盾构机推进系统常见故障的原因分析和故障处理

乔俊伟

济南重工集团有限公司 山东省济南市 250109

摘要：推进系统是盾构机重要的组成部分，维护和快速解决推进系统中出现的故障是保障盾构机正常掘进重要的一环。本文简述了盾构机组成和功能，详细分析了盾构机推进系统在使用过程中常见故障的原因分析和处理措施，有助于现场施工过程中推进系统故障的快速处理和解决，保障施工的正常进行。

关键字：盾构机，推进系统，原因分析，处理措施，故障处理

1、引言

随着经济的高速发展，城市化进程的不断加快，盾构法施工在工程建设领域应用越来越广泛，盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。盾构掘进机集机、电、液、光、传感、信息技术于一体，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高，对各工种施工人员的专业水平要求也极高。盾构掘进机是集掌子面开挖、隧道支护、隧道衬砌、运输出碴于一体的大型隧道施工专业设备。盾构掘进机实现隧道的开挖，主要是由以下两个运动完成：一是刀盘切削，二是盾体的推进前移。盾构掘进的前进动力是靠液压系统带动若干个液压油缸工作所组成的推进系统来提供的，因此它是盾构重要的基本构造之一。

2、盾构机推进系统的组成及功能

2.1盾构机推进系统的组成

盾构机的推进系统主要由推进液压泵、推进液压油缸、控制阀件、液压管路以及相关附件等组成。盾构机的推进油缸常采用分组布置形式有四组分区和六组分区两种如图一所示。理论上讲油缸分组越多越容易调向，如果每个油缸都可调那是最好的，这样子可以提高调向过程中的精度，但是在每组油缸设计中都要增加具备相应功能的阀块以及电气控制等的元器件，这样就无形中增加了设计开发的难度和设备生产等方面的成本，并且增加了设备在推进过程中的操作人员的控制难度和精度。所以目前常规土压盾构机均采用的是四组的分组形式，因为四组分区布置比较简单，在不影响施工质量的情况下也基本能够满足盾构机在施工中调向的需要，同时可以节约成本。

四组分区布置 六组分区布置

图一

2.2盾构机推进系统的功能

盾构机的掘进是靠液压系统带动推进油缸的伸缩动作驱使盾构机在土层中向前掘进的。盾构机推进油缸的前端必须安装撑靴，撑靴与油缸之间必须采用球面接头，以便将推力均匀、分布在管片的环面上，并对管片环面起到保护作用。为了能使推进油缸的推力均匀地传递给管片，推进油缸撑靴面积要适当大些。

盾构机推进系统除了推进刀盘掌子面开挖、防盾构机后退功能外，还具有设备姿态纠偏和爬坡功能。能够满足隧道施工中的最小转弯半径需要，还应具有一定的爬坡能力，所以在油缸分组布置时要考虑每组需要布置的根数和各个油缸的布置位置；每个分组推进油缸中都布置装设行程和压力传感器，行程传感器一般都为内置传感器增加检测的稳定性和可靠性，上位机能够准确的显示各组油缸的行程、压力，直观地显示盾构机各分组油缸伸缩的数值及推进的速度；在液压系统中设置可靠的液压闭锁系统，防止隧道掘进机在施工过程中由于拼装管片等非推进情况下发生后退现象；推进油缸在增加辅助装置后能满足掘进中更换盾尾刷的功能。

3、盾构机推进系统常见故障及原因分析

推进系统是盾构机在施工过程中保障盾构机正常掘进的必要部分，也是盾构机各个系统中使用率和故障率都比较高的，所以保障推进系统的正常运行维护和保养好也是分成重要的，下面就日常使用过程中推进系统发生比较多的故障归为下述几类简要的分析一下。

3.1推进系统压力不受控制

此类故障反应的现象表现为某组（某根）油缸出现压力不稳无法稳定控制；某组或几组压力波动较大；推进过程压力调节比较敏感调整时无法稳定控制；推进过程中某分组压力低、减压慢。

