浅谈顶管机构造及保养维护分析
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摘要：目前，应用于地下空间施工的顶管机械有许多，包括泥水平衡顶管机、土压平衡式顶管机等，本文仅介绍了泥水平衡顶管机的结构特点及保养维护措施，同时介绍了一些在施工过程中故障分析与排除的方法，供同行借鉴。
关键词：顶管机，结构，保养，维护
随着城市的快速发展，向地下开发空间的要求日趋迫切。顶管机由于具有在不破坏地面现有状况下进行地下开挖，能有效保护环境，而施工安全度高，已广泛应用于地下空间的开挖当中，但由于顶管机费用不低，设备维修成本高，因此要做好顶管机的日常保养和维护工作，有效减少故障率。
1 做好顶管机保养及维护工作
泥水平衡顶管机主要组成部分包括旋转挖掘、主顶液压推进、泥土输送、注浆、测量、地面吊装、电气系统和泥水处理等。
（1）对顶管机进行保养与维修时， 应坚持预防为主，随时对顶管机的运行状态进行检测；强化定期保养，根据施工需要进行维修，把维护和保养工作放在同样重要的位置上。
由于顶管机属于专业技术要求甚高的机械，因此，需要安排专业技术人员负责机械的和维修工作。
进行保养和维修时，必须详细了解机械使用说明书的内容，并按相关指引进行操作；同时根据施工计划，急需的设备优先检修，同时做好相关检修记录。以备下次保养维护时作为参考。在顶管机长时间不进行使用时，也要进行定期的保养和维护工作。
（2）顶管机械拆装要点。
当施工任务完成后，需要对顶管机进行拆装，把顶管机转移到另外场地，及时进行检查维修，做好机械的保养，为下次施工需要做好相关准备工作。
顶管挖掘管道施工任务完成后，要铺设好顶管延伸轨道，通过主顶液压缸使挖掘系统从作业面推至基坑处，妥置安放。进行折卸顶管机前，必须搭设作业平台，并配有防护拦杆，在钢壳两侧的坡土，一定要安上踏板，避免作业人员从坡土下滑，引发安全事故。
拆卸顺序如下：先拆下测量仪器的接线及组装部件，再把旋转挖掘系统的总电缆及传感器（如设备具有该设备的话）拆除。必须遵循电器有拆装关规范进行拆卸。
上述拆卸作业完成后，要把旋转挖掘系统整体从基坑中吊运出来，送到检修地点进行下一步的检修工作。
当接到新的施工任务时，需要在新的施工地点进行安装时，要先根据相关施工标准，铺设好安放旋转挖掘系统的轨道，再通过吊装设备把旋转挖掘系统吊到预定轨道上方，稳妥安放。完成上述作业后，再进行电缆、线路的敷设安装以及传感器（如设备具有的话）附属设备的安装。
拆装顶管机其他工作系统如如：主顶、泥土输送、注浆、电气等时，也要根据系统的不同拆装要求而分别进行拆装。
（3）切削刀头更换作业要点。
进行每一次拆卸旋转挖掘系统时，都要检查切削刀头，对换磨损严重不再符合使用标准的都要及时更换。再按照工程所在地质土层具体条件，选择合适的切削刀头，包括刀头的规格材质和形状以及布置方式等。就切削刀头而言，其主要组成部分为刀柄和刀尖。
目前多数刀柄采用经过热处理的中碳钢组成，刀尖采用硬质合金或工具钢组成。切削刀头的外形有前角和后角之分，在实际作业时，要按照工程地下土质的具体情况确定切削刀头的前、后角。
例如在确定工程地下的土质为硬土层时，前、后角要大些，
前角要达至300，后角要达至100为合适；如确认工程地下土质为砾石层时，前、后角要要小些，前、后角均达至50较为合适。
（4）切削刀盘保养维护要点。
在切削刀盘上除装设切削刀头外，还在超出切削刀盘直径的圆周方向设置了超挖刀、仿形刀等切削刀头。
在进行旋转挖掘系统安装和拆卸时，均要检查切削刀盘中的土砂密封件，并要及时进行维护和保养，在各部轴承添加剂（油），保证其。
为避免砂、泥水等渗入到切削刀盘里，使轴承受损，在切削刀盘旋转轴与座孔之间装有数道土砂密封件及轴承装置。土砂密封件的结构需要依据覆盖层深度、地下水压力、添加剂压力、工期长短、管道长度、密封件安装位置、密封层数及方式等因素确定。
（5）检测切削刀盘的扭矩。
一般情况下，旋转挖掘系统在使用一定时间后均需要大修或技术改造，在技改和大修后应检测切削刀盘的扭矩。
