盾構機主驅動維修與保養分析

摘　要：地鐵盾構法施工是一種在地面下暗挖建造隧道的施工方法。盾構機是盾構法施工的必要設備，而主驅動是盾構機的核心驅動部件，具有動力轉換和輸出的重要作用。主驅動的設計缺陷、維修失責、掘進操作失誤和日常的維護保養不到位均會引起主驅動不同程度的損壞，輕則停機檢查故障，重則更換主驅動。
　　“春城一號”和“春城二號”盾構機累計掘進約7km后，主驅動部分部件均損壞嚴重，返廠維修。維修采用兩種不同方案，通過理論比較，結合實際維修難度，選擇最優維修方案。
　　同時優化主驅動內部結構，消除因小部件脫落造成的內部結構嚴重受損。文章總結主驅動內部結構嚴重磨損維修經驗，借鑒施工經驗，跟進“春城號”盾構機保養的軟件和硬件，以提高施工效率，降低維修成本。
　　地鐵是國際大城市解決城市交通問題的一條出路，這一點已取得世界共識。在地鐵建設中，盾構法以安全、優質、高效、環保、勞動強度低等優點在城市地下軌道和地下管線等工程中得到廣泛應用。盾構機是盾構法施工的主要設備，盾構機的使用效率決定了盾構法施工的工期、質量、成本等。主驅動裝置是盾構機動力輸出的中心，并且支撐著刀盤。施工過程中，主驅動裝置的損壞對整個項目是巨大的損失，地下維修或更換十分困難，盾構機主驅動的日常保養是不可忽視的重要環節。
　　文章以“春城一號”和“春城二號”盾構機為例，掘進7km后，主驅動均出現了齒圈掉齒、安全軸承斷裂，小軸承損壞、密封環嚴重拉傷等故障，先后返廠維修，拆解主驅動，優化維修方案，消除設計缺陷，跟進日常維護保養，為日后“春城號”盾構機施工提供維修和保養經驗，提高掘進效率，減少維修次數。
　　1　設備概況
　　“春城一號”和“春城二號”均為土壓平衡盾構機，開挖直徑6280mm，沈陽制造。
　　“春城一號”盾構機2012年6月出廠，歷經長春地鐵一號線、二號線，2017年5月“春城一號”從長春地鐵二號線BT01標段袁家店站吊出，至此累計掘進近7km，2017年6月返回沈陽維修，2018年3月出廠后運往石家莊地鐵3號線11標施工，2018年11月因主驅動故障停機。
　　“春城二號”盾構機2012年7月出廠，歷經長春地鐵一號線、二號線，2017年10月從長春地鐵二號線BT01標段西湖站吊出，累計掘進7098.35m，2018年5月“春城二號”運往秦皇島維修，2019年4月出廠運往石家莊地鐵施工。
　　兩臺盾構機返廠維修主驅動均發現以下故障：
　　（1）主驅動大齒圈嚴重掉齒，如圖1所示；
　　（2）其中一個小軸承損壞；
　　（3）滾珠全部脫落；
　　（4）內部出現大量鐵屑；
　　（5）多處拉傷，如圖2所示。

　　2　主驅動維修
　　“春城號”盾構機主驅動裝配圖如圖3所示。

　　2.1“春城一號”主驅動維修
　　2017年6月“春城一號”盾構機在北方重工維修，維修方案如下：
　　（1）準備工作，拆管拆線，清理衛生。
　　（2）拆除主驅動電機、減速機，并使用保鮮膜包裹減速機和電機。
　　（3）拆卸安全軸，檢查安全軸。
　　（4）拆除小齒輪和小軸承，松動、拆卸雙頭螺柱M36、M64和M42。
　　（5）拆卸軸承支承座。
　　（6）拆卸主軸承和大齒圈。
　　（7）按照上述裝配圖右側方向拆卸刀盤旋轉環。
　　（8）按照上述裝配圖右側方向拆卸外密封環。
　　（9）對上述拆卸部件進行檢測、專家論證、更換和維修。
　　（10）恢復組裝。 
　　2.2“春城二號”主驅動維修
　　2018年5月“春城二號”在秦皇島天業通聯維修，維修方案如下：
　　（1）準備工作，拆管拆線，清理衛生。
　　（2）拆除主驅動電機、減速機，并使用保鮮膜包裹減速機和電機。
　　（3）拆卸安全軸，檢查安全軸。
　　（4）松動、拆卸雙頭螺柱。
　　（5）按照上述裝配圖左側拆除刀盤旋轉環。
　　（6）拆除小齒輪和小軸承，松動、拆除雙頭螺柱M36。
　　（7）按照上述裝配圖左側外密封環。
　　（8）按照上述裝配圖左側拆除主軸承和大齒圈。
　　（9）對上述拆卸部件進行檢測、專家論證、更換和維修。
　　（10）恢復組裝。
　　2.3盾構機主驅動維修方案比較
　　上述兩方案從人員、工期、成本進行比較，如表1所示。

