TB880E型隧道掘進(jìn)機(jī)主軸承損壞原因分析

張紅耀

(中鐵隧道集團(tuán)專有設(shè)備中心，河南 洛陽(yáng) 471009)

TB880E型隧道掘進(jìn)機(jī)主軸承損壞原因分析

張紅耀

(中鐵隧道集團(tuán)專有設(shè)備中心，河南 洛陽(yáng) 471009)

TBM施工過(guò)程中主軸承出現(xiàn)故障損壞的案例時(shí)有發(fā)生，常會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。大多數(shù)的軸承損壞事件都或多或少地與人的因素有關(guān)，單純的軸承質(zhì)量問(wèn)題事件很少，為了減少軸承損壞事件的發(fā)生，現(xiàn)依托南疆線吐庫(kù)段增建二線鐵路工程二標(biāo)中天山隧道，以TB880E型隧道掘進(jìn)機(jī)主軸承故障為例，介紹了故障產(chǎn)生的過(guò)程、處理方案以及監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用情況；重點(diǎn)結(jié)合主軸承的拆解結(jié)果，從TBM的組裝調(diào)試、掘進(jìn)操作、維修保養(yǎng)和故障處理等各個(gè)環(huán)節(jié)系統(tǒng)分析主軸承損壞的原因及所造成的影響，并提出TBM組裝調(diào)試、操作維護(hù)等方面的建議。

TB880E型隧道掘進(jìn)機(jī)；TBM主軸承；潤(rùn)滑；油水監(jiān)測(cè)；超載；裝配；油脂質(zhì)量

0 引言

在TBM的眾多部件中主軸承是重要部件之一，主軸承廠商不公開(kāi)的資料顯示，TBM主軸承的使用壽命能達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的只有5%，95%的主軸承都在還沒(méi)有達(dá)到其設(shè)計(jì)壽命前由于各種原因而損壞。主軸承在施工過(guò)程中損壞的案例時(shí)有發(fā)生，更換時(shí)間長(zhǎng)、難度大、對(duì)工期的影響大，造成的負(fù)面影響大。正因?yàn)槿绱?，主軸承損壞后施工單位和設(shè)備商往往不愿對(duì)外聲張，大都內(nèi)部悄悄處理，最終使損壞原因撲朔迷離，難以查清，給整個(gè)TBM施工行業(yè)帶來(lái)了不利影響。

在TBM主軸承使用領(lǐng)域，文獻(xiàn)[1]介紹了洞內(nèi)更換內(nèi)密封過(guò)程，分析了內(nèi)密封失效的原因，進(jìn)而提出相應(yīng)措施；文獻(xiàn)[2]介紹了洞內(nèi)修復(fù)主軸承密封系統(tǒng)；文獻(xiàn)[3]主要介紹了主軸承洞內(nèi)更換方案，對(duì)主軸承損壞情況進(jìn)行了描述，對(duì)主軸承故障產(chǎn)生的原因做了簡(jiǎn)單推測(cè)；文獻(xiàn)[4]對(duì)主軸承進(jìn)水事故進(jìn)行了詳細(xì)的分析判斷；文獻(xiàn)[5]對(duì)如何運(yùn)用油樣分析的方法診斷主軸承故障做了詳細(xì)研究；文獻(xiàn)[6-7]對(duì)主軸承常見(jiàn)故障進(jìn)行了分析，并在維護(hù)保養(yǎng)方面提出了建議；文獻(xiàn)[8] 從狀態(tài)監(jiān)測(cè)、維護(hù)保養(yǎng)及運(yùn)行操作3個(gè)方面，針對(duì)不同的側(cè)重點(diǎn)，分別提出了避免和減少主軸承密封系統(tǒng)故障的對(duì)策。

以上均著重對(duì)主軸承密封系統(tǒng)及主軸承的洞內(nèi)更換方案進(jìn)行了研究，對(duì)主軸承在使用過(guò)程中所發(fā)生的故障原因，特別是主軸承主體損壞的原因做系統(tǒng)研究的很少，而主軸承主體損壞所造成的損失往往比密封系統(tǒng)故障要大得多，原因也更復(fù)雜。研究主軸承損壞的原因，從中總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，避免類似情況的再次發(fā)生，是本文研究的主要內(nèi)容。依據(jù)TB880E型掘進(jìn)機(jī)在南疆吐庫(kù)二線中天山隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)的主軸承損壞事件重點(diǎn)進(jìn)行了探討。

1 TB880E刀盤(pán)及主軸承簡(jiǎn)介

TB880E掘進(jìn)機(jī)是1997年鐵道部從德國(guó)引進(jìn)的首臺(tái)全斷面敞開(kāi)式硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)，刀盤(pán)為面板式結(jié)構(gòu)，由維爾特公司生產(chǎn)，刀盤(pán)直徑為8 800 mm，分為基本對(duì)稱的2個(gè)半圓塊，2塊刀盤(pán)用螺栓連接，刀盤(pán)結(jié)合處焊接加固。

