摘要：以中交隧道局兩臺海瑞克土壓平衡盾構機盾構機為例，針對盾構機組裝、拆卸、轉場運輸、掘進施工及維修保養等過程中容易發生液壓污染的環節進行了分析，并提出一些有效地防止管理措施。

　　關鍵詞：海瑞克盾構機,液壓系統,污染,防治

　　1 概 述

　　海瑞克盾構機是集機械、液壓、電氣與自動化控制等于一體的綜合性大型施工機械，其故障率的高低直接影響到隧道施工的質量、安全和進度，而液壓系統的污染是造成盾構故障停機的一個非常重要的原因。因此我們在盾構機使用、維保過程中深入研究盾構機液壓系統污染的原因，并針對盾構機組裝、拆卸、轉場運輸、掘進施工及維修保養等各個環節，采取了必要的污染防治措施，減少故障停機時間，提高設備完好率，使用率。

　　2 盾構機液壓系統的簡介

　　海瑞克盾構機主要動力系統都是靠液壓來驅動完成的，如刀盤、仿形刀、盾構推進、同步注漿、管片拼裝等。主要的液壓設備與液壓元器件有液壓油箱、液壓泵、液壓馬達、液壓油缸、各種液壓閥塊及液壓管路、液壓接頭、蓄能器及過濾系統(油慮、空濾)等。整個液壓系統包含多個液壓小系統，含有液壓開式回路，閉式回路和先導控制回路等。盾構機液壓回路的特點是系統復雜，工作壓力高，流量大，執行機構動作準確，是一個精密的大型液壓系統。液壓系統作為盾構中其他各系統的動力源與執行機構，具有舉足輕重的地位和作用。

　　3 液壓系統油液清潔度標準

　　液壓油液清潔度指標主要可以分為含水量、灰分、殘炭和機械雜質等，通常的液壓油品中灰分和殘炭的含量都很小，一般不影響液壓系統的正常運轉。油品中含水量和機械雜質含量達到一定程度會明顯影響到液壓元件的功能、壽命和穩定性。目前國際上通用的油品清潔度標準主要有MOOG(SAE—6D)標準、NAS1638標準、ISO4406標準，其主要依據是100ml油品中污染物直徑大于5μm和15μm顆粒數量的濃度，因為5μm顆粒最容易堵塞元件縫隙，15μm顆粒則會造成元件的顯著磨損。

　　不同類型的液壓系統由于所配置的動力元件、控制元件、執行元件等不同，對油品的清潔度要求也有所不同。盾構液壓系統中配有柱塞泵、液壓馬達、伺服機構以及各種液壓閥塊，如電液比例閥、先導溢流閥、電液伺服閥等，對液壓油清潔度要求相當的高，液壓系統的污染在相當程度上可以說是液壓油品的污染所造成的，因此在盾構施工過程中保持液壓油清潔度滿足液壓系統的需要就顯得極其重要。

　　4 盾構液壓系統污染產生的危害

　　油液污染是引起盾構機液壓元件，系統故障的主要原因，其危害主要表現在一下幾個方面：

　　(1)盾構機液壓泵等元件磨損加劇，燒傷甚至破壞，比例閥、換向閥等元件動作失靈或者引起噪音，使元件性能衰降。

　　(2)污染物會堵塞液壓元件的節流孔，阻尼孔或節流縫隙，改變液壓系統的工作性能，引起定位不準、動作失調或完全失靈等。

　　(3)顆粒污染物會造成推進油缸等活塞桿與密封件的損壞，缸體內表面的拉傷，造成推力不足速、度下降以及異常聲響及震動等。

　　(4)引起濾芯，濾網堵塞，液壓泵吸油困難，回油不暢等，甚至造成濾芯，濾網被擊穿完全失去過濾作用。

　　(5)液壓系統的頻繁故障勢必會造成盾構的經常性停機。在復雜特殊地層中頻繁的停機如果采取措施不當勢必會引起盾構的低頭、整體下沉或偏離隧道設計軸線等，同時也會對隧道通過的區域地表變形控制產生不利的影響。

　　5 液壓系統故障的判斷方法

　　液壓系統故障的診斷通常有傳統故障診斷法和精確故障診斷法兩種方法。

　　5.1 傳統故障診斷法

　　傳統的故障診斷方法就是通過一聽二看三接觸的方法來判斷。

　　(1) 壓力異常 盾構機的液壓系統設計時預留有很多壓力測試點，可以使用壓力表來檢測壓力大小，然后與正常壓力值進行比較分析來判斷壓力異常的原因，判定可能引起壓力異常的液壓元件。

