摘要：以中交隧道局两台海瑞克土压平衡盾构机盾构机为例，针对盾构机组装、拆卸、转场运输、掘进施工及维修保养等过程中容易发生液压污染的环节进行了分析，并提出一些有效地防止管理措施。
关键词：海瑞克盾构机,液压系统,污染,防治
1 概 述
海瑞克盾构机是集机械、液压、电气与自动化控制等于一体的综合性大型施工机械，其故障率的高低直接影响到隧道施工的质量、安全和进度，而液压系统的污染是造成盾构故障停机的一个非常重要的原因。因此我们在盾构机使用、维保过程中深入研究盾构机液压系统污染的原因，并针对盾构机组装、拆卸、转场运输、掘进施工及维修保养等各个环节，采取了必要的污染防治措施，减少故障停机时间，提高设备完好率，使用率。
2 盾构机液压系统的简介
海瑞克盾构机主要动力系统都是靠液压来驱动完成的，如刀盘、仿形刀、盾构推进、同步注浆、管片拼装等。主要的液压设备与液压元器件有液压油箱、液压泵、液压马达、液压油缸、各种液压阀块及液压管路、液压接头、蓄能器及过滤系统(油虑、空滤)等。整个液压系统包含多个液压小系统，含有液压开式回路，闭式回路和先导控制回路等。盾构机液压回路的特点是系统复杂，工作压力高，流量大，执行机构动作准确，是一个精密的大型液压系统。液压系统作为盾构中其他各系统的动力源与执行机构，具有举足轻重的地位和作用。
3 液压系统油液清洁度标准
液压油液清洁度指标主要可以分为含水量、灰分、残炭和机械杂质等，通常的液压油品中灰分和残炭的含量都很小，一般不影响液压系统的正常运转。油品中含水量和机械杂质含量达到一定程度会明显影响到液压元件的功能、寿命和稳定性。目前国际上通用的油品清洁度标准主要有MOOG(SAE—6D)标准、NAS1638标准、ISO4406标准，其主要依据是100ml油品中污染物直径大于5μm和15μm颗粒数量的浓度，因为5μm颗粒最容易堵塞元件缝隙，15μm颗粒则会造成元件的显著磨损。
不同类型的液压系统由于所配置的动力元件、控制元件、执行元件等不同，对油品的清洁度要求也有所不同。盾构液压系统中配有柱塞泵、液压马达、伺服机构以及各种液压阀块，如电液比例阀、先导溢流阀、电液伺服阀等，对液压油清洁度要求相当的高，液压系统的污染在相当程度上可以说是液压油品的污染所造成的，因此在盾构施工过程中保持液压油清洁度满足液压系统的需要就显得极其重要。
4 盾构液压系统污染产生的危害
油液污染是引起盾构机液压元件，系统故障的主要原因，其危害主要表现在一下几个方面：
(1)盾构机液压泵等元件磨损加剧，烧伤甚至破坏，比例阀、换向阀等元件动作失灵或者引起噪音，使元件性能衰降。
(2)污染物会堵塞液压元件的节流孔，阻尼孔或节流缝隙，改变液压系统的工作性能，引起定位不准、动作失调或完全失灵等。
(3)颗粒污染物会造成推进油缸等活塞杆与密封件的损坏，缸体内表面的拉伤，造成推力不足速、度下降以及异常声响及震动等。
(4)引起滤芯，滤网堵塞，液压泵吸油困难，回油不畅等，甚至造成滤芯，滤网被击穿完全失去过滤作用。
(5)液压系统的频繁故障势必会造成盾构的经常性停机。在复杂特殊地层中频繁的停机如果采取措施不当势必会引起盾构的低头、整体下沉或偏离隧道设计轴线等，同时也会对隧道通过的区域地表变形控制产生不利的影响。
5 液压系统故障的判断方法
液压系统故障的诊断通常有传统故障诊断法和精确故障诊断法两种方法。
5.1 传统故障诊断法
传统的故障诊断方法就是通过一听二看三接触的方法来判断。