主軸承是3列圓柱滾子軸承，主推軸承為雙排滾子軸承，徑向和副推為單排滾子軸承，主軸承外徑5 200 mm，滾刀直徑4 500 mm。軸承由軸承箱和齒輪箱2部分組成，由1道條形密封將二者分成2個(gè)獨(dú)立密閉的腔室，防止齒輪箱內(nèi)的雜質(zhì)進(jìn)入軸承箱。軸承的內(nèi)外圈密封系統(tǒng)均采用3道橡膠唇形密封，F(xiàn)1注齒輪油，F(xiàn)2注EP2，O1為沖刷油道，主軸承正常工作時(shí)不使用，密封之間由隔離環(huán)隔開(kāi)。主軸承外密封示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 主軸承外密封示意圖

TB880E在磨溝嶺隧道施工前更換了新的主軸承，完成掘進(jìn)4 653 m，于2002年運(yùn)往新鄉(xiāng)存放。 2007年9月開(kāi)始進(jìn)行檢修，準(zhǔn)備用于中天山隧道。施工前對(duì)主軸承進(jìn)行了檢查，對(duì)2塊刀盤(pán)的結(jié)合面進(jìn)行了簡(jiǎn)單打磨清洗處理后對(duì)接。

2007年10月全部運(yùn)到中天山隧道進(jìn)口工地，2007年11月2日開(kāi)始步進(jìn)，2007年12月6日開(kāi)始正式掘進(jìn)，2013年9月14日貫通，共掘進(jìn)13 644 m。

2 故障描述及過(guò)程處理

2008年1月18日發(fā)現(xiàn)內(nèi)圈沒(méi)有出脂，檢查后發(fā)現(xiàn)分配閥處的油管接錯(cuò)，隨即進(jìn)行改正，但內(nèi)圈出脂仍然相對(duì)較少，而外圈正常。2008年2月3日，發(fā)現(xiàn)有油脂進(jìn)入主軸承齒輪油內(nèi)，2008年3月25日齒輪油中的機(jī)械雜質(zhì)開(kāi)始超標(biāo)，鐵譜和光譜分析顯示主軸承齒輪油內(nèi)開(kāi)始有嚴(yán)重金屬磨粒，鐵、銅和硅元素超標(biāo)，及時(shí)進(jìn)行了換油處理。為了防止雜質(zhì)進(jìn)入主軸承內(nèi)部，2008年4月20日恢復(fù)液壓油沖刷系統(tǒng)，但又發(fā)現(xiàn)齒輪油黏度快速下降，2008年5月20日召開(kāi)了專題會(huì)，決定采用以下措施。

1)主軸承齒輪油的黏度降低部分原因是沖洗內(nèi)圈的液壓油進(jìn)入齒輪箱所致。為了保證沖刷系統(tǒng)正常運(yùn)行，又不使液壓油進(jìn)入齒輪油中，將齒輪油分出一支(1 L/min，1.5 MPa)供給內(nèi)圈沖刷，這些齒輪油最終又回到齒輪油箱，不影響主軸承油潤(rùn)滑系統(tǒng)的正常工作。

2)為了確保主軸承內(nèi)圈出脂狀況正常，用給K氏供脂的泵給主軸承內(nèi)圈供脂，并加大供脂量(由原來(lái)的23.5 mL/min提高到35 mL/min)。具體方法是：供主軸承脂的泵只給主軸承外圈供脂，脈沖減半；供K氏脂的泵給主軸承內(nèi)圈供脂；K氏在換步和保養(yǎng)時(shí)供脂。

2008年4月23日第一次發(fā)現(xiàn)大量石粉和水進(jìn)入齒輪油，一直到2008年7月12日換油時(shí)才把問(wèn)題找到并解決，原因是齒輪油箱的密封墊壞了和經(jīng)常用水沖洗油箱上的粉塵。

盡管采取了以上措施，但主軸承的情況仍沒(méi)有根本性改善。2008年6月16日機(jī)械雜質(zhì)增長(zhǎng)速度逐漸加快，情況逐漸惡化，7月10日油箱底部發(fā)現(xiàn)銅塊和粉塵，同時(shí)機(jī)械雜質(zhì)超標(biāo)，9月12日發(fā)現(xiàn)銅片和密封碎片以及大量粉塵，10月5日開(kāi)始出現(xiàn)疑似被碾壓過(guò)的鐵塊，見(jiàn)圖2。