　　(2) 速度異常 逐一檢查調節節流閥、溢流閥、調速閥及變量泵變量機構對應測試執行元件的速度范圍值，進而與設定值進行比較來判定問題所在。

　　(3) 動作異常 切換相關的每個換向閥，觀察執行元件的動作情況是否正常，既可找出異常的換向閥，然后在檢查動作的順序和行程的控制，進而判定是液壓還是電氣的問題造成的。

　　(4) 其他的問題 出現異常噪音、振動、缸體蛇形、漏油、發熱等，都可以通過傳統的故障診斷方法來判斷問題的所在進行分析處理。

　　5.2 精確故障診斷法

　　大型液壓系統的故障往往也是多樣性、復雜性的，只是靠傳統的故障診斷方法已經不能滿足，這樣就需要比較精確可靠地故障診斷方法。

　　精確地故障診斷方法就是通過計算機人工智能系統建立診斷分析模型來準確快速的分析判斷故障的原因，提高故障診斷的效率。

　　6 盾構液壓系統污染的來源

　　盾構機體積大，重量大，考慮到水平運輸和垂直吊裝的困難，特制成分體式，運輸到現場后在進行定位拼裝，這樣就容易對液壓系統的油液形成污染，就必須對液壓油液有效處理后在進行加油。必須拆卸分解后才可進行搬運轉場。盾構機的拆解轉場非常頻繁，再加上使用現場環境惡略、高溫、大載荷等特點，液壓系統污染問題就會十分的突出。

　　油液系統的油液污染是指油液出現了對系統的可靠性和元件的壽命有害的物質和能量。對于盾構機而言，污染物的來源主要有系統內部殘留、系統外界侵入、系統內部生成等三種主要來源。

　　6.1 系統內部殘留

　　液壓系統及元件在加工、裝配、儲運等過程中將污染物混入系統中，如未清除干凈而殘留的金屬切屑、焊渣、型砂、塵埃、銹蝕物、清潔溶劑等。

　　6.2 系統外界侵入

　　液壓系統在工作過程中不可避免地會受到外界污染物的侵入，由于盾構機工作在地下，施工環境差，在工作過程中就可能通過油箱呼吸孔和液壓缸活塞桿侵入固體顆粒和水分，以及加油和維修過程中帶入的污染物，等。

　　6.3 系統內部生成

　　液壓系統在工作過程中各運動副相互摩擦產生的磨屑，磨粒及油液氧化和分解產生的有害化學物質等。

　　6.4 盾構機液壓系統污染的主要環節

　　結合盾構機的不同工作階段和污染產生的機理，液壓系統的污染環節可以分成如下幾個環節：

　　(1) 解體運輸及井下組裝階段： 盾構運輸過程中防護不當或組裝中防污措施不到位引起的污染。

　　(2) 掘進施工階段： 盾構機施工階段液壓系統在運轉中液壓元件 、執行機構等磨損并不斷加劇造成的生成性污染、液壓系統在呼吸過程中產生的呼吸性污染和更換液壓元器件造成的裝配性污染。

　　(3) 盾構機轉場及調頭階段：液壓系統軟管加長管路清潔不夠引起的污染。

　　(4) 盾構機大修保養階段： 維修、保養、清潔及裝配過程中控制不當造成的污染。

　　7 盾構機液壓系統污染的防治

　　針對盾構機下井組裝調試、掘進施工及維修保養等過程的特點，為了避免造成液壓污染，需要從控制易污染環節、加強油樣檢測以及解決污染問題等幾個方面采取針對性的技術措施。

　　7.1 加強液壓污染環節的控制

　　容易造成液壓系統污染的主要環節有:盾構液壓元件的清洗與裝配、盾構的解體運輸與組裝、分體延長管路施工、備件更換裝配以及油箱的清潔與加油等。

　　7.1.1 液壓元件的清潔

　　液壓元件組裝前清潔必須用煤油、汽油以及相同型號的液壓油在專用位置進行清潔。清潔后的液壓元件可用潔凈干燥的壓縮空氣吹干;拆裝液壓元件應避免纖維、灰塵、金屬屑、垃圾等散落入液壓系統造成人為污染;清洗后暫時不裝配的零件應放入防銹油中保存，潮濕地區和季節尤其要注意防銹;液壓硬管安裝完畢后，必須經過管道酸洗、系統沖洗后方可作為系統的一部分并入系統中;液壓軟管須投油后方可安裝，中途若拆卸應及時包扎好接頭，接頭體安裝前用煤油清洗干凈，并用潔凈干燥壓縮空氣吹干。