　　表1說明：
　　（1）人工包含焊工、電工和機修工。
　　（2）方案2.1因拆除主驅動產生的額外費用。
　　①軸承支撐座與前盾把合雙頭螺柱（見圖3序號6），M64-505，BM192，B152，STUD液壓螺母（CYLINDRICALNUT M64）及墊圈（WASHER HR M64），如圖4所示。
　　現場拆除中，拉拔器達到100MPa時，螺柱明顯拉長，但液壓螺母無法松動，噴射專用螺栓松動劑且多次拉長仍無法松動，破壞拆解。
　　②螺旋機套筒切割、焊接如圖5所示。依照方案2.1拆除方法，螺旋機套筒影響軸承支承座的整體拆卸，必須拆除。
　　③雙頭螺柱M42（見圖3序號9）。結合施工經驗，該螺栓拆除后更換新螺栓。
　　費用計算：①每根1700元，40根，共68000元；②2000元；③每根700元，42根，共29400元，總計9.94萬元。
　　方案2.2因拆除主驅動產生的額外費用：雙頭螺柱M42（見圖3序號9）。
　　費用計算：每根700元，共42根，合計2.94萬元。
　　結論：通過兩拆除方案的人員、工期、成本比較，方案2.2均優于方案2.1。“春城一號”和“春城二號”盾構機主驅動的維修應優先選擇“春城二號”盾構機維修方案，用時短、用工少、成本低而且不損壞結構本身。

　　2.4主驅動改進措施
　　主驅動拆解后，刀盤旋轉環出現多處咬傷、拉傷、磨損。與專業人員研究分析認為，小齒輪小軸承固定結構有缺陷所致，“春城二號”盾構機對此進行改進。
　　改進措施：小齒輪小軸承端原有固定結構保留，在其基礎上，增加端蓋設計，如圖6所示。

　　改進后可以穩定小軸承的同時避免滾珠等鐵屑調入主驅動腔，從而減少對刀盤旋轉環和大齒的損壞。
　　3　主驅動維護保養
　　3.1齒輪潤滑油保養
　　維修工每班觀察潤滑油液位2～3次，記錄液位，做好交接班記錄，發現報警或液位下降立即停機檢查，消除故障方可啟動。為了提高過濾器的效率和質量，“春城二號”在普通過濾器的基礎上增裝了磁性過濾器，效果良好。
　　3.2密封油脂保養
　　操作手勤觀察密封油脂流量和壓力，不影響推進參數情況下，土倉壓力盡量降低。油脂流量和壓力不達標切忌屏蔽報警信號，防止倉內雜物進入主驅動。密封油控制程序如圖7所示，程序設置每60s，黃油計數器累計36次，禁止為了保證掘進速度而降低計數器次數。
　　3.3定期復緊減速機把合螺栓
　　“春城號”盾構機減速機把合采用雙頭螺柱把合，未設防松措施。在盾構機掘進過程中，每周復緊一次螺柱，可以減少對主驅動的機械擾動。
　　3.4多聽多摸
　　維修工常規保養結束后，要做到多“聽”多“摸”，聽主驅動聲音是否有異響，有無機械撞擊和高強度摩擦聲。摸減速機和電機溫度是否正常，摸主驅動傳動有無震動跡象等。如有上述現象，停機檢查，排查故障。

　　4　結束語
　　綜上所述，盾構機主驅動的關鍵性不言而喻，在實際維修中選擇最優方案，能夠降低成本，減少工期，保證維修質量，改進設計缺陷，提高盾構機工作效率。日常維護保養同樣關鍵，應嚴格按照維護保養要求和標準執行，不可忽視每一細節，密封油脂擋外，潤滑油安內，同時做好才能讓主驅動受到更少沖擊和擾動，提高使用壽命。