TBM的维修保养措施探讨

摘 要：随着近年来经济迅猛发展和隧道工程的逐渐增多，传统钻爆法技术水平已经无法全面完成复杂地理地貌深埋长隧洞施工需求，在此情况下将掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业的TBM（全断面隧道掘进机）出现，并凭借其快速的掘进速度、高水平的综合效益和运行中不造成直接的环境破坏等优点得到迅速推广，为我国水利、矿山、市政、水电、交通等隧道工程顺利施工提供了有效的工具，为保证TBM的持续有效作业，针对TBM进行的维修和养护问题日益受到人们的重视，本文针对其日常保养、状态监测、故障诊断、管理体系及必要性五个方面对其维修保养措施进行探讨。

关键词：TBM；维修；保养；措施

前言：TBM属于机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，通常分硬岩和软地层两个种类，硬岩TBM的设计重点是破岩，以保证在稳定性较好，埋深和强度较大的岩层中高速率的完成掘进隧道工作，而软地层TBM的设计重点是空洞、稳定开挖掌子面以及有效控制区域地表沉降，以达到在存在有限压力地下水位下的软弱地层隧道施工目的，由此可见TBM的使用对复杂地理地貌深埋长隧洞施工具有重要意义。

一、TBM的维修保养的必要性

TBM作为诸多总成和设备构成的联动体，使隧道工程施工以“工厂化”的形式进行，其任何结构或设备发生故障都会直接影响其正常作业，甚至直接致使TBM停机，阻碍正常的施工进程，而不同部位发生故障所造成的影响又存在严重程度的差异，例如TBM的刀具、皮带传输器、水供应系统、主轴承等以及与之相关的电气系统、液压系统等发生故障必须直接停机进行针对性的故障维修，因为，其不仅使TBM施工质量无法得到有效保证，而且会埋下施工安全隐患，除此之外，考虑到TBM的锚杆钻机、仰拱块吊机等辅助施工结构发生故障造成的影响相对较轻，而且造成的破坏具有一定的滞后性，可结合实际情况选择在保养时间内进行维修，不必立即停机处理，TBM的正常利用率为40%，而此标准的实现对维修保养措施的依赖性非常强，不论是检查、清洁、、紧固、调整、监测等日常保养，还是对设备运行状态的检测及故障诊断、故障排除都具有十分重要的作用[1]。

二、TBM的日常保养措施

考虑保养的对象TBM的特征，确定保养的内容、时间及程序，保养内容主要包含以下六方面，一是针对TBM设备外观、功能、油位及滤芯堵塞情况等进行检查；一是严格按照TBM清理工作分工表对TBM进行清洁；一是针对八台刀盘驱动减速箱处透明油管的油位及主机重要结构部件的黄油嘴等油箱或重要构件严格按照规范进行；一是针对主机前部、锚杆钻机凿岩机、推进等重要结构件的螺栓进行紧固；一是当皮带、液压系统等结构的运动状况脱离设定标准时进行及时调整；一是对主轴承和大齿圈、主轴承密封等确定监测方案并在日常保养中落实，通常TBM的维修保养时间为每天上午八点至十二点之间，其他时间进行掘进跟踪维护，程序即正常的上班准备、保养操作及交接班[2]。但在进行保养的过程中需注意，保养措施必须严格按照设备厂家规范具体要求逐步进行，例如对主密封进行日常保养，由于主轴承的内外迷宫环会受到岩渣等实体的直接冲击，在长时间运行过程中极易破损，所以在厂家设计的过程中为避免岩渣进入迷宫体造成迷宫唇受损设置三道唇形密封，如果维修人员不结合迷宫转动体与静止体实际间隙进行保养就会使厂家设计的针对性预防措施无法真正发挥作用；除此之外，TBM的保养主要针对振动和潮湿两大问题进行，这是因为TBM在运行中会发生强烈的振动，特别是在节理发育较好的地质条件中运行，掌子面周围围岩在裂纹、扩展、膨胀的过程中会产生能量的储存和释放，形成作用于刀具的外力，并不断传输给主轴承等刚性结构，使其在持续剧烈振动中造成破裂，所以要求日常保养要着重考虑刀盘等刚性结构的焊缝等易受损部位，潮湿问题主要由TBM的地下工作环境决定，针对其用电系统及部位进行绝缘测量和针对性处理[3]。

