地铁施工中NFM盾构机使用中的常见问题及故障处理

摘要

摘 要：结合日常维修与调试NFM盾构机时出现的典型故障，探讨解决NFM盾构机常见问题的思路，寻求比较合理而简单的处理故障的方法

摘 要：结合日常维修与调试NFM盾构机时出现的典型故障，探讨解决NFM盾构机常见问题的思路，寻求比较合理而简单的处理故障的方法。

关键词：盾构机，故障处理

1、引言

近些年，盾构技术在我国发展的很快，盾构机是一种集机械、液压、电气和自动化控制于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备，其技术先进、结构庞大。但由于其控制环节多，工序复杂，并且相互关联，相互影响，任何一个环节出现故障都将影响正常掘进甚至停机修理，为了保障盾构机工作的高度可靠性安全性，作者摸索出一些解决常见问题的方法。

2、NFM盾构机概况及原理

盾构机的最大直径为8.83m，总长105m，其中盾体长12.5m，后配套设备长85m，总重量约1080t，总配置功率3300kW，最大掘进扭矩12680kN·m，最大推进力为70000kN，最大掘进速度可达6cm／min。盾构机主要由10大部分组成，他们分别是刀盘、盾休、刀盘驱动、人闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。如下图1所示

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NFM盾构机采用电力作为动力来源，通过PLC、变频器、液压、气动来实现隧道掘进中各个环节的自动化。高自动化控制是NFM盾构机的主要特点，盾构施工过程包括掘进、导向、渣土的改良、渣土的传送、注浆、管片的拼装等，这些过程都采用PLC及一些主令开关来实现人机对话。但是，高自动化也为盾构机的安装、调试、维修带来了更大的困难。

PLC是实现盾构机自动化的途径，在盾构机维修和调试过程中如果能够将图纸、PLC程序和实际情况有机的结合起来，将大大的缩短维修和调试的时间，提高故障判断的准确性，减少很多可以避免的麻烦。

3.NFM盾构机故障分类

盾构机的故障可分为两大类，即机械类故障和逻辑类故障。发现这两类故障原因的方法迥然不同。

对于机械类故障，其关键方法是看、听、闻。如：皮带是否跑偏、推进油缸的撑靴是否有故障、各连接处螺栓是否松动、电缆行走和循环水路是否正常、管线是否断裂等等这些问题，通过巡检就可以很容易看出来；皮带主从动滚筒、电动机等转动部件是否正常很容易就可听出来；皮带磨损出现异味、电线是否烧坏等这些故障是很容易闻出来的。以上列举的问题只要勤巡查、多留心，都是很容易就可以找出的。

逻辑故障包括电气故障和液压故障，但不管是电气故障还是液压故障，都必须了解盾构机控制原理，采用逻辑思维的方法去解决。找这类故障病因，关键在于分析，分析产生故障的原因有哪些，然后采用排除法找出真正的原因。当然，分析故障原因是有章可寻的，下面举例说明。

4、工程实例

4.1故障1

4.1.1故障现象

管片拼装机负载管片旋转停止后，拼装机大齿圈滑动。
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4.1.2故障查处过程

1）检查和拼装机旋转动作相关的各个电气部件动作与否，以及动作顺序是否正常，均处于正常状态。这表明故障原因非电气及控制方面，确定为液压故障。

2）查看图纸分析有三种可能原因：

⑴EV5108断电后，马达刹车片没有完全回复到位，以致刹车片不能完全锁住传动轴。出现此种状况主要是由以下两种情况造成：①.PV5106的刹车控制压力没有达到50bar ②.刹车片控制油液没有快速的回流，刹车片没有完全回位。

⑵液压锁(双单向顺序阀/平衡阀)PV5202/5203反向开启顺序阀的设定压力小于负载后管片对之产生的压力。

⑶液压锁阀芯没有完全恢复到位或者阀芯上的密封毁坏。

经在阀块检测口检测压力分析得知，为液压锁的故障。

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4.2故障2

4.2.1故障现象

在盾构机准备开始掘进的过程中突然发现有半部分推力油缸没有压力而左半部分压力正常。

4.2.2故障查处过程

推进系统液压图纸如下图3所示

1）通过故障现象分析，左部油缸正常说明油泵及系统进回油总控阀工作正常，查看控制每个油缸动作的电磁阀都工作正常则原因集中到了比例减压阀FV2209和FV2259上，因为这两个阀控制油缸回路起压的。比例阀属于PLC模拟量控制输出，电压范围±10V。检查电箱CB1接线和图纸一致，但量PLC模块输出电压却不在±10V范围内，怀疑PLC模块故障。更换PLC模块后故障依然存在，后来通过比较CB2内左部比例阀的接线，发现与CB1内接线不同，CB1内接线按CB2内接法故障排除。分析原因之前之所以使用正常而现在无法工作，应该是PLC模块的接地存在问题，接地点发生了漂移，使电压不在正常工作范围之内。
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2）当然，若你具备丰富维修经验，对盾构机各系统、运行状态等都心中有数，可以采用最大可能原因直接测试法，也就是根据你的经验判断出最有可能的故障原因，然后直接检测看是否就是。如上例中直接测量PLC输出模块的电压值在不在正常值范围之内。其实在盾构机上工作几个月会发现，大部分故障都是多次出现的老毛病。例如：辅助泵站无法启动，刀盘不能转动，无法推进等等。

解决这类故障的关键在于结合图纸、程序和实际故障状况，排除其他因素的干扰，尽可能采取办法缩小故障的可能发生范围，最后将故障确定在一个点上。

4结论

用一句话总结NFM盾构机维修之经验，即准备充分、问清现象、区别对待。

问清现象就是处理故障之前，要向相关人员（如：使用者）问明故障发生之前所发生的一切和所有不正常现象。这对快速解决故障非常有好处，否则，有可能你会走入误区。比如有人将拼装机没有开到最前限位或者角度没有在正负30度之外，导致喂片机不能向前运动，如你了解情况，不费吹灰之力就可解决；再比如有人将泡沫系统参数更改造成此系统不工作，若你不问明情况就开始查找故障原因，可能永远也找不出原因，因为其本来就没有故障。
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区别对待就是对于不同的故障采取不同的方法，若是复杂新故障就首先考虑采用排除分析法，若是常见故障可采用最大可能原因直接测试法，若是独立设备（如空压机）就根据其资料和此设备特点进行分析等等。

同时，也引发了我一些思考。目前盾构施工中存在一些通病：重使用、轻维修；多数领导对设备管理的重视程度不够，投入不足；为赶工期不顾设备运行、磨损规律，忽略了机械承受能力，一味拼设备，使设备失保失修，设备不坏不修；根据现在设备制造的特点，之前的设备管理方法都存在一定的弊端，应该大力推行使用更多检测设备和测量方法的状态维修管理。

参考文献：

⑴NFM盾构机电气图纸、液压图纸

⑵NFM盾构机操作说明