盾构机再制造全生命周期环节质量管控

盾构机再制造全生命周期环节质量管控

薛超

中铁隧道股份有限公司新乡盾构技术服务分公司  河南省新乡市  453000

摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对盾构机的应用也越来越广泛。本文首先分析盾构机冷却系统的基本原理，其次探讨盾构机评估，最后就盾构机适应性再制造关键技术进行研究，对推动我国盾构机再制造产业发展有较大的借鉴意义。

关键词：盾构机；再制造；修复；拆解；检测

引言

盾构隧道在施工过程中，经常面对复杂多变的地质条件，尤其在软弱的淤泥质地层中难免会遇到各类施工问题，特别是越江盾构隧道的施工，风险极大。虽然可以对工程地质风险提前做好辨识、评估和防控，但在淤泥质地层及类似的软弱地层中进行盾构施工，姿态控制仍然极为困难，难免会出现盾构机旋转问题。当发生盾构机旋转时，在遵循“勤纠缓纠”的原则下，通常采用正反转刀盘、调整施工参数、增加不平衡配重、机械锁定等常规措施纠回。

1盾构机冷却系统的基本原理

传统盾构机上安装有刀盘电机、主驱动内外周密封夹套等内循环冷却设备。它的外循环冷却系统主要由冷却器与车站中的蓄水池构成。油箱冷却循环液压系统为其他液压系统提供载体。在油箱一侧设置板式冷却器，由循环冷却水带走油箱产生的热量。盾构机内、外循环冷却系统间的热量传输由热交换器实现，即当盾构机左右线推进时，利用安装于盾构机台车的过滤装置过滤从蓄水池中抽取的水，并通过热交换器带走内循环系统产生的热量，降低盾构机油温。正常情况下，冷却水池的出水温度为25℃。但是，当环境气温过高尤其是炎热的夏季时，在冷却水输往盾构机的过程中，因管路较长且暴露在外部环境中，导致外循环水泵降温效果差，机内主驱动部分、液压系统产生热量较多，液压系统温度升高，无法满足长距离盾构隧道中盾构机快速降温的需求。受高速水枪驱动的翻腾叶片。研究表明，影响热传递速率的因素包含传热表面积和流动速度。当增大水与空气的接触表面积或接触速度时，水体散热速率越大，在相同时间内的降温效果越佳。因此，箱体内设置一处受高速水枪驱动的翻腾叶片，通过叶片的转动增大水体与空气的接触面积和流动速度，达到快速散热的目的。转轴底端和移动箱体的底面由转轴连接，且转轴上方固定连接多个抵触板，下方连接的翻腾叶片上开设有多个溢流孔。开设溢流孔是为了减小叶片转动翻腾时搅拌水体所受阻力，旨在增大水枪所射出的水压基础上提升翻腾叶片的转动速度和水流搅拌翻腾能力，加速水体冷却，同时防止因翻腾叶片所受阻力过大而导致转轴折断而影响施工进程。

2盾构机评估

盾构机再制造前对盾构机的机况进行了评估与分析，盾构机的机况评估主要从整机性能分析、主机结构、主驱动系统、液压、流体系统、电气系统、辅助系统等方面进行。经机况评估认为，该盾构机具有再制造的可行性，其中某些设备评估后残值过低，不具备再制造条件，则直接报废。盾构机主要部件故障有：刀盘刀具磨损，刀盘减速机损坏；推进油缸漏油，活塞杆有锈蚀；螺旋输送机叶片磨损，耐磨层补焊，拼装机马达齿轮磨损；主驱动轴承磨损；清理、更换损坏电气元件；泡沫系统多个流量计进水，调节阀开度不正常，单向阀失灵，补水阀因循环水压导致流量不稳定；高压齿轮油泵压力偏低，低压齿轮油泵噪声振动较大；油脂泵维修开关偶尔误动作（有漏电短路）。盾构机的使用寿命主要取决于盾构机刀盘、主驱动轴承、推进油缸和螺旋输送机叶片等核心部件。泵、阀油管等部件，在施工过程中可进行更换或维修。为此，盾构机再制造过程主要针对核心部件的修复。

