杭州市地铁8号线工程中盾构施工设备管理及维保技术.pdf

118建设机械技术与管理 2023.05 检验维修0 引 言在地铁工程具体施工中，盾构机是一种普遍使用的机械挖掘设备，对提高地铁工程的经济效益具有很好的作用。但在实际应用中，由于长时间使用，很容易发生内部零部件或系统失效的问题，不仅无法保证工程的效率，而且很容易发生重大的安全事故。所以，全面优化盾构机管理、维护工作对保障施工质量、施工人员的安全等大有帮助。1 盾构施工设备管理与维保的现实意义盾构施工装备是一种极其复杂的机械和电气化系统，它由机械传动、润滑、液压、通风等内部零件系统组成，只要有一个系统或小程序发生机械故障，就会对系统的工作造成影响，从而对隧道的施工质量和施工工期产生不利的影响。所以，在地下隧道的轨道施工建设中，要加强对这些设备的管理和维护，根据不同的设备种类、项目的进度制定科学的设备管理和维护保养策略，按要求制定相应的管理措施，有效增强设备性能、延长设备使用寿命，降低故障发生的可能性。在隧道盾构机设备管理中，应注意设备的使用和维修的管理，把预防、检查和维修结合起来，以防止为主，做全准备工作，科学有效地提升设备使用效率和寿命，达到预定的管理目标，实现设备的科学有效管理1。2 项目背景杭州市轨道交通八号线文桥段-桥头站段采用地下盾构法施工，其起点为右 DK2+203.771，终点为 DK5+669.920，线路长度 3.466149km。最小弯曲半径为 800m，最大深度为 36.5m，最小深度为 9.5m，最大坡度为 0.2673%。每隔600m 处设有 1 道防护门，共有 6 个。该区间的盾构具有11.3m的外径、10.3m的内径、0.5m的管片厚度和2m的圆环，并采用了一种多层错缝的组合方式进行施工。3 盾构掘进参数控制在盾构设备运行时，良好的盾构掘进参数控制可以降低设备损耗，提升推进效率，延长设备的使用年限，该项目中泥水盾构掘进主要控制如下参数。3.1 切口水压设定a 切口水压上限值为：P 上=P1+P2+P3=wh+K0(w)h+(H h)+20式中：P 上为切口水压上限值，kPa；P1 为地下水压力，kPa；P2 为静止土压力，kPa；P3 为变动土压力，一般取 20kPa；w 为水的溶重，kN/m；h 为地下水位以下的隧道埋深（算至隧道中心），m；K0 为静止土压力系数；为土的溶重，kN/m；H 为隧道埋深（算至隧道中心），m。b 切口水压下限值为：P 下=P1+P2+P3=wh+Ka(w)h+(H h)-2Cusqr(Ka)+20 P 下为切口水压下限值，kPa；P2 为主动土压力，kPa；Ka 为主动土压力系数；Cu 为土的凝聚力，kPa；sqr为算数平方根，例 sqr（4）=2。掘进时切口水压确定：盾构机掘进时的切口泥水压力应介于理论计算值上下限之间，本项目根据隧道埋深和现场杭州市地铁 8 号线工程中盾构施工设备管理及维保技术Shield Construction Equipment Management and Maintenance Technology in Hangzhou Metro Line 8 Project齐晓成（中铁十六局集团有限公司，北京 100000）摘要：地下轨道交通盾构机内包含机械、液压、电气以及其他辅助系统等，其设备系统非常庞大，复杂程度较高，技术难点多，工作周期较长。论文以杭州市轨道交通 8 号线为例，阐述了盾构施工装备管理和维保工作的实际意义，并对设备管理的具体措施、维护和保养工作重点进行了分析，以保证施工顺利进行。