(1) 压力异常 盾构机的液压系统设计时预留有很多压力测试点，可以使用压力表来检测压力大小，然后与正常压力值进行比较分析来判断压力异常的原因，判定可能引起压力异常的液压元件。
(2) 速度异常 逐一检查调节节流阀、溢流阀、调速阀及变量泵变量机构对应测试执行元件的速度范围值，进而与设定值进行比较来判定问题所在。
(3) 动作异常 切换相关的每个换向阀，观察执行元件的动作情况是否正常，既可找出异常的换向阀，然后在检查动作的顺序和行程的控制，进而判定是液压还是电气的问题造成的。
(4) 其他的问题 出现异常噪音、振动、缸体蛇形、漏油、发热等，都可以通过传统的故障诊断方法来判断问题的所在进行分析处理。
5.2 精确故障诊断法
大型液压系统的故障往往也是多样性、复杂性的，只是靠传统的故障诊断方法已经不能满足，这样就需要比较精确可靠地故障诊断方法。
精确地故障诊断方法就是通过计算机人工智能系统建立诊断分析模型来准确快速的分析判断故障的原因，提高故障诊断的效率。
6 盾构液压系统污染的来源
盾构机体积大，重量大，考虑到水平运输和垂直吊装的困难，特制成分体式，运输到现场后在进行定位拼装，这样就容易对液压系统的油液形成污染，就必须对液压油液有效处理后在进行加油。必须拆卸分解后才可进行搬运转场。盾构机的拆解转场非常频繁，再加上使用现场环境恶略、高温、大载荷等特点，液压系统污染问题就会十分的突出。
油液系统的油液污染是指油液出现了对系统的可靠性和元件的寿命有害的物质和能量。对于盾构机而言，污染物的来源主要有系统内部残留、系统外界侵入、系统内部生成等三种主要来源。
6.1 系统内部残留
液压系统及元件在加工、装配、储运等过程中将污染物混入系统中，如未清除干净而残留的金属切屑、焊渣、型砂、尘埃、锈蚀物、清洁溶剂等。
6.2 系统外界侵入
液压系统在工作过程中不可避免地会受到外界污染物的侵入，由于盾构机工作在地下，施工环境差，在工作过程中就可能通过油箱呼吸孔和液压缸活塞杆侵入固体颗粒和水分，以及加油和维修过程中带入的污染物，等。
6.3 系统内部生成
液压系统在工作过程中各运动副相互摩擦产生的磨屑，磨粒及油液氧化和分解产生的有害化学物质等。
6.4 盾构机液压系统污染的主要环节
结合盾构机的不同工作阶段和污染产生的机理，液压系统的污染环节可以分成如下几个环节：
(1) 解体运输及井下组装阶段： 盾构运输过程中防护不当或组装中防污措施不到位引起的污染。
(2) 掘进施工阶段： 盾构机施工阶段液压系统在运转中液压元件 、执行机构等磨损并不断加剧造成的生成性污染、液压系统在呼吸过程中产生的呼吸性污染和更换液压元器件造成的装配性污染。
(3) 盾构机转场及调头阶段：液压系统软管加长管路清洁不够引起的污染。
(4) 盾构机大修保养阶段： 维修、保养、清洁及装配过程中控制不当造成的污染。
7 盾构机液压系统污染的防治
针对盾构机下井组装调试、掘进施工及维修保养等过程的特点，为了避免造成液压污染，需要从控制易污染环节、加强油样检测以及解决污染问题等几个方面采取针对性的技术措施。
7.1 加强液压污染环节的控制
容易造成液压系统污染的主要环节有:盾构液压元件的清洗与装配、盾构的解体运输与组装、分体延长管路施工、备件更换装配以及油箱的清洁与加油等。
7.1.1 液压元件的清洁
液压元件组装前清洁必须用煤油、汽油以及相同型号的液压油在专用位置进行清洁。清洁后的液压元件可用洁净干燥的压缩空气吹干;拆装液压元件应避免纤维、灰尘、金属屑、垃圾等散落入液压系统造成人为污染;清洗后暂时不装配的零件应放入防锈油中保存，潮湿地区和季节尤其要注意防锈;液压硬管安装完毕后，必须经过管道酸洗、系统冲洗后方可作为系统的一部分并入系统中;液压软管须投油后方可安装，中途若拆卸应及时包扎好接头，接头体安装前用煤油清洗干净，并用洁净干燥压缩空气吹干。