圖2 油箱底部發(fā)現(xiàn)的鐵塊

為了控制主軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)故障的進(jìn)一步惡化，經(jīng)專家會(huì)討論決定采取以下措施：

1)加強(qiáng)主軸承潤(rùn)滑油脂的供應(yīng)，確保出脂封塵效果，各班密切觀察。

2)提高PLC程序設(shè)定保護(hù)，將PLC脈沖次數(shù)限制提高為25次報(bào)警，20次停機(jī)，作為保護(hù)手段。

3)在主軸承內(nèi)圈出脂口暴露部分加焊防護(hù)裙邊，減少粉塵進(jìn)入潤(rùn)滑油脂的可能性。

4)在主軸承油潤(rùn)滑系統(tǒng)中，使用濾脂袋，加強(qiáng)對(duì)潤(rùn)滑油中污染物的過(guò)濾，改善潤(rùn)滑狀況，降低主軸承油潤(rùn)滑系統(tǒng)污染對(duì)機(jī)械磨損的影響。

5)加強(qiáng)檢測(cè)，密切跟蹤掌握主軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)狀況。

6)訂購(gòu)主軸承唇形密封，做好更換密封的準(zhǔn)備工作。

7)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，適當(dāng)加大換油頻率，改善潤(rùn)滑狀況。

訂購(gòu)的主軸承唇形密封于2008年12月30日到達(dá)工地，2009年1月3日至2009年1月17日停機(jī)14 d 對(duì)主軸承唇形密封和防塵、防油密封及其他相關(guān)密封圈進(jìn)行了更換。

主軸承密封更換后正常運(yùn)行了1個(gè)多月，2009年2月24日晚主軸承齒輪油又突現(xiàn)雜質(zhì)，觀察發(fā)現(xiàn)刀盤(pán)與主軸承間加焊的16塊連接筋板有5塊裂開(kāi)；進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)孔刀對(duì)應(yīng)方向主軸承防油防塵O型密封處有漏油現(xiàn)象，故基本可以判斷是從防塵防油密封處進(jìn)的雜質(zhì)，于3月1日再次停機(jī)，經(jīng)檢查和檢測(cè)，主軸承狀況如下：

1)從2008年10月5日開(kāi)始出現(xiàn)大塊鐵屑的現(xiàn)象一直沒(méi)有停止，經(jīng)專家對(duì)鐵屑實(shí)物進(jìn)行辨認(rèn)并做物理分析確認(rèn)鐵屑主要來(lái)源于主推力軸承的滾道和滾柱。

2)在檢查主軸承的跳動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)軸向跳動(dòng)正常，徑向跳動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)(標(biāo)準(zhǔn)值為0.1～0.3 mm，實(shí)測(cè)值為1.2 mm)。專家認(rèn)為主要是由徑向軸承磨損、間隙加大導(dǎo)致軸承下沉造成的。

3)主軸承出脂情況良好。

4)主軸承油箱內(nèi)仍然有大量雜質(zhì)，會(huì)加劇軸承的磨損。

5)根據(jù)鐵譜、光譜分析報(bào)告顯示，鐵元素含量還是偏高，屬非正常磨損磨粒，磨損情況還有待繼續(xù)抽樣檢測(cè)觀察。

維爾特公司專家對(duì)主軸承的狀況進(jìn)行了鑒定，認(rèn)為此軸承雖然已出現(xiàn)故障，但采取增大潤(rùn)滑油(脂)量、降低推力和系統(tǒng)加裝濾脂袋等保護(hù)措施，同時(shí)加強(qiáng)油樣監(jiān)測(cè)、加大換油頻次可以完成剩余工程(8 313 m)，不用更換，帶病的主軸承一直工作至隧道貫通。

3 主軸承拆解

2014年1月在中天山隧道出口對(duì)主軸承進(jìn)行拆解，具體情況如下：

1)主推滾道(大齒圈)。滾道圓周基本對(duì)稱的位置出現(xiàn)2處長(zhǎng)約1 m的剝蝕帶，其位置和形狀見(jiàn)圖3，最深的一處有9～10 mm，材料結(jié)構(gòu)組織已經(jīng)失效。

滾道上的軟帶清晰可見(jiàn)，軟帶上有密集的壓痕坑，軟帶兩側(cè)相對(duì)完好，見(jiàn)圖4。

2)主推滾道(后滾道)。后滾道表面沒(méi)有大面積的剝蝕，但在2排滾子結(jié)合處滾子碾壓后形成了一條明顯的印痕，印痕貫穿滾道全部周長(zhǎng)，已發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形，高度近0.5 mm，見(jiàn)圖5。

(a)

(b)

