盾构机主驱动维修与保养分析

摘　要：地铁盾构法施工是一种在地面下暗挖建造隧道的施工方法。盾构机是盾构法施工的必要设备，而主驱动是盾构机的核心驱动部件，具有动力转换和输出的重要作用。主驱动的设计缺陷、维修失责、掘进操作失误和日常的维护保养不到位均会引起主驱动不同程度的损坏，轻则停机检查故障，重则更换主驱动。
　　“春城一号”和“春城二号”盾构机累计掘进约7km后，主驱动部分部件均损坏严重，返厂维修。维修采用两种不同方案，通过理论比较，结合实际维修难度，选择最优维修方案。
　　同时优化主驱动内部结构，消除因小部件脱落造成的内部结构严重受损。文章总结主驱动内部结构严重磨损维修经验，借鉴施工经验，跟进“春城号”盾构机保养的软件和硬件，以提高施工效率，降低维修成本。
　　地铁是国际大城市解决城市交通问题的一条出路，这一点已取得世界共识。在地铁建设中，盾构法以安全、优质、高效、环保、劳动强度低等优点在城市地下轨道和地下管线等工程中得到广泛应用。盾构机是盾构法施工的主要设备，盾构机的使用效率决定了盾构法施工的工期、质量、成本等。主驱动装置是盾构机动力输出的中心，并且支撑着刀盘。施工过程中，主驱动装置的损坏对整个项目是巨大的损失，地下维修或更换十分困难，盾构机主驱动的日常保养是不可忽视的重要环节。
　　文章以“春城一号”和“春城二号”盾构机为例，掘进7km后，主驱动均出现了齿圈掉齿、安全轴承断裂，小轴承损坏、密封环严重拉伤等故障，先后返厂维修，拆解主驱动，优化维修方案，消除设计缺陷，跟进日常维护保养，为日后“春城号”盾构机施工提供维修和保养经验，提高掘进效率，减少维修次数。
　　1　设备概况
　　“春城一号”和“春城二号”均为土压平衡盾构机，开挖直径6280mm，沈阳制造。
　　“春城一号”盾构机2012年6月出厂，历经长春地铁一号线、二号线，2017年5月“春城一号”从长春地铁二号线BT01标段袁家店站吊出，至此累计掘进近7km，2017年6月返回沈阳维修，2018年3月出厂后运往石家庄地铁3号线11标施工，2018年11月因主驱动故障停机。
　　“春城二号”盾构机2012年7月出厂，历经长春地铁一号线、二号线，2017年10月从长春地铁二号线BT01标段西湖站吊出，累计掘进7098.35m，2018年5月“春城二号”运往秦皇岛维修，2019年4月出厂运往石家庄地铁施工。
　　两台盾构机返厂维修主驱动均发现以下故障：
　　（1）主驱动大齿圈严重掉齿，如图1所示；
　　（2）其中一个小轴承损坏；
　　（3）滚珠全部脱落；
　　（4）内部出现大量铁屑；
　　（5）多处拉伤，如图2所示。

　　2　主驱动维修
　　“春城号”盾构机主驱动装配图如图3所示。

　　2.1“春城一号”主驱动维修
　　2017年6月“春城一号”盾构机在北方重工维修，维修方案如下：
　　（1）准备工作，拆管拆线，清理卫生。
　　（2）拆除主驱动电机、减速机，并使用保鲜膜包裹减速机和电机。
　　（3）拆卸安全轴，检查安全轴。
　　（4）拆除小齿轮和小轴承，松动、拆卸双头螺柱M36、M64和M42。
　　（5）拆卸轴承支承座。
　　（6）拆卸主轴承和大齿圈。
　　（7）按照上述装配图右侧方向拆卸刀盘旋转环。
　　（8）按照上述装配图右侧方向拆卸外密封环。
　　（9）对上述拆卸部件进行检测、专家论证、更换和维修。
　　（10）恢复组装。 
　　2.2“春城二号”主驱动维修
　　2018年5月“春城二号”在秦皇岛天业通联维修，维修方案如下：
　　（1）准备工作，拆管拆线，清理卫生。
　　（2）拆除主驱动电机、减速机，并使用保鲜膜包裹减速机和电机。
　　（3）拆卸安全轴，检查安全轴。
　　（4）松动、拆卸双头螺柱。
　　（5）按照上述装配图左侧拆除刀盘旋转环。
　　（6）拆除小齿轮和小轴承，松动、拆除双头螺柱M36。
　　（7）按照上述装配图左侧外密封环。
　　（8）按照上述装配图左侧拆除主轴承和大齿圈。
　　（9）对上述拆卸部件进行检测、专家论证、更换和维修。
　　（10）恢复组装。
　　2.3盾构机主驱动维修方案比较
　　上述两方案从人员、工期、成本进行比较，如表1所示。

