导致设备损坏或人身伤害，高温油液可造成烧伤或灼伤；3.损坏的零件必须予以更换；4.不得使用管钳或锤子来紧固过滤器接头。4.2各种过滤器滤芯的更换步骤回流过滤器的滤芯更换步骤：1. 关停设备并卸压；2. 卸下过滤器盖（3）的固定螺钉，然后将其提起；3. 上提带滤芯（2）的过滤器壳体（5），将其卸下；4. 前后轻微晃动，从过滤器壳体（5）中取出滤芯（2）,检查滤芯表面是否有肉眼可见的杂质，（出现可见微粒可以看作是设备部件即将出现故障的一个警告信号）；5. 清洗过滤器壳体（5）；6. 检查过滤器头（1）和过滤器盖（3）是否有损坏,损坏的零部件必须予以更换；7. 确保O形圈（4）和过滤器盖（3）无损坏。涂稍许清洁的液压油；8. 将滤芯（2）插入过滤器壳体（5）并安装好,将过滤器盖（3）按原位装好并用螺钉紧固；9. 给液压系统加压，然后检查过滤器是否有泄漏。分流过滤器的滤芯更换步骤：1. 关停设备并卸压；2. 将通气螺钉（5）拧松1 圈排气；3. 卸开排放螺钉（6），并排出约1.5升油液至适当的容器中（不得将排出的液压油重新注入油箱）；4. 用手逆时针拧松并取出贯头螺钉，打开盖（1）；5. 卸下滤芯（3），并检查滤芯表面是否有肉眼可见的杂质,（出现可见微粒可以看作是设备部件即将出现故障的一个警告信号）；6. 检查过滤器盖（1）和旁路阀是否有损坏，损坏的零部件必须予以更换确保无污物进入中间芯轴孔；7. 在滤芯O形圈（4）上稍微涂些清洁的液压油，然后将滤芯（3）直接推到过滤器壳体（2）的中间芯轴上；8. 在盖（1）的螺纹上涂稍许清洁的液压油，然后用手拧紧。9. 重新检查所有拧开的螺钉是否已拧紧；10. 给液压系统加压，然后检查过滤器是否有泄漏。压力过滤器的滤芯更换步骤步骤：1. 关停设备并卸压。2. 松开过滤器壳体（2）的固定螺钉，并用容器收集流出的液压油（不得将收集的液压油重新注入油箱）。3. 卸下滤芯（3），检查滤芯表面是否有肉眼可见的杂质。（出现可见微粒可以看作是设备部件即将出现故障的一个警告信号）。4. 检查过滤器盖（1）和旁路阀是否有损坏。损坏的零部件必须予以更换5. 检查过滤器盖（1）的O形圈（5）和承环（6）是否损坏。必要时，予以更换。6. 在滤芯O形圈（4）上稍微涂些清洁的液压油，然后将滤芯（3）的开口侧直接推到过滤器盖（1）的接嘴上。7. 同样，在过滤器壳体（2）的螺纹上也涂稍许清洁的液压油，然后用手拧紧，然后拧入过滤器盖（1）中，直至限位。8. 给液压系统加压，然后检查过滤器是否有泄漏。5盾构机的电气维护保养泥水盾构机以电力为动力源，通过PLC，控制按钮，计算机，变频器，气动，液压来实现隧道掘进中各个环节的自动化。盾构施工中包括推进，注浆，导向，泥水循环，箱涵和管片的运送，管片拼装等环节，这些过程都是通过传感器检测与监控，用PLC，计算机与一些主控按钮来实现人机对话的，这也体现了盾构施工的高自动化。盾构机的电气维护保养相对于机械和液压来说，工作量相对较小，但是一旦出了问题，维修查故障的难度却是最高的，所以一定不能轻视对其电气系统的维护保养工作。电气系统的日常保养工作主要包括：检查控制柜的冷却系统工作情况；关闭所有电柜门；检查流量计工作情况；检查各种阀组电气连接情况；检查容易损坏，容易进水地方的传感器保护是否做好；检查各控制面板、充电器、遥控器工作情况等。个人认为，电气系统的维护保养工作从装机时就要重视，各种传感器的摆放位置尽量放在人不容易踩踏，工具不容易碰到的位置，也尽量不要放在施工环境恶劣的地方；各种电机，电箱，控制柜的进线口包括各种中间插头一定要做好防水处理，只有这样，在以后的施工中可以避免很多不必要的问题出现。