宋志友

（中国铁建重工集团股份有限公司，湖南长沙 410100）

0 引言

国内隧道掘进机保有量已达3000 余台，现阶段掘进机的需求重心转向维修改造再利用。维修改造后的掘进机在保障其使用性、稳定性、安全性和经济性的同时，还须保证项目施工需求、施工质量及安全。但掘进机的施工里程和地质状态各不相同，掘进机使用后的状态也千差万别，掘进机维修改造前，先要对其状态进行评估，将掘进机的现状分级，不同级别的掘进机状态对应不同维修改造标准。

1 维修改造等级划分原则

掘进机施工在花岗岩、硬岩及其复合地层，要求小扭矩、高转速，但实际施工时刀盘扭矩通常相对增大，电气元件负载率较高；在砂岩、砂质泥岩地质，要求扭矩适中、低转速，但受土壤改良状况影响，实际施工时刀盘扭矩也会相对较高，电气元件负载率适中；在粉质黏土、淤泥质黏土地质，要求低扭矩、低转速，电气元件负载率较低。

长期工作在高负载率下，电气元件发热影响绝缘性能，加速电气元件的老化，但长时间未使用的电气元件，也会因防护不到位等因素导致电气元件受潮、氧化生锈影响安全性能。因此，掘进机维修改造需考虑已完成的施工工况，保障维修改造后的掘进机电气系统功能齐全、性能良好，降低设备风险，同时避免过度维修、降低维修改造成本。

根据已完成的掘进里程、勘验现状、使用年限等综合评估设备机况，将掘进机电气系统的维修改造划分为小修、中修、大修3个标准维修等级，维修等级划分见表1，其中相应的地质划分标准见表2。综合掘进里程为式（1）。

表1 维修等级划分

表2 具体地质划分标准

式中 L1、L2、L3——掘进机在不同地质条件实际掘进里程数，km

A1——掘进机生产至今的年限，年

A2——掘进机完成上一工程掘进任务后的存放时长，年

S′——综合掘进里程，km

1.1 小修型

一般针对综合掘进里程S′＜3 km 的掘进机，在对设备进行清理清洁、故障处理、润滑保养等工作后，根据设备出洞前的动静态勘验报告内容进行基本维修及缺损件更换；变压器、变频系统、电机及动力电缆等核心部件需进行绝缘耐压检测；电气柜、箱盒等需检测其IP 防护等级；PLC、变频器、软启动器、开关电源等关键元件要用电路板清洁剂对其进行清理清洁；其他无故障部件不进行拆解及送修。以上工作完成后，整机可不架力调试。

1.2 中修型

一般针对综合掘进里程为3～8 km 的掘进机，在对设备进行必要的清理清洁、除锈后，根据动静态勘验报告内容：进行基本维修及缺损件更换；变压器、变频系统、电机等核心部件根据实际机况送专业厂家检修并出具检测合格证；电气柜、箱、盒等设备的门锁及密封需更换并检验其IP 防护等级；各压力、流量、温度等传感器精度需检核；PLC、变频器、软启动器、开关电源等部件用电路板清洁剂对其进行清理清洁；对动力电缆进行绝缘测试。以上工作完成后，还需要整机架力调试并根据验收大纲逐项验证各系统及元器件的工作性能。

1.3 大修型

一般针对综合掘进里程S′≥8 km 的掘进机，在对设备进行全面的清理清洁、除锈后，应根据新机标准：对变压器、变频系统、电机等核心部件送专业厂家进行翻新检修并出具检测合格证；电气柜、箱、盒的门锁及密封、电磁阀及传感器插头、各锂电池、UPS、持续使用超过2 年的气体检测传感器、老化的电缆、线槽、接线端子等设备、器件换新，并检验换新后的电气柜、箱、盒的IP 防护等级；动力电缆进行绝缘耐压测试；PLC、变频器、软启动器、开关电源等部件用电路板清洁剂对其进行清理清洁；各压力、流量、温度等传感器精度检核；老旧的供配电及控制方案进行升级改造。以上工作完成后，需整机架力调试并根据验收大纲逐项验证各系统及元器件的工作性能。