圖4 軟帶

圖5 主推后滾道

3)主推力滾珠。半數(shù)以上的滾珠有不同程度的掉塊現(xiàn)象，絕大多數(shù)是端頭掉塊，也有少量同時(shí)存在中間掉塊，見(jiàn)圖6。

圖6 滾珠掉塊

4)主推軸承保持架。保持架和滾子接觸的部分有非常大的磨損，但結(jié)構(gòu)仍保持完整，見(jiàn)圖7。

圖7 主軸承保持架

根據(jù)以上拆解情況，此主軸承基本報(bào)廢。

4 原因分析

此主軸承在磨溝嶺隧道完成了4 653 m的掘進(jìn)任務(wù)，使用過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)主軸承方面的問(wèn)題。工程結(jié)束后在洛陽(yáng)軸承廠技術(shù)人員的協(xié)助下，在新鄉(xiāng)機(jī)械制造廠進(jìn)行了全面拆檢，結(jié)果顯示軸承各部位沒(méi)有問(wèn)題，由此可以排除主軸承質(zhì)量缺陷。造成此次事件的原因有哪些？如何避免此類事件？

1)TBM組裝時(shí)潤(rùn)滑系統(tǒng)管路連接錯(cuò)誤。2008年1月18日發(fā)現(xiàn)主軸承內(nèi)圈沒(méi)有出脂，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)TBM組裝時(shí)分配閥處的油管接錯(cuò)，于是按圖紙重新連接管路，雖經(jīng)過(guò)幾次處理和調(diào)整內(nèi)圈出脂情況，但一直沒(méi)有達(dá)到良好狀態(tài)，長(zhǎng)期的出脂不充分造成密封的部分損壞。

TBM主軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)都設(shè)有潤(rùn)滑油(脂)監(jiān)控系統(tǒng)，但監(jiān)控系統(tǒng)只能監(jiān)控潤(rùn)滑油的流量并不能監(jiān)控各個(gè)潤(rùn)滑部位的潤(rùn)滑狀況，所以在主軸承組裝完成后刀盤(pán)組裝前應(yīng)試運(yùn)行主軸承，對(duì)主軸承各潤(rùn)滑部位的出脂(油)狀況進(jìn)行逐個(gè)檢查，確認(rèn)所有潤(rùn)滑點(diǎn)全部正常再安裝刀盤(pán)。

2)潤(rùn)滑脂的質(zhì)量問(wèn)題。設(shè)備廠商推薦主軸承和K氏使用康達(dá)特牌原裝進(jìn)口的高黏度鋰鈣EP2潤(rùn)滑脂，項(xiàng)目上使用的是中外合資的高黏度鋰皂LL-EP680 EP2潤(rùn)滑脂，使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)不同批次的脂針入度明顯不同，流動(dòng)性不好，泵送困難，質(zhì)量不穩(wěn)定，特別是2007年10月29日生產(chǎn)的脂很硬泵送不了。2008年10月開(kāi)始先后換用力能士、美孚和?？?國(guó)產(chǎn))等品牌進(jìn)行試驗(yàn)，2008年12月起使用性能穩(wěn)定、價(jià)格相對(duì)便宜和各項(xiàng)指標(biāo)接近康達(dá)特脂的美孚牌鋰鈣EP2潤(rùn)滑脂。

長(zhǎng)期使用性能不穩(wěn)定的潤(rùn)滑脂可能是出脂不充分的重要因素之一，同樣會(huì)導(dǎo)致外部雜質(zhì)進(jìn)入主軸承內(nèi)部污染齒輪油，影響齒輪油的理性指標(biāo)，降低齒輪油的潤(rùn)滑效果，可能對(duì)主軸承產(chǎn)生傷害。

3)齒輪油進(jìn)水的問(wèn)題。第一次發(fā)現(xiàn)大量石粉和水進(jìn)入齒輪油是在2008年4月23日，一直到2008年7月12日換油才把問(wèn)題找到并解決，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)80 d。最后發(fā)現(xiàn)原因是齒輪油箱的密封墊壞了，經(jīng)常用水沖洗油箱時(shí)水和油箱上的粉塵進(jìn)入了油箱內(nèi)。水和粉塵的進(jìn)入嚴(yán)重影響齒輪油的理性指標(biāo)，對(duì)軸承造成傷害。

4)掘進(jìn)施工期間軸承超載及潤(rùn)滑不良。從掘進(jìn)開(kāi)始項(xiàng)目部就進(jìn)行了全面系統(tǒng)的油水監(jiān)測(cè)工作，主軸承油水監(jiān)測(cè)的部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表1，從油水監(jiān)測(cè)的結(jié)果來(lái)看，主軸承在2008年3月3日后，機(jī)械雜質(zhì)增長(zhǎng)很快，特別是在2008年4月23日油的黏度急劇下降。第2次換油后用了35.9 h機(jī)械雜質(zhì)達(dá)到0.03%。油的黏度偏低，其原因可能是系統(tǒng)冷卻效果不好或滑動(dòng)表面由于荷載或速度過(guò)大而出現(xiàn)瞬間高溫超過(guò)油的極壓溫度所致[9]。掘進(jìn)以來(lái)油箱溫度沒(méi)有異常，軸承速度因素也可以排除，所以超載是最大的可能。