　　7.1.2 液壓元件的裝配

　　液壓元件應在零件表面干燥后在進行裝配，避免清洗液留在零件表面而影響裝配質量。液壓元件裝配時，可用木錘、橡皮錘、銅錘或銅棒敲打，禁止使用鐵制榔頭敲打。裝配時不允許戴手套和用纖維織品擦拭安裝面，防止纖維類污染物侵入。已裝配完的液壓元件、組件暫不進行組裝時，應用塞子封堵油口。盾構施工過程中發生液壓元件損壞須更換備件時，也應按照裝配的要求進行。

　　7.1.3 解體運輸

　　盾構液壓元、組件解體運輸中應注意防塵、防雨。對長距離運輸的液壓元件要用防雨紙或塑料包裝紙打好包裝，放入適當的干燥劑，避免雨水接觸液壓元件。裝卸車前后均應仔細檢查所有油口是否用塞子堵住、堵牢，對受到輕度污染的油口及時采取有效補救措施，對污染嚴重的液壓元件必須再次分解、清潔。

　　7.1.4 分體延長管路

　　在盾構調頭施工階段，臨時轉接延長軟管必須經清潔投油達到清潔要求后方可投入使用。投油結束后必須用清潔的管件堵頭進行及時封堵，避免在運輸過程中污染物進入。延長軟管盡可能一次性排設到位(如延長軟管需要延長100米等)，避免多次拆、接造成污染。調頭分體始發結束后要及時檢查油路濾芯，發現有污染情況要及時更換。

　　7.1.5 油箱清潔與加油

　　盾構各油箱加油前必須檢查其內部清潔度，不合格的要按要求進行清理;油液加入前要檢查其清潔度;注油前必須經過過濾，不允許直接對著油箱注油口直接注入。

　　7.2 加強油質監控

　　為了及時掌握液壓油的污染情況，除了對容易造成液壓系統污染的各個環節進行控制以外，還需要對油液的質量加強監控。

　　在盾構施工的各個環節，油液質量的監控工作應當制度化。如在盾構大修結束后、初始掘進開始前、分體始發或井下調頭結束后以及盾構正常掘進施工過程中均應定期(按照工作時間或掘進距離長短)對油液進行清潔度檢測，確保液壓系統的正常工作。如可以使用自動顆粒計數器進行檢測油液，也可以采集油液進行專門的檢測，或是在液壓系統中配置帶有堵塞傳感報警功能的濾芯，來提醒操作人員在油液污染比較嚴重時。

　　7.3 油液污染的應對措施

　　通過檢測發現油液已經產生污染的情況，可以根據污染的情況的不同，采取不同的處理措施。如果油液污染較輕的可以采取更換或清洗濾芯，然后通過盾構液壓油液自循環系統進行清潔，直到油液達到規定清潔度的要求為止;如果油液污染較嚴重，靠自身的循環系統難以達到清潔的要求的，則要對整個液壓系統進行解體、清洗、重新安裝和加油調試等。

　　液壓系統污染的控制的實施主要采取以下步驟：

　　1) 根據對系統工作可靠性和元件壽命的要求，確定系統油液的目標清潔度等級(即必須控制的污染度等級)。

　　2) 為達到系統目標清潔度，采取有效地油液過濾凈化和防止污染侵入的措施。

　　3) 定期檢測系統油液污染度，一旦超限，及時采取糾正和改進措施。

　　8 結束語

　　探索盾構液壓系統污染的原因，確保盾構機液壓系統的清潔，可以有效的減少盾構的故障停機發生頻率，提高盾構掘進施工的穩定性、安全性和可靠性。因此在盾構運輸與組裝調試、分體延長管線、洞內調頭始發以及盾構大修與保養等各個階段都應該加強重視比采取必要有效地措施，盡可能的避免液壓系統污染的發生，有效地提高盾構設備的完好率，使用率。

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