关键词：轨道交通；盾构机；维护保养 中图分类号：TU94+9 文献标识码：A2023.05 建设机械技术与管理 119检验维修实际地质情况等计算后得出盾构机推进、逆洗和旁路三状态切换时的切口水压偏差值均控制在：20 20kPa。3.2 掘削量的控制盾构掘进实际掘削量 VR 可由下式计算得到：VR=(Q1 Q0)t 式中：VR：实际掘削量，kN/Ring；Q1 为排泥流量，m/min；Q0 为送泥流量，m/min；t 为掘削时间，min。实际根据现场出渣量进行对比，当偏差较大时及时通过仪器对掌子面情况进行探测，及时调整设备相关参数，保证掌子面稳定。3.3 泥水指标控制（1）比 重：=1.15 1.30g/cm3；（2）漏 斗 粘 度：v=25 35sec；（3）析水率：XS5%；（4）PH 值：8 9；（5）API 失水量：30CC/30min。同步注浆：（1）注浆压力:注浆压力设定为 3 5kg/cm2，管片注浆口的实测注浆压力为24kg/cm2；（2）注浆量。理论注浆量：V=4 (11.812 11.362)2 实际的注浆量为理论建筑空隙的 150%250%，即为24.45 40.75m。4 盾构设备状态数据采集管理盾构的各参数通过工控机上 Smatic WinCC 软件进行采集并存储于数据库中，用于查看并导出数据，便于后继数据查询和分析。盾构机参数如刀盘电流、刀盘扭矩、刀盘转速、进出浆流量、进出浆密度、各温度、各泥浆压力、各组油缸、行程、各推力压力等参数（约 70 个，可变）每分钟（可变）进行一次采集，并存储于数据库中。定期调取数据比对，通过数据结合设备状况，做好参数调整。对于每环的累积量如环数、各系统油脂注入量、各组推进量、各路盾尾密封注入量、各路砂浆注入量等参数（约40 个），这些参数是在该环完成后所统计的数据，其存储于数据库中，可以按环查询并导出 excel 表格，对于报警信息，也将被存储于数据库中，可以按时间段进行查询和导出excel 表格中。定期调取数据比对，通过数据结合设备状况，做好参数调整。数据采集系统工作示意图如图 1 所示：5 盾构设备维护保养5.1 刀盘及刀具刀盘属于盾构机内核心零购件之一，所以，施工前应参照地质实际条件检查所有的刀盘、刀具是否按照设计配置。为及时掌握刀具运行状态，刀盘上安装有磨损检测装置，可对刀盘刀具、刀盘钢结构的磨损状况进行有效检测。在施工过程中实时关注检测装置状态和推进参数，磨损检测采用连续检测方式，可实时监测刀具及刀盘的磨损状况。数据发生异常或者检测发生报警及时更换刀具。此次选用泥水盾构机具备常压换刀功能，换刀人员无需进入盾构机开挖仓接触掌子面，而是通过中心通道进入刀盘辐臂的箱体结构内在刀具后侧进行刀具更换。刀盘主臂作为刚性支撑体隔绝了土仓内的水土压力，整个换刀工作处在常压下，大大降低了带压进仓和对掌子面前方土体加固后常压进仓作业风险2。图 1 盾构数据采集系统及盾构机状态信息化示意图5.2 主驱动系统5.2.1 主轴承的检查与保养事项（1）每日选派专人检查主轴承齿轮油油位，如实记录检查数据。每日检查主轴承的齿轮油温，一旦发现温度异常应立即暂停施工，找出导致油温异常的原因。检查密封油脂分配马达是否能够正常工作，正常状态下马达脉冲传感器上的发光二极管闪烁次数能够维持在 5 7 次左右。此外，在每日检查刀盘的时候，应密切关注主轴承密封油脂的溢出状况。（2）观察主轴承外圈润滑脂注入状况：确保油脂分配器能够维持正常工作，溢流阀处无油脂溢出，若溢流阀处存在油脂，意味着管路出现了堵塞，需要立即对该部位进行清理。每天组织人员在主轴承内圈密封处涂抹适量的润滑脂，从而确保主轴承能够正常工作。此外，为保证主轴承能够一直维持正常工作，应定期抽取主轴承齿轮油油样交由检测，参照最终检测结果判断是否有必要直接更换整个滤芯。