表1 主軸承油水監(jiān)測(cè)Table 1 Results of oil and water monitoring of main bearing

注：表中深色為換油時(shí)間。

項(xiàng)目部分別于2008年3月25日和5月4日提取了油樣進(jìn)行光譜分析和鐵譜分析。光譜分析結(jié)果顯示：鐵、銅、金屬元素和硅、磷等非金屬元素的含量很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出控制范圍，除去脂中各元素的影響，密封的狀況還是比較差，出脂效果很不好。有砂粒進(jìn)入了系統(tǒng)，主軸承的滾子、保持架和滾道磨損很嚴(yán)重。鐵譜分析結(jié)果顯示：2008年3月25日的油樣鐵譜分析中首次發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重磨粒；油中各種磨粒量都很大(鐵譜稀釋比為100∶1)，特別是嚴(yán)重的疲勞層狀切屑、大量銅磨粒的出現(xiàn)，說(shuō)明系統(tǒng)中有外來(lái)污染顆?；蚴窍到y(tǒng)內(nèi)的游離磨屑造成系統(tǒng)非正常磨損，油中有中量的鐵的紅色和黑色氧化物，說(shuō)明系統(tǒng)中有水分和嚴(yán)重潤(rùn)滑不良。系統(tǒng)中有球粒出現(xiàn)(球粒磨屑是軸承的疲勞裂紋中產(chǎn)生的)。

通過(guò)以上分析可以看到：從2008年3月25日起主軸承在超載及潤(rùn)滑不良的雙重作用下出現(xiàn)嚴(yán)重的非正常磨損，主軸承的滾子、保持架和滾道磨損很嚴(yán)重。

TBM主軸承的承載力一般都很大，單純的掘進(jìn)推力造成超載的可能性較小，但刀盤(pán)偏載、刀盤(pán)法蘭變形、主機(jī)振動(dòng)和潤(rùn)滑油理性指標(biāo)下降等多種條件疊加時(shí)就有可能會(huì)造成軸承局部超載，掘進(jìn)施工期間應(yīng)根據(jù)巖石情況合理選擇掘進(jìn)參數(shù)，加強(qiáng)油水監(jiān)測(cè)工作，降低可能的風(fēng)險(xiǎn)。

5)刀盤(pán)裝配的問(wèn)題。根據(jù)拆解結(jié)果，主推后滾道發(fā)生塑性變形，滾珠端頭掉塊以及主推滾道(大齒圈)的2條嚴(yán)重剝蝕帶等現(xiàn)象都說(shuō)明主推軸承局部長(zhǎng)期承受了巨大的超載負(fù)荷，這與油樣監(jiān)測(cè)的結(jié)果相符。

后滾道全部周長(zhǎng)上的塑性變形及滾道面相對(duì)完好說(shuō)明后滾道與軸承箱裝配良好。而主推滾道(大齒圈)上的2條集中的嚴(yán)重剝蝕帶說(shuō)明滾道的這2個(gè)位置存在局部受力的現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的原因可能是刀盤(pán)法蘭與主軸承接觸面配合不好。在TBM試掘進(jìn)期間檢查刀盤(pán)螺栓時(shí)發(fā)現(xiàn)有多根螺栓松動(dòng)，并有1根螺栓折斷；2009年1月更換主軸承密封時(shí)又發(fā)現(xiàn)主軸承和刀盤(pán)的結(jié)合面之間有薄厚不一的泥餅，這些現(xiàn)象從另一方面證明配合不好的事實(shí)。

配合不好導(dǎo)致大齒圈滾道微量變形，來(lái)自刀盤(pán)的力由少部分滾珠承受，滾珠嚴(yán)重超載，造成滾珠和滾道損壞。基本對(duì)稱的2條嚴(yán)重的剝蝕帶說(shuō)明配合不好可能與兩半塊刀盤(pán)對(duì)接不標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。配合不好的另一個(gè)因素是刀盤(pán)與主軸承之間的接觸面沒(méi)有清理干凈，存留有雜物。從此次現(xiàn)象上看前種因素的可能性較大。