6大型泥水盾构故障率的控制南京长江隧道左线盾构机于2008年5月8日始发掘进。2008年7月13日，对始发后10周内盾构停机时间进行数据调查统计，根据施工中出现的问题，经行了归纳总结。（1）第一次统计结果、分析及对策对南京长江隧道左线盾构机从5月8日至7月13日，故障停机情况进行了数据统计，调查数据如表一所示：表一：第一次故障率统计调查表序号引起故障原因停机时间（MIN）百分比(%)累计百分比(%)1设备不适应工况1192063.2463.242操作不当320016.9780.213设备保养不当307016.2996.504设备运行环境差6603.5100合 计W=18850设备故障率=W/ N =18850/66240100%=28.46%（N盾构机总工作时间）表一表明，造成盾构机停机故障的主要原因为设备不能适应施工现场工况要求，设备操作不当和设备保养质量不过关。针对这三个问题，找出实际工作中影响故障率的原因，通过分析，主要原因如下表二：表二：存在问题及原因分析序号存在问题原因分析1思想存在麻痹现场机修人员在保养过程中没有充分意识到预防性保养工作的重要性,保养不够到位,但属个别现象2现场检查控制不严格现场质量监控制度虽建立但未具体化，没有签订责任状，遇事人人相互推诿，分不清责任人，致使现场控制不严格；3专业技术不精盾构机上设备种类繁多,大部分为特种设备,对设备维护专业知识掌握不够全面,实践能力不强,维护质量无法很好的保证.4设备选型不够合理盾构机推进系统液压阀组对油品清洁度要求过高,处理困难,经常造成长时间停机;空压机、排污系统等设备均不适合施工现场环境。5盾构组装质量不高盾构机处于磨合期，部分系统组装不完全，偶尔造成运行时不能实现一些非常用功能。6维护专用工具缺乏部分大型设备出现故障时缺少拆装专用工具，需要现购，延长了设备停机维修时间。7常用工具使用混乱维护常用工具不能达到人手一套，机修工经常互借工具，导致设备发生故障后必须先收集工具然后才能进行操作。8备件种类庞大,数量不足超大型盾构机配件种类庞大，价格十分昂贵，无法做到每种配件都进行储备，且大部分配件为进口产品，国外采购时间周期长。9配件国产化困难部分设备损坏后，尝试使用国产部件代替但质量仍无法保证。根据以上对要因的分析，并制定了相应的对策，如下表三：表三：对策及采取措施序号要因对策目标采取措施1现场检查控制不严格完善制度，划归责任区，制定奖惩措施制度完善，责权明确1. 对盾构维护划分工区，每个工区均建立严格的自检程序并形成制度；2.由主管副经理负责与各工区技术人员签订责任状，责任明确到人。2专业技术不精与制造商联系，定期对维护工作进行指导，现有人员加强锻炼和培训一线人员经验丰富，专业技能高超，动手能力强1.要求盾构制造商专业技术人员定期现场进行设备维护培训；2.定期技术交流，组织培训学习；3.建立师带徒的制度；4.邀请盾构专家为设备维护把关；5.制定激励制度，鼓励肯钻研、善学习的青工和大学生。3设备选型不够合理要求制造商改进；根据实际情况对设备改造使设备更好的适应工况，降低故障率，提高机械化施工能力，降低工人劳动强度 1.对排污系统彻底改造，污水及泥浆能够及时排出隧道，不会在盾构机盾体内部聚积；2.空压机系统加强防护，避免因水流入而损坏；3.对推进系统控制阀组进行更改，减少阀组堵塞情况；4.对其它设备的改造，以提高机械化施工程度。4备件种类庞大,数量不足重点进口设备配件提前储备，建立国内代理商联系网络重点易损配件损坏即有新件更换，小型配短时内供应1.