原因分析：上述情况在盾构机施工过程中出现的情况异常频繁，造成此类故障常见的原因大概分为三类。

1. 由于地质状况发生较大变化或者盾构司机在操作过程中不当引起的①由于推进系统的整体负载压力过大或者过小;②推进系统对称分区位移差太大或者压力差太大。

处理措施：①核对推力和行程数据对推进参数及时调整②将分区压力减小或归零后重新调整分区油压。

2. 由于个别阀组或者阀块堵塞或者损坏;①比例溢流阀堵塞或者损坏;②电磁换向阀堵塞或者孙坏;③油缸的卸载阀损坏;④分组总阀的插装阀损坏;⑤控制油路减压阀堵塞、损坏；⑥控制管路破损、堵塞；⑦其他原因造成控制油压不满足系统要求的其他原因。

处理措施①清洗或者更换比例溢流阀②清洗或者更换电磁换向阀③清洗或者更换卸荷阀④清洗或者更换插装阀⑤清洗、调整或者更换减压阀⑥检查、维修或者更换液压管路、接头等⑦检测各个阀组控制有压力是否异常。

3. 电气线路或元器件损坏①放大板参数设置错误或损坏;②比例溢流阀或者比例减压阀的插头松动或线路原因;③电磁换向阀或卸载阀线路原因

处理措施①检查保险是否损坏②检查比例溢流阀或比例减压阀的插头是否松动、线路是否存在短路、断路、线路破损等现象③检查换向阀、卸荷阀的插头是否松动、线路是否存在短路、断路、线路破损等情况。

3.2推进系统某分组(根)无动作或无故异常动作

表现的现象为油缸不动作、自动伸出，油缸快收时不动作或者动作较慢，油压居高不下无法调整。

原因分析：①油温较低或同时收缩油缸数量较多时造成回油背压较大②油缸中有气体未完全排出③油缸内泄④控制快收电磁阀的中间继电器线圈损坏⑤电磁阀插头接触不良或线路故障⑥换向阀或卸荷阀堵塞或损坏发卡⑦放大板参数设置错误或损坏。

处理措施：①提高液压系统油温温度，减少同时收缩的油缸数量②适当动作油缸排除油缸中气体③检查油缸压力是否正常，是否存在内泄④检查更换相应的中间继电器⑤检查对应线路并紧固电磁阀插头⑥清洗、更换电磁换向阀或卸荷阀⑦检查放大板参数是否合理、更换放大板。

3.3推进系统压力低

现象为在拼装模式时油缸伸缩速度较慢，推进模式时压力无法到达所需压力值，推进过程中某根（组）油缸悬空顶不到管片或者到达一定压力无法继续增加该组压力。

原因分析：①快放、换向电磁阀堵塞或损坏②拼装模式压力设置较低③推进主溢流阀堵塞或损坏④推进液压泵损坏⑤阀组或油缸存在内部泄漏⑥密封圈老化或断裂，造成泄漏⑦推进、拼装压力转换开关失灵⑧各个电磁阀断路、断路导致无动作

处理措施：①修复、更换快放和换向电磁阀②调整拼装模式下推进压力③修复或更换主溢流阀④修复或更换液压泵⑤找出泄漏零部件，及时修复或更换⑥更换老化或损坏的密封元件⑦修复或更换推进、拼装压力转换开关或电磁阀⑧检查修复线路或更换相应元器件。

3.4推进系统数据上位机显示异常

表现的现象为位移或者压力显示数值无变化，某项显示为零，数值显示为量程最大值，数值显示波动较大和异常。

原因分析：①保险接触不良或损坏②传感器线路接错③对应的位移传感器或者压力传感器损坏④控制电源地线未连接导致显示偏差⑤PLC模块对应点位或模块损坏

处理措施：①检查更换保险②核对传感器接线③检查、更换传感器④检查并紧固地线连接⑤检查PLC模块端子线路、更换模块。

4. 结束语

本文主要阐述了盾构掘进机中推进系统的组成和功能，重点讲述了推进系统中常见的故障以及其原因分析和处理措施，对实际生产过程对推进系统遇见的常见故障可以快速及时的找到故障点并进行维修有一定的帮助。

参考文献：

1. 王刚.盾构电气组成系统及常见故障的解决[J].建筑机械化, 2013(02).

2. 于颖.土压平衡盾构机电气系统概述及故障处理方法与心得[J].工业技术，2015年，第10期：

3. 高瑞兰.例析机、电、液、PLC 在盾构推进系统故障排除中的综合应用.现代制造技术与装备，2019年，第8期