切削刀盘的扭矩并没有统一规定，具体确定时应依据施工现场的地下土质、使用何种挖掘系统、系统构造和直径等分析后确定。主要考虑的因素包括切削土壤、砾石等的切削阻力矩；切削刀盘与土壤的摩擦阻力矩；土砂的搅拌、提升阻力矩；轴承摩擦阻力矩；密封摩擦阻力矩；减速机的机械摩擦、传动等阻力矩。由于实际计算上述阻力矩时都比较困难，故多采用近似计算：公式为
扭矩系数a与旋转挖掘系统的型式、土质条件等有关，一般取平均值，机械掘进式顶管机的a为0.8～1.4，土压平衡式顶管机的a为1.4～2.3，泥水平衡式顶管机的a为0.9～1.5 。
（6）泥水分离器保维护和养要点。
1）泥水分离器当含有振动脱水部分，防止其松脱、振断极为重要。检点为筛网、振动电机及偏心块、避振器的固定等。
通常上述部分出现松动均会使泥水分离器声音出现异常，作业人员注意不能随便调整振动角和振幅等参数，避免共振振断筛网。
2）旋流器的水压的水压要控制要正确，一般为0.2～0.25 MPa为合适。水压过低，会引致分离效率低；水压过大，会增大旋流器内壁磨损，容易损坏。
3）要定期进行筛网清洗，以免筛网堵塞。特别是在分离淤泥和高粘泥土，很容易令网孔堵塞，造成脱水效率不高，甚至出水口被完全堵塞，不能正常工作。
解决的办法：经常清洗筛网，确保筛网上的淤泥有机物清洗完毕，保证筛网干净。
2 顶管机施工过程中出现故障分析及解决方法
（1）纠偏系统故障。
顶管机在施工顶管过程中，纠偏系统出现故障，没有产生纠偏动作，导致停工。认真研究分析，得出：溢流阀失灵；电磁换向阀磨损严重，产生内泄；纠偏液压缸内泄；进油滤网堵塞；液压泵功率下降是造成纠偏液压系统压力偏低的主要原因。
解决方法：首先对溢流阀压力进行调整，但效果不明显；换上新的溢流阀进行调试，效果不明显；检查电磁换向阀，无有出现漏油、阀芯松脱，挡位清楚；检测纠偏液压缸，试压后压力正常，没有内泄。检查进油滤网，也没有堵塞。由此表明，上述几种设备性能良好，运作正常。由此我们推断，应是液压泵功率下降，引致故障出现。
为此，我们进行了停电处理，让纠偏液压系统停止工作，把液压泵从油箱中拆出，更换成新的相同型号的液压泵，再进行试机运行，这时系统压力达到目标值26 MPa，纠偏作业可正常进行。
（2）泥土浸入到主减速器内。
某顶管机顶管施工时，发现有泥土浸入到主减速器内。经检查，该输出轴轴颈密封件是新换上的，完整无损；由此可以判断是主减速器箱体内压力小于外部泥土压力引致泥土浸入。
再进行深入分析，是相关作业人员在没有打开泥水舱闸门就进行掘进施工，这样会导致泥水舱压力过高，使泥土进入主减速器箱体内。
解决方法：1）先把主减速器放油螺塞拆卸，启动螺旋泥土输送机电动机，把主减速器箱体内的泥土从放油口排出；2）待排出一部分泥土之后，从主减速器加油口加入双曲线齿轮油，再启动螺旋泥土输送机电动机，使主减速器箱体内的泥土与齿轮油充分混合，然后从放油口排出。如此重复作业，直至把泥土排净。
最后，将柴油加入主减速器箱体内，以对主减速器齿轮进行清洗，清洗完毕后，按标准量将双曲线齿轮油注入主减速器内。
（3）主顶液压缸爬行。
顶管机主顶液压缸出现爬行现象，并出现油压不稳定、液压油过热的现象。根据主顶液压推进系统结构和工作原理分析，溢流阀失灵、液压泵磨损严重、主顶液压缸内泄均会造成主顶液压缸爬行和压力不稳定。
解决方法：
将通往主顶液压缸的油路切断，开动液压泵站短时间“憋压”，压力达到28MPa，由此说明液压泵、溢流阀良好，故障原因应该是主顶液压缸内泄。经更换了两个相同型号的主顶液压缸后试机，故障消除。
3结语
泥水平衡顶管机具体广泛适应土质，施工过程中对附近环境影响小，安全性能高，施工作业人员劳动强度低、推进速度快等优点，但其也有不足之处，由于设备构成复杂，技术要求高，如出现故障需要全面停工检修，设备成本高等，因此，相关设备管理和保养维护人员，一定要做好日常对顶管机的保养和维护、检修工作，减小施工中的故障率，如出现故障，也应及早排除，保证顶管机投入使用后能最大限度地发挥它的作用。
参考文献