三、TBM的状态监测及故障诊断

TBM的状态监测主要是通过设备在运行中各结构部件的工作情况对其潜在的隐患进行判断分析的过程，其是故障诊断的“事前准备”阶段，其主要依靠振动检测、油样分析以及机械性能检测三种方法进行，振动检测即根据结构构件在正常和故障不同状态时所产生的振动在振幅、声响等方面存在差异进行频谱探测，例如TBM齿轮传动系统发生故障利用此方法效果明显，而油样分析方法是结合金属器械磨损过程中所产生的金属磨粒在油样中的集中情况，利用光谱或铁谱分析仪对磨损结构、磨损程度及未来的磨损趋势进行判定，例如主轴承、刀盘故障可结合使用，机械性能检测即利用内窥镜等检测仪器对TBM的机械运动性能及相关参数进行判断和读取，由此判断其整体的运行状况及潜在运行风险，三种方法相比较，此种方法最为经济、直接[4]。当对故障明确诊断后要严格按照机械故障检修指导表和培训操作手册进行针对性的维修，但值得注意的是有些TBM故障的发生可能性并不单一，此时需要维修人员结合个人的维修经验及理论知识按故障可能性由大至小的顺序进行逐个确定，例如在保养的过程中发现仰拱位置上散落着一定数量的皮带橡胶屑，可以考虑回程带是否发生跑偏，使其被裹入“箱式”承载支架中，如果分析与诊断结果一致，则要对皮带进行校正维修，具体校正过程要严格按照培训维修手册进行，而且要结合维修安全须知逐步进行。由此可见TBM维修措施不是一项单独的任务，它需要结合保养、状态监测、故障诊断等环节进行，而且其维修的效率也由这些相关环节决定，由此可见TBM的维修保养措施是一项系统的工程。

四、建立TBM的维修保养相关管理体系

由于TBM的维修保养由刀具组、主机组、钻机组、喷混组、水工组、主机及连续皮带组、电工组、巡检组、常规设备组等共同完成，所以TBM的维修保养措施的落实情况及具体功效很大程度上取决于具体的设备管理体系，所以TBM机械总工程师在维修保养过程中具有重要作用，要在基础上落实TBM机械总工程师的职责，通过提升其各项综合能力提升TBM的整体利用率是改善TBM维修保养措施的有效途径，使其针对TBM故障检测的分析、判断等更加具有准确性和全面性，从而制定出更加符合客观实际的周维护、月维护计划，是库房备件、工具管理及常规的维修保养工作人员培训更有保证，TBM的维护和保养措施并不是阶段性进行的，它需要落实于TBM日常工作之中，由此可见这是一项长期而系统的任务，所以应结合具体的项目施工状况进行相关的管理体系制定，以此保证其全面落实。

结论：通过上述分析可以发现，对TBM采取有效措施进行维修和保养是实现持续有效应用TBM的必然选择，在维修保养的过程中，要求全员参加，而且保证相应的责、权、利具有一致性和统一性，在明确责任的同时进行分级保养，将维修保养工作真正落实。■

参考文献

[1]唐志林，崔志伟，曲长海.大伙房水库输水工程TBM维修保养管理模式设计[J].水利水电技术，2006，03：28-30+33.

[2]郝彭彭.TBM应用信息管理系统设计[D].石家庄：石家庄铁道大学，2013.

[3]张照煌.全断面隧道掘进机施工方法探讨[J].现代电力，2005，06：50-52.

[4]彭立华.基于数字化样机技术的全断面掘进机动力学仿真研究[D].沈阳：东北大学，2010.