TBM主軸承的滾道直徑大，與滾柱的配合精度高，這就要求TBM的裝配精度也很高，微小的誤差也可能會(huì)造成軸承局部嚴(yán)重超載。組裝前應(yīng)對(duì)各配合面仔細(xì)清潔并詳細(xì)檢查和測(cè)量，特別是法蘭對(duì)接的刀盤(pán)，組對(duì)后必須對(duì)法蘭面的平面度進(jìn)行測(cè)量再進(jìn)行焊接加固。刀盤(pán)和主軸承裝配完成后應(yīng)對(duì)刀盤(pán)的開(kāi)挖輪廓線(徑向和軸向)、刀盤(pán)中心等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)無(wú)誤后再向前步進(jìn)。

6)沒(méi)有及時(shí)更換主軸承。主軸承是一個(gè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)大的精密部件，從故障產(chǎn)生到損壞失效都有一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)故障后越早處理，主軸承的損壞程度就越小，造成的損失也越小。但受現(xiàn)實(shí)條件制約往往很難及時(shí)更換，等達(dá)到更換條件時(shí)軸承已損壞非常嚴(yán)重。此次沒(méi)有及時(shí)更換，分析起來(lái)有以下幾方面的原因：①在沒(méi)有完全查清原因的情況下，即使更換新軸承上去也有再次損壞的可能；②沒(méi)有貯備完好的主軸承，新購(gòu)周期長(zhǎng)，洞內(nèi)更換也困難；③此軸承已使用了一個(gè)項(xiàng)目，能將此項(xiàng)目完成軸承的剩余壽命已不多；④根據(jù)維爾特專家的經(jīng)驗(yàn)，在采取前述措施下此軸承可以完成剩余工程，考慮到刀盤(pán)的情況，專家建議不予更換。

本次主軸承雖然完成了剩余工程，表面看節(jié)省了更換主軸承的時(shí)間，但此后8 km多的掘進(jìn)中為了保證主軸承能完成剩余工程而采取的降低推力和掘進(jìn)速度造成的工期延誤、加強(qiáng)潤(rùn)滑造成的油料浪費(fèi)和主軸承報(bào)廢的直接損失等代價(jià)同樣巨大。

7)O1油口的作用問(wèn)題。由圖2可以看出，主軸承工作時(shí)O1腔內(nèi)沒(méi)有潤(rùn)滑，這樣會(huì)造成第2道密封和第3道密封的背部一直處于未潤(rùn)滑狀態(tài)，對(duì)密封系統(tǒng)不利。特別是第2道密封，因F1腔內(nèi)的脂有一定的壓力，加上密封自身的預(yù)緊力使第2道密封緊緊地貼在耐磨環(huán)上，磨損更快。2010年6月處理主軸承密封時(shí)發(fā)現(xiàn)外密封架磨損狀況見(jiàn)圖8，由圖中可以看出第2道密封處磨損最為嚴(yán)重，實(shí)際測(cè)量磨損深度達(dá)到5.5 mm。筆者查閱了同為維爾特公司生產(chǎn)的TB803E型和羅賓斯公司生產(chǎn)的TBM337型硬巖掘進(jìn)機(jī)，都沒(méi)有采取這種設(shè)計(jì)，而用于軟巖的盾構(gòu)則有采用類似設(shè)計(jì)的(O1口作為監(jiān)測(cè)通道)，在硬巖掘進(jìn)機(jī)中O1口是否需要充注潤(rùn)滑劑值得探討。

圖8 密封架磨損

5 總結(jié)及體會(huì)

1)造成主軸承損壞的因素很多，需要從主軸承的生產(chǎn)、TBM相關(guān)部分的設(shè)計(jì)、TBM的組裝調(diào)試和使用維護(hù)等各個(gè)方面采取措施。

2)主軸承損壞有一個(gè)過(guò)程，早期的故障診斷非常重要，早發(fā)現(xiàn)早處理能使故障造成的損失降到最低。油水監(jiān)測(cè)是早期診斷故障的有效手段，建立一套完善的監(jiān)測(cè)制度是TBM主軸承正常運(yùn)行的有力保證。

3)對(duì)于大型重點(diǎn)工程，提前備用主軸承是必要的，一旦發(fā)現(xiàn)主軸承出現(xiàn)故障并受到損傷可以立即更換，更換下來(lái)的主軸承還可能有修復(fù)的價(jià)值，主軸承帶病工作時(shí)間越長(zhǎng)，造成的損失越大。

4)油品的質(zhì)量和清潔度對(duì)主軸承的影響至關(guān)重要，盲目地為了項(xiàng)目成本而降低油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)往往會(huì)得不償失。

5)TBM是一種針對(duì)性較強(qiáng)的專用設(shè)備，不同的廠商有各自不同的設(shè)計(jì)理念，它的適用性需要在具體的施工實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證和提高。