5.2.2 变速箱的维护与保养密切关注变速箱油位变化，若发现油位偏低，应及时找出漏油之处，填补之后再向变速箱中掺入适量的齿轮油。检查变速箱温度能否一直维持在规定范围内，密切关注冷却水流动状况。检查变速箱温度开关，定期做好清洁工作，保证表面整洁无污垢。120建设机械技术与管理 2023.05 检验维修5.3 推进及铰接装置5.3.1 推进油缸、铰接油缸的保养仔细清理盾壳中的污泥、砂浆等物质，保持盾壳整洁，避免污泥、砂浆长时间残留在设备内，污染油缸杠杆。在检查推进油缸靴板和管片接触状况的时候，若发现存在明显偏差，应立即调节油缸定位螺栓的位置。5.3.2 铰接密封的保养保证盾壳内部整洁，定期清理干净残留在盾构表面的污泥、砂浆。密切关注铰接密封处是否出现漏气、漏浆等问题，一旦发现问题立即调整压板螺钉之间的间隙。关注铰接密封状况，每次注入点的注入量控制在 0.5 以内，若排查出存在漏水、漏浆等问题，立即采取措施弥补，以维持设备的正常工作。开始施工之前应对其表面进行清理，避免有杂物残留在铰接密封之中。5.4 盾尾密封的维护盾尾配备了 4 道密封钢丝刷、1 道钢板刷和 1 道止浆板。单腔配置 16 道油脂注入管道，在密封刷中注入密封油脂以防止盾构外面的碴土、泥水或砂浆进入盾构。（1）每次启动盾尾密封之前或在使用过程中，应对其做好润滑处理。确保密封弹性不会失效。（2）若停机时间过长，应密切关注密封件，避免其受到砂浆的影响出现固结。为有效防止这一问题出现，应在砂浆完全黏结之前，适当前移盾构机，并在设备尾部的间隙处填入油脂。详见图 2。行清理，避免出现堵塞等问题。关注送泥泵、排泥泵、中继泵工作状态，出现异响及时查找原因消除隐患，排查泵压力开关的整定值变化，若出现异常则需第一时间对其校正。5.7 同步注浆系统维护保养每次开始注浆之前都需要再次检查安设在注浆口处的压力传感器，保证该设备能够正常工作。同时，开始注浆工作之前，还需安排疏导整理所有的注浆管道，避免管道之间出现扭转、缠绕。定期安排人员检测注浆管的使用状况，一旦出现管道渗漏、磨损应停止使用、及时更换3。详见图 3。图 2 盾尾密封示意图5.5 拼装系统（1）观察抓举、平移油缸、管路等是否存在损坏、漏油等问题，一旦排查出问题必须第一时间进行处置。检查电缆、油管托架的结构，若结构不稳定或构件被磨损，应视实际情况进行清理、更换。（2）定期测试管片安装机驱动马达旋转角度编码器，若编码器角度限位出现偏移，应立即做出调整。检查抓取机构和定位螺栓，如有破裂或损坏，必须立即更换。定期检测抓取机构的抓紧压力，必要时进行调整。检查各按钮、继电器、接触器有无卡死，粘连现象。5.6 泥水循环系统定期检查管路内部是否畅通，定期对弯道、阀门处进图 3 注浆系统示意图6 结 语对盾构机进行合理的维护和管理，可以确保其工作状态，避免安全事故，最大程度延长设备的寿命，促进工程效益的提高，更好地保证地下轨道工程的施工质量，施工工期也得到了缩减。本文阐述了盾构机设备管理和维护工作的实际意义，分析了在设备管理中应采取的一些措施，并对实施过程中的一些关键问题进行了探讨，以提高设备的使用效率和使用寿命，既保证了工程的质量，又提高了工程的效益。参考文献1 廖涵.盾构设备维修保养与配件管理措施 J.工程建设与设计，2021（13）：225-227.2 张鹏展.地铁盾构施工设备管理及维保技术分析 J.设备管理与维修，2021（10）：11-13.3 祁伟栋.地铁盾构施工设备管理及维保技术分析 J.工程建设与设计，2020（5）：240-241+244.收稿日期：2023-06-13作者简介：齐晓成，高级工程师，研究方向为城市轨道交通建设。