7.1.2 液压元件的装配
液压元件应在零件表面干燥后在进行装配，避免清洗液留在零件表面而影响装配质量。液压元件装配时，可用木锤、橡皮锤、铜锤或铜棒敲打，禁止使用铁制榔头敲打。装配时不允许戴手套和用纤维织品擦拭安装面，防止纤维类污染物侵入。已装配完的液压元件、组件暂不进行组装时，应用塞子封堵油口。盾构施工过程中发生液压元件损坏须更换备件时，也应按照装配的要求进行。
7.1.3 解体运输
盾构液压元、组件解体运输中应注意防尘、防雨。对长距离运输的液压元件要用防雨纸或塑料包装纸打好包装，放入适当的干燥剂，避免雨水接触液压元件。装卸车前后均应仔细检查所有油口是否用塞子堵住、堵牢，对受到轻度污染的油口及时采取有效补救措施，对污染严重的液压元件必须再次分解、清洁。
7.1.4 分体延长管路
在盾构调头施工阶段，临时转接延长软管必须经清洁投油达到清洁要求后方可投入使用。投油结束后必须用清洁的管件堵头进行及时封堵，避免在运输过程中污染物进入。延长软管尽可能一次性排设到位(如延长软管需要延长100米等)，避免多次拆、接造成污染。调头分体始发结束后要及时检查油路滤芯，发现有污染情况要及时更换。
7.1.5 油箱清洁与加油
盾构各油箱加油前必须检查其内部清洁度，不合格的要按要求进行清理;油液加入前要检查其清洁度;注油前必须经过过滤，不允许直接对着油箱注油口直接注入。
7.2 加强油质监控
为了及时掌握液压油的污染情况，除了对容易造成液压系统污染的各个环节进行控制以外，还需要对油液的质量加强监控。
在盾构施工的各个环节，油液质量的监控工作应当制度化。如在盾构大修结束后、初始掘进开始前、分体始发或井下调头结束后以及盾构正常掘进施工过程中均应定期(按照工作时间或掘进距离长短)对油液进行清洁度检测，确保液压系统的正常工作。如可以使用自动颗粒计数器进行检测油液，也可以采集油液进行专门的检测，或是在液压系统中配置带有堵塞传感报警功能的滤芯，来提醒操作人员在油液污染比较严重时。
7.3 油液污染的应对措施
通过检测发现油液已经产生污染的情况，可以根据污染的情况的不同，采取不同的处理措施。如果油液污染较轻的可以采取更换或清洗滤芯，然后通过盾构液压油液自循环系统进行清洁，直到油液达到规定清洁度的要求为止;如果油液污染较严重，靠自身的循环系统难以达到清洁的要求的，则要对整个液压系统进行解体、清洗、重新安装和加油调试等。
液压系统污染的控制的实施主要采取以下步骤：
1) 根据对系统工作可靠性和元件寿命的要求，确定系统油液的目标清洁度等级(即必须控制的污染度等级)。
2) 为达到系统目标清洁度，采取有效地油液过滤净化和防止污染侵入的措施。
3) 定期检测系统油液污染度，一旦超限，及时采取纠正和改进措施。
8 结束语
探索盾构液压系统污染的原因，确保盾构机液压系统的清洁，可以有效的减少盾构的故障停机发生频率，提高盾构掘进施工的稳定性、安全性和可靠性。因此在盾构运输与组装调试、分体延长管线、洞内调头始发以及盾构大修与保养等各个阶段都应该加强重视比采取必要有效地措施，尽可能的避免液压系统污染的发生，有效地提高盾构设备的完好率，使用率。
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