[1]劉洪.TBM主軸承內(nèi)密封洞內(nèi)更換及失效分析[J].鐵道建筑技術(shù)，2009(11)：49-52.(LIU Hong.Replacement inside the tunnel and failure analysis of sealing of TBM main bearing [J].Railway Construction Technology,2009(11)：49-52.(in Chinese))

[2]賈峰.TBM主軸承密封系統(tǒng)洞內(nèi)修復(fù)[J].隧道建設(shè),2013,33(3)：252-258.(JIA Feng.Repairing of seal system of main bearing of TBM in tunnel [J].Tunnel Construction,2013,33(3)：252-258.(in Chinese))

[3]唐與,吳慶山,韓志遠(yuǎn).支撐式TBM掘進(jìn)中途的主軸承更換及處理[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009(1)：64-71.(TANG Yu,WU Qingshan,HAN Zhiyuan.Replacement and treatment of support-type TBM main bearing during boring[J].Modern Tunnelling Technology,2009(1): 64-71.(in Chinese))

[4]劉志華,劉洪.TBM主軸承潤(rùn)滑油進(jìn)水事故分析與處理[J].建筑機(jī)械化,2008(9)：42-44.(LIU Zhihua,LIU Hong.Analysis and treatement for water into lubricating oil of main bearing of TBM[J].Construction Mechanization,2008(9)：42-44.(in Chinese))

[5]劉志華,劉洪.TBM主軸承故障診斷中的油樣分析[J].建筑機(jī)械化,2008(6)：64-66.(LIU Zhihua,LIU Hong.Oil analysis in fault diagnosis of TBM headstock[J].Construction Mechanization,2008(6)：64-66.(in Chinese))

[6]王雁軍.TBM主軸承故障成因分析及維保技術(shù) [J]．國(guó)防交通工程與技術(shù),2011,9(2)：46-49.(WANG Yanjun.Analysis of the causes of failures of the main bearing of the TBM and maintenance techniques for it[J].Traffic Engineering and Technology for National Defence,2011,9(2)：46-49.(in Chinese))

[7]姜橋.TB880E隧道(硬巖)掘進(jìn)機(jī)主軸承密封故障診斷與處理[J] .隧道建設(shè),2010,30(6): 724-729.(JIANG Qiao.Diagnosis and solutions for faults of main beaing seal of TB880E and rock TBM[J].Tunnel Construction,2010,30(6)：724-729.(in Chinese))

[8]趙戰(zhàn)欣.TBM主軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)減少故障的對(duì)策[J] ．國(guó)防交通工程與技術(shù),2013(6)：11-15.(ZHAO Zhanxin.Technical measures to reduce the failures of the lubrication system of the main bearing of the TBM[J].Traffic Engineering and Technology for National Defense,2013(6)：11-15.(in Chinese))

[9]楊勇.TBM主軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)污染成因分析[J].國(guó)防交通工程與技術(shù),2009 (5)：69-70.(YANG Yong.An analysis of the causes of the contamination of the lubricating system of the main bearing of TBM[J].Traffic Engineering and Technology for National Defence,2009 (5)：69-70.(in Chinese))

揚(yáng)州地下管網(wǎng)將設(shè)“透視眼”輕點(diǎn)鼠標(biāo)即知

2014年10月18日舉行的全國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)透露，我國(guó)計(jì)劃用3年左右時(shí)間，在全國(guó)36個(gè)大中城市全面啟動(dòng)地下綜合管廊試點(diǎn)工程。對(duì)于有條件的老城區(qū)，可以結(jié)合市政路改造，把各種地下管線盡可能規(guī)劃布置在步行道或其他空間下。

目前，揚(yáng)州5.09 km2的老城區(qū)地下管線信息系統(tǒng)已通過(guò)專家評(píng)審和驗(yàn)收，未來(lái)?yè)P(yáng)州市地下管線普查將覆蓋310 km2的規(guī)劃區(qū)，統(tǒng)一建立地下管線信息系統(tǒng)，為建設(shè)地下綜合管廊系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

管線探測(cè)工作完成，老城區(qū)地下將有“透視眼”

揚(yáng)州市計(jì)劃在2014年底基本完成地下管線外業(yè)探測(cè)工作，同時(shí)完善地下管線信息系統(tǒng)，2015年3月前完成系統(tǒng)建設(shè)并投入試運(yùn)行，2015年6月組織專家對(duì)普查成果和信息系統(tǒng)進(jìn)行綜合驗(yàn)收。

為滿足揚(yáng)州市規(guī)劃、建設(shè)和地下管線安全運(yùn)行的需要，必須準(zhǔn)確掌握城市地下管線現(xiàn)狀。為此，揚(yáng)州市決定用2年時(shí)間開(kāi)展地下管線普查，運(yùn)用先進(jìn)的地下管線探測(cè)設(shè)備和技術(shù)，查清各類地下管線的分布及埋設(shè)情況，形成完整準(zhǔn)確的城市地下管網(wǎng)資料，建立準(zhǔn)確、完善的地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)。

