田水清

（中鐵一局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司，江蘇無(wú)錫 214000）

0 引言

盾構(gòu)機(jī)是用于鐵路、公路、水利及城市軌道交通等地下隧道空間快速開(kāi)挖的現(xiàn)代化綜合性技術(shù)裝備，具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，也是目前最先進(jìn)的隧道開(kāi)挖和建設(shè)技術(shù)，代表著一個(gè)國(guó)家重大技術(shù)裝備的發(fā)展水平。

然而因盾構(gòu)機(jī)故障引發(fā)的安全問(wèn)題，一直是盾構(gòu)機(jī)使用方重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，影響著安全、成本和工期等諸多方面。盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)污染是各盾構(gòu)施工單位重點(diǎn)關(guān)注的設(shè)備重大故障問(wèn)題之一，會(huì)造成設(shè)備故障、施工項(xiàng)目停工、地層紊亂等問(wèn)題，造成直接、間接經(jīng)濟(jì)損失巨大。中鐵一局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司是專(zhuān)業(yè)從事地鐵隧道施工的工程單位，從2017 年至2021 年底，共發(fā)生盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)污染事故9 次，造成停機(jī)時(shí)間超過(guò)半年，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)百萬(wàn)元。

1 盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)污染監(jiān)測(cè)防護(hù)常用的手段

目前多數(shù)盾構(gòu)機(jī)使用單位通過(guò)盾構(gòu)機(jī)離線(xiàn)油液檢測(cè)方式進(jìn)行污染監(jiān)控，就是通過(guò)定期獲取正在使用的液壓油進(jìn)行顆粒度、水分等項(xiàng)目的檢測(cè)分析。通過(guò)檢測(cè)結(jié)論來(lái)評(píng)價(jià)液壓系統(tǒng)污染情況，如發(fā)現(xiàn)污染問(wèn)題再通知使用單位進(jìn)行處置。而盾構(gòu)施工環(huán)境復(fù)雜，地下空間粉塵、水分等污染物濃度高，極易引發(fā)油液污染，通常發(fā)生液壓系統(tǒng)污染具有偶然性，時(shí)間不確定性，離線(xiàn)油液檢測(cè)因檢測(cè)頻次和檢測(cè)時(shí)機(jī)很難及時(shí)捕捉到污染問(wèn)題，不能形成有效的預(yù)警。

現(xiàn)有的盾構(gòu)液壓系統(tǒng)中，污染控制基本上是利用盾構(gòu)機(jī)自帶的過(guò)濾器進(jìn)行雜質(zhì)、金屬屑的過(guò)濾及分離，但是由于過(guò)濾器的過(guò)濾效果參差不齊，而且還有部分管路上沒(méi)有安裝過(guò)濾器，無(wú)法進(jìn)行過(guò)濾，因此不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)液壓油的污染情況，使得污染物循環(huán)到整個(gè)液壓系統(tǒng)，造成多個(gè)馬達(dá)、液壓泵損壞等嚴(yán)重事故，給盾構(gòu)施工帶來(lái)極大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。

2 盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)污染常見(jiàn)原因

造成液壓系統(tǒng)污染的原因主要有：①在管路安裝連接過(guò)程中，管路法蘭結(jié)合面O 形圈掉入到管路內(nèi)，造成液壓系統(tǒng)污染；②在盾構(gòu)機(jī)拆裝過(guò)程中，對(duì)管路接口防護(hù)不到位，導(dǎo)致雜物進(jìn)入到管路內(nèi)，從而污染液壓系統(tǒng)；③在使用過(guò)程中，操作人員對(duì)設(shè)備使用不當(dāng)，導(dǎo)致的污染物進(jìn)入；④液壓油加注不當(dāng)，導(dǎo)致的液壓油污染；⑤設(shè)備故障，導(dǎo)致冷卻水進(jìn)入液壓系統(tǒng)；⑥液壓泵、馬達(dá)、管路等自身?yè)p耗或故障，導(dǎo)致整個(gè)液壓系統(tǒng)污染。

3 盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)：監(jiān)測(cè)盾構(gòu)機(jī)泄油管中液壓油的顆粒度、水分含量、溫度等指標(biāo)，通過(guò)對(duì)泄油管油液狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，判斷液壓系統(tǒng)是否受到了污染。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)盾構(gòu)機(jī)液壓油狀態(tài)，有效預(yù)防因油品污染導(dǎo)致液壓系統(tǒng)癱瘓，如液壓泵、馬達(dá)故障等，降低盾構(gòu)施工的故障率，避免因液壓泵、馬達(dá)故障造成的維修、項(xiàng)目停工等經(jīng)濟(jì)損失。

盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由油液檢測(cè)裝置、過(guò)濾裝置、信號(hào)采集單元、信號(hào)中繼和上位機(jī)組成，其中，油液檢測(cè)裝置是由顆粒度傳感器、水分傳感器和溫度傳感器串聯(lián)組裝而成，屬于在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部件。將盾構(gòu)機(jī)油液檢測(cè)裝置采集的信號(hào)，通過(guò)中繼將信號(hào)進(jìn)行放大，并傳輸至主控室的上位機(jī)，上位機(jī)將信號(hào)中繼上傳的信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)預(yù)設(shè)的預(yù)警值，判斷液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并形成狀態(tài)報(bào)警監(jiān)測(cè)。如發(fā)生狀態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警，監(jiān)控人員立即提醒操作人員立即停機(jī)檢查并處理，防止液壓系統(tǒng)污染或污染程度擴(kuò)大。實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)還可以通過(guò)軟件系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)保存，進(jìn)行階段性分析解讀液壓系統(tǒng)污染狀態(tài)。