　　表1说明：
　　（1）人工包含焊工、电工和机修工。
　　（2）方案2.1因拆除主驱动产生的额外费用。
　　①轴承支撑座与前盾把合双头螺柱（见图3序号6），M64-505，BM192，B152，STUD液压螺母（CYLINDRICALNUT M64）及垫圈（WASHER HR M64），如图4所示。
　　现场拆除中，拉拔器达到100MPa时，螺柱明显拉长，但液压螺母无法松动，喷射专用螺栓松动剂且多次拉长仍无法松动，破坏拆解。
　　②螺旋机套筒切割、焊接如图5所示。依照方案2.1拆除方法，螺旋机套筒影响轴承支承座的整体拆卸，必须拆除。
　　③双头螺柱M42（见图3序号9）。结合施工经验，该螺栓拆除后更换新螺栓。
　　费用计算：①每根1700元，40根，共68000元；②2000元；③每根700元，42根，共29400元，总计9.94万元。
　　方案2.2因拆除主驱动产生的额外费用：双头螺柱M42（见图3序号9）。
　　费用计算：每根700元，共42根，合计2.94万元。
　　结论：通过两拆除方案的人员、工期、成本比较，方案2.2均优于方案2.1。“春城一号”和“春城二号”盾构机主驱动的维修应优先选择“春城二号”盾构机维修方案，用时短、用工少、成本低而且不损坏结构本身。

　　2.4主驱动改进措施
　　主驱动拆解后，刀盘旋转环出现多处咬伤、拉伤、磨损。与专业人员研究分析认为，小齿轮小轴承固定结构有缺陷所致，“春城二号”盾构机对此进行改进。
　　改进措施：小齿轮小轴承端原有固定结构保留，在其基础上，增加端盖设计，如图6所示。

　　改进后可以稳定小轴承的同时避免滚珠等铁屑调入主驱动腔，从而减少对刀盘旋转环和大齿的损坏。
　　3　主驱动维护保养
　　3.1齿轮润滑油保养
　　维修工每班观察润滑油液位2～3次，记录液位，做好交接班记录，发现报警或液位下降立即停机检查，消除故障方可启动。为了提高过滤器的效率和质量，“春城二号”在普通过滤器的基础上增装了磁性过滤器，效果良好。
　　3.2密封油脂保养
　　操作手勤观察密封油脂流量和压力，不影响推进参数情况下，土仓压力尽量降低。油脂流量和压力不达标切忌屏蔽报警信号，防止仓内杂物进入主驱动。密封油控制程序如图7所示，程序设置每60s，黄油计数器累计36次，禁止为了保证掘进速度而降低计数器次数。
　　3.3定期复紧减速机把合螺栓
　　“春城号”盾构机减速机把合采用双头螺柱把合，未设防松措施。在盾构机掘进过程中，每周复紧一次螺柱，可以减少对主驱动的机械扰动。
　　3.4多听多摸
　　维修工常规保养结束后，要做到多“听”多“摸”，听主驱动声音是否有异响，有无机械撞击和高强度摩擦声。摸减速机和电机温度是否正常，摸主驱动传动有无震动迹象等。如有上述现象，停机检查，排查故障。

　　4　结束语
　　综上所述，盾构机主驱动的关键性不言而喻，在实际维修中选择最优方案，能够降低成本，减少工期，保证维修质量，改进设计缺陷，提高盾构机工作效率。日常维护保养同样关键，应严格按照维护保养要求和标准执行，不可忽视每一细节，密封油脂挡外，润滑油安内，同时做好才能让主驱动受到更少冲击和扰动，提高使用寿命。