3全生命周期管理

盾构机施工工况环境复杂，盾构机故障率和故障恢复时间有很高要求，如何掌握盾构机在从工程需求、设备功能选型、设计、制造、安装、调试、运行、施工使用、拆卸、维护保养、翻新改造、失效和改进等全生命周期中的关键信息，从而科学地管理盾构机的备品备件，对降低盾构机故障率，缩短隧道施工的建设周期，减少工程风险具有很高的使用价值。如何加强这么多环节管控，每个环节对盾构机进行检查、记录、适应性控制，精细化管理，密切跟踪设备动态，提前介入设备性能评估并做好筹划准备，结合工程实际案例进行了验证、预测和分析，完善更具科学性的管理模式。盾构机全生命周期管理包括设计、制造、安装调试拆卸、使用、维修保养再制造等多个环节管控，其中基于废旧全断面隧道掘进机资源循环利用的制造模式，应用新材料、新工艺、新技术对废旧全断面隧道掘进机进行修复和改造,使其功能、性能、环保、经济及安全特性不低于原型新机的一系列技术措施称为全断面隧道掘进机再制造。盾构的全生命周期分析是包括了从工厂到工地的管理，包括从原料加工到使用后维修保养再制造的全生命周期过程。

4修复技术在盾构机再制造工程中的应用

（1）刀盘。经检查，刀盘整体切削能力弱，刀具和刀盘面板磨损、泡沫系统出口堵塞，切口环部位磨损严重，与刀盘周圈之间间隙过大。刀盘及刀具的再制造过程中从以下5点进行改造。①优化刀具布局，并采用纳米电刷镀技术对刀具进行处理，增加其耐磨、耐高温性能。②种刀，在原刀盘面板上增加边刮刀、切刀等，增加刀盘切削性能。③加焊刀具保护块，面板及周边加焊耐磨材料。④在切口环部位接焊耐磨材料，保证与刀盘刀圈间合理间隙。⑤面板采用敷设耐磨板和耐磨网格堆焊修复处理。再制造后，刀盘切削能力明显增强，面板的耐磨系数提高30%。（2）主驱动。经检查，主驱动的主轴承滚子和滚道存在几十处气蚀，套筒外侧被密封磨出沟槽，严重影响了主轴承的密封性能。大齿圈部分齿面裂纹。通过纳米复合电刷镀技术和冷焊技术对其进行修复，再制造后主轴承端面跳动检测为2丝，径向跳动为1丝，整体评级为P6级，优于合格水平（P5级为合格）。（3）螺旋输送机。经检测，螺旋输送机的螺旋筒耐磨层磨损严重；螺旋叶片存在磨损、断裂的现象；通过采用堆焊修复技术，对螺旋筒耐磨层和螺旋叶片进行修复。修复后增加了螺旋输送机叶片和螺旋筒耐磨层的耐磨性，加强了螺旋输送机叶片整体刚度与强度，保证施工效率。（4）液压油缸。经检测，盾构机推进油缸活塞杆、缸体划痕、气孔、气蚀比例较高。通过纳米复合电刷镀修复技术和冷焊修复技术，对活塞杆表面的划痕、气孔等进行修补，再制造后的油缸经试压，全部合格。（5）其他部件。经过无损检测盾构机主要部件盾体、管片拼装机等都存在着磨损，局部有裂缝，存在安全隐患的风险。通过再制造成形修复技术对其进行了修复，再制造后各部件的性能都得到了较大的提升。（6）控制系统和电气系统。经检测，盾构机原配控制系统和电气系统已经过时，且有很大的局限性；操作不方便且整个系统故障率较高，因此在再制造过程中采用系统升级优化的方式对其进行更换。

结语

作为一种新理念和新举措在盾构掘进装备制造各个环节中进行监测控制、统筹管理，可以进一步提升高端制造技术管理水平和产业发展质量。全生命周期管理是产品从出厂到使用到维修保养再制造全过程中的一种系统的、全过程的管理。充分延长盾构使用寿命，保证盾构使用后的质量及性能提供了参考及借鉴价值，对推动高端隧道掘进装备制造的发展和切实提高盾构设备的利用率有着重要的参考价值和指导意义。

参考文献

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[2]周文波,吴慧明.大直径盾构法技术[M].北京:人民交通出版社股份有限公司,2020.

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