3.1 液壓油在線(xiàn)監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)原理

液壓油在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由吸油側(cè)壓力表、吸油濾芯、循環(huán)泵、電機(jī)、出油側(cè)壓力表、安全閥、粗濾、精濾、單向閥、單點(diǎn)檢測(cè)傳感器及控制部分組成，吸油、回油與盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)主油箱通過(guò)管路連接，其中前9 個(gè)部件可利用原盾構(gòu)機(jī)液壓站系統(tǒng)循環(huán)冷卻過(guò)濾系統(tǒng)，增加單點(diǎn)檢測(cè)傳感器及控制部分。也可以再增加一套循環(huán)凈化設(shè)備，進(jìn)行液壓油二次凈化。盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中逐漸產(chǎn)生磨粒（金屬顆粒），或因在維保換油過(guò)程及使用過(guò)程中操作不當(dāng)，密封泄漏等原因造成外部水分和雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)，液壓油在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)油液的參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行報(bào)警。

本系統(tǒng)的另一個(gè)主要作用就是進(jìn)行液壓油凈化，液壓油同時(shí)通過(guò)粗濾、精濾對(duì)盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)液壓油進(jìn)行連續(xù)過(guò)濾清潔，將大污染顆粒分離出來(lái)，使主油箱液壓油保持在最佳狀態(tài)。

如只有顆粒度報(bào)警，說(shuō)明固體污染物數(shù)量超標(biāo)，在經(jīng)過(guò)濾系統(tǒng)循環(huán)后，報(bào)警狀態(tài)依然存在，就說(shuō)明過(guò)濾系統(tǒng)濾芯污染嚴(yán)重，無(wú)法完成油品凈化任務(wù)，需要進(jìn)行更換。如顆粒度和水分指標(biāo)同時(shí)報(bào)警，就要及時(shí)查找水分來(lái)源，進(jìn)行停機(jī)處理。由于過(guò)濾裝置主要作用是過(guò)濾大顆粒污染，過(guò)濾水分效果較差，水分異常需要線(xiàn)下進(jìn)行特別處理。特別說(shuō)明的事，溫度報(bào)警，僅說(shuō)明液壓油的使用溫度高，需要盾構(gòu)操作人員注意，一般不需要特別處理。

液壓油在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制部分預(yù)留油液檢測(cè)、濾芯維護(hù)提示信息電氣接口，可根據(jù)需求增加相應(yīng)指標(biāo)傳感器，也可以通過(guò)接口進(jìn)行維修維護(hù)（圖1）。

圖1 液壓油在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理

在液壓管路上加裝過(guò)濾器，形成系統(tǒng)自過(guò)濾，在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有需要的二次過(guò)濾，以及液壓油在線(xiàn)顆粒度、水分、溫度等指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)σ簤合到y(tǒng)運(yùn)行狀況及過(guò)濾狀況進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)，合理規(guī)劃過(guò)濾時(shí)間，同時(shí)監(jiān)測(cè)的油液顆粒度、水分含量等參數(shù)，以及過(guò)濾器污染狀態(tài)，可以進(jìn)行后臺(tái)軟件存儲(chǔ)，并具有數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，可以有效進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及階段性監(jiān)測(cè)。液壓油在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制部分顯示界面見(jiàn)圖2，液壓油在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在盾構(gòu)機(jī)液壓油箱旁，通過(guò)安裝支架固定在拖車(chē)橫梁上（圖3）。

圖2 液壓油在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示界面

圖3 液壓油在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝效果

3.2 盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)在線(xiàn)健康監(jiān)控預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)

盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)主要有兩個(gè)分別為顆粒度和水分，分為3 種狀態(tài)，分別為：正常狀態(tài)，用綠色顯示；預(yù)警狀態(tài)用黃色顯示；預(yù)警并停機(jī)狀態(tài)為紅色顯示。也可以根據(jù)實(shí)際盾構(gòu)機(jī)機(jī)況、液壓油情況及盾構(gòu)機(jī)以往潤(rùn)滑情況進(jìn)行調(diào)整預(yù)警值（表1）。

表1 盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警參考標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)論

（1）目前盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)，多數(shù)通過(guò)離線(xiàn)油液檢測(cè)，輔以事后根據(jù)檢測(cè)值通知預(yù)警處理的方式，因檢測(cè)頻次和檢測(cè)時(shí)間等原因?qū)е碌臅r(shí)效性問(wèn)題無(wú)法避免，無(wú)法有效的做到液壓系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)。

（2）在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顆粒度、水分等核心指標(biāo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)潤(rùn)滑問(wèn)題，并及時(shí)報(bào)警，為后續(xù)查找液壓?jiǎn)栴}、處理液壓?jiǎn)栴}提供強(qiáng)力支持。

（3）針對(duì)盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)各液壓泵的泄漏油未過(guò)濾就以直排方式進(jìn)入主油箱，存在局部污染，產(chǎn)生多米諾效應(yīng)，從而污染整機(jī)液壓系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的過(guò)濾功能，將污染物及時(shí)過(guò)濾掉，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行自清潔，使油液保持在最佳狀態(tài)，而過(guò)濾器濾芯報(bào)警功能，能很好地保證過(guò)濾效果。

（4）若在線(xiàn)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅安裝實(shí)施監(jiān)控系統(tǒng)，未安裝過(guò)濾設(shè)備部分，使用盾構(gòu)機(jī)自帶的過(guò)濾泵，也可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，缺點(diǎn)是無(wú)法監(jiān)控過(guò)濾泵濾芯的使用狀態(tài)。若過(guò)濾泵濾芯失效，也存在液壓系統(tǒng)污染惡化的風(fēng)險(xiǎn)。