关键大型设备配件结合实际消耗统计情况，定期国外批量采购，保证配件充足；2.通用配件定期批量采购，做到库存充足；3.小型进口配件，建立国内代理商联系网络，一旦需要短期内到货。（2）、第二次统计结果、分析及对策在接下来的南京长江隧道盾构机维护工作中，认真落实各项对策，并对各环节进行了检查，8月31日对采取措施后的效果进行了检测，现将检查记录列表四如下：表四：第二次统计结果序号引起故障原因停机时间（MIN）百分比(%)累计百分比(%)1设备保养不当230044.4444.442设备不适应工况114522.1366.573操作不当87016.8183.384设备运行环境差86016.62100合 计W=5175设备故障率=W/ N =5175/66240100%=7.81%（N盾构机总工作时间）由表四可以看出，盾构机故障率高的问题已基本得到解决，故障率由28.46%上降至7.81%，但随着盾构机的不断掘进，各种不可预测突发情况的出现，盾构机出现故障的几率仍比较大，因此，还需要认真制定措施，把盾构机的故障率控制的更低。从表四可看出，盾构机故障率的主要因素为设备保养不当。经过认真讨论得出因果关系，造成盾构机故障率高停机时间长的因素有多种，但仔细分析后要因主要有3个，详细见表五：表五：主要原因及对策序号主要原因对策1专业技术不精现场技术人员对设备维护专业知识掌握仍达不到预期要求,设备修复后比原装寿命略短。2对系统工作原理不够清楚对系统工作原理不清楚，设备发生故障后排查故障时间过长。3工具数量不足部分设备出现故障时缺少拆装专用工具，需要现购，延长了设备停机维修时间。4工具使用混乱维护常用工具不能达到人手一套，机修工经常互借工具，导致设备发生故障后必须先收集工具然后才能进行操作。5备件采购周期长国内配件代理商经常无库存，采购时间较长。6备件消耗量预测 不够准确经验不足，小部分配件无法很好的预测哪些备件消耗量大需，要多储备。根据以上对要因的分析，并制定了相应的对策，如下表六：表六：主要原因及对策序号要因对策目标采取措施1对系统工作原理不够清楚与制造商联系，对盾构机各系统工作原理进行详细讲解一线人员通过查阅图纸能够快速查找故障部位1.要求盾构机制造商详细讲解盾构机所有系统图纸；2.定期技术交流，组织培训学习；3.提倡员工多学习多交流；2工具使用混乱每个班组配备一套完整的工具，定期检查，丢失负责人赔偿工具不丢失，不乱借，工具能够满足使用需要1.分班组配发工具，丢失的工具负责班组赔偿；2.每班交接班前上报工具损坏情况，“以旧换新”，立即补充；3备件采购周期长健全备件国内供应商联系网络扩大库存，每种设备多家供应商供货1.扩大备件库存量；2.每种配件联系多家供货商，根据供货时间情况择优选择；（3）第三次统计结果在续掘进中，加强管理控制，认真落实对策，取得了较好的效果。2008年9月31日，对盾构机停机故障进行了数据统计，现将统计结果列表七如下：表七：第三次统计结果序号引起故障原因停机时间（MIN）百分比(%)累计百分比(%)1设备保养不当97044.4444.442设备不适应工况49522.1366.573操作不当42016.8183.384设备运行环境差52516.62100合 计W=2410设备故障率=W/ N =2410/44640100%=5.40%（N盾构机总工作时间）（4）巩固措施：（一）、盾构机故障的发生有一定不可预见性，做到分工明确，专人负责。（二）、加强各项检查、试验工作，作好记录和数据统计，继续定期组织分析，对发现的问题，争取在最短的时间内得以解决。（三）、多与设备制造商沟通，不断提高设备维护的专业性。