項(xiàng)目2015年8月啟動(dòng)后，即展開(kāi)了試驗(yàn)區(qū)地下管線探測(cè)工作。目前，這一區(qū)域的地下管線信息系統(tǒng)已通過(guò)評(píng)審和驗(yàn)收，這意味著老城區(qū)地下將有一雙“透視眼”。

水電氣納入同一數(shù)據(jù)庫(kù)，地下管線信息將各部門(mén)共享

城市管線包括自來(lái)水管、污水管、電力照明、燃?xì)?、通訊和?shù)字電視等種類，作用重要，但錯(cuò)綜復(fù)雜，尤其是地下管線，因其具有系統(tǒng)性、隱蔽性等特點(diǎn)，往往成為城市管理的一大難題。城市地下管線問(wèn)題頻出，隨之而來(lái)的馬路開(kāi)挖給居民生活帶來(lái)極大不便，甚至造成安全隱患。

通過(guò)普查探測(cè)，將查明測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的現(xiàn)有供水、供電、燃?xì)獾鹊叵鹿芫€工程及其他隱蔽管線及城市道路上敷設(shè)的各種管線及附屬設(shè)施，查明管線的平面位置、埋深、走向、性質(zhì)、規(guī)格、材質(zhì)、建設(shè)年代和權(quán)屬單位等，并繪制地下管線圖，編制管線成果表，建立地下管線信息數(shù)據(jù)庫(kù)。將自來(lái)水管、污水管、電力照明、燃?xì)?、通訊、?shù)字電視甚至信號(hào)燈等各種地下管網(wǎng)納入同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)不同部門(mén)間的信息共享，并通過(guò)管理軟件等科技手段實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管網(wǎng)的監(jiān)控。

首個(gè)地下信息系統(tǒng)投用，點(diǎn)下鼠標(biāo)，管道走向一目了然

揚(yáng)州市首個(gè)地下管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)在揚(yáng)州市化工園區(qū)投用。通過(guò)這一系統(tǒng)，只要輕點(diǎn)鼠標(biāo)，轄區(qū)地面、地下管網(wǎng)系統(tǒng)一目了然。工作人員打開(kāi)某條道路的系統(tǒng)，地下管網(wǎng)立即以立體形式呈現(xiàn)在屏幕上，管道的走向、埋深和管徑大小等數(shù)據(jù)無(wú)所不知，管道通過(guò)不同顏色加以區(qū)別。一旦發(fā)生意外情況，便可通過(guò)系統(tǒng)查詢到應(yīng)該關(guān)閉哪里的管道閥門(mén)。

除了上述功能，在發(fā)生意外時(shí)，系統(tǒng)還能夠正確定位報(bào)警人的位置，查詢事發(fā)定位基礎(chǔ)信息和視頻資料，并可通過(guò)呼叫中心系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)、有效的調(diào)度措施。

(摘自 隧道網(wǎng) http://www.stec.net/sites/suidao/ConPg.aspx?InfId=d2f79fca-0cd2-4f7e-83a2-3fbb46b6f1db&CtgId=142f6ac5-a07a-44b6-8d17-42710c37e548 2014-10-21)

AnalysisonCausesforDamagesofMainBearingofTB880ETBM

ZHANG Hongyao

(Tunneling-dedicatedEquipmentCenter,ChinaRailwayTunnelGroupCo.,Ltd.,Luoyang471009,Henan,China)

Damage often occurs to the main bearings of TBMs during tunnel construction,which often results in serious consequences.Instead of the quality of the main bearing itself,personal factors are always the main factors for the damage of the main bearings.In the paper,the malfunction of the main bearing of TB880E TBM used in the construction of Zhongtianshan tunnel on the second railway line from Turpan to Korla in south Xinjiang,China are presented,the countermeasures for the malfunctions and the application of the main bearing state monitoring technology are provided,the causes for and the consequences of the malfunctions of the main bearing are analyzed in terms of assembly,commissioning,operation,maintenance,repairing and malfunction treatment,and suggestions are made on the assembly,commissioning,operation and maintenance of the main bearing,so as to minimize the main bearing damage incidents.

TB880E Tunnel Boring Machine (TBM); main bearing; lubrication; oil and water monitoring; overload; assembly; lubrication quality

2014-07-01;

2014-08-13

張紅耀(1965—)，男，河南洛寧人，1989年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院，工程機(jī)械專業(yè)，本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事設(shè)備管理工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.11.013

U 455.3+1

A

1672-741X(2014)11-1092-06