2 电气元件清洁方法及分级分类检修要求

无论是掘进机小修、中修还是大修，都必须对电气元器件进行清洁。

电气元件清理清洁时严禁采用钢刷、刀片等尖锐金属清理柜体；元器件除尘时，可采用干冰清洗机，如用压缩空气，需经过除湿处理；动力电缆上的油污清理可采用无毒害的有机溶剂。

2.1 电气元件的清理清洁方法

以电气柜为例，简述电气元件的清洁方法如下：

（1）清除变频器、软启动器和开关电源等带有散热风道元器件表面的大颗粒杂物。

（2）用吸尘器清理变频器、软启动器和开关电源等带有散热风道元器件的上表面。

（3）用经过除湿处理的压缩空气吹净带有风道元器件的表面及风道灰尘，清理完毕后套上防尘罩。

（4）拆除配电柜铜排盖板、线槽盖板，用压缩空气对柜内清灰除尘。

（5）用工业酒精擦洗铜排。

（6）更换或清洗电气柜的散热滤网。

（7）用吸尘器清理柜内元件表面灰尘。

（8）用电路板清洗剂清洗PLC 模块、放大板等元件的电路板。

（9）用带有海绵条的软刷清除元器件表面。

（10）烘干受潮元器件。

（11）封堵柜体内未使用的进出线孔。

（12）电气柜清理清洁完成后，在内部放置干燥剂并锁好柜门。

2.2 电气元件分级分类检修要求

掘进机电气元件可按其功能、结构及装配位置分为易损易耗件、可拆解清洗清洁件、精密电子件、装配结构件等类型：易损易耗件的检修要求见表3；可拆解清洗清洁元件的检修要求见表4；装配结构件的检修要求见表5；精密电子元件的检修要求见表6。

表3 易损易耗件检修要求

表4 可拆解清洗清洁元件检修要求

表5 装配结构件检修要求

表6 精密电子元件检修要求

2.3 电气系统维修改造实施流程

根据勘验状态、设备履历、拟用项目地址资料及业主准入要求，确定掘进机电气系统的维修改造方案，根据确定的维修方案及电气元件分类实施分级、分类检修，电气系统维修改造实施流程如图1 所示。

图1 电气系统维修改造实施流程

3 掘进机电气系统分级维修实践

铁建重工DL462 盾构机于2018 年8 月出厂。第一段用于泥质粉砂岩地质，掘进里程1776.5 m；第二段用于中风化花岗岩地质，掘进里程1270.17 m，于2021 年1 月设备出洞；维修改造后，拟2022 年2 月用于密实卵石地质。

结合DL462 设备履历及具体机况，为满足施工需求，DL462电气系统采用中修方案。其中，主驱动增加两组驱动电机、哈维控制器改为西门子脉冲模块控制器。维修改造前后设备主要参数对比见表7。

表7 改造前后设备主要参数对比

3.1 设备返厂阶段

（1）设备返厂前，检查各电气柜、箱、盒的壳体及门锁是否完好，损坏的采取密封防护措施防止灰尘、水汽进入。

（2）主驱动电机进厂前，检查并排放冷凝水。

（3）以台车为单位清点物料，并结合动静态勘验报告详细记录电气部件缺损情况。

（4）单独装箱发货的电气设备，清点数量，登记造册。

3.2 设备维修改造阶段

（1）按电气元件清洁方法清理、清洁各电气元件。

（2）依据电气元件分级、分类检修要求，检查维修各电气元件，并登记归档检修阶段的检测数据。

（3）补全整机电气标识并增加电气设备防护。

（4）整机架立联调并依据工厂验收大纲逐项验证各系统、元件的工作性能。

3.3 设备存放

（1）存放时，远离腐蚀性气体、液体和固体，避免雨淋暴晒，保证良好的通风。

（2）需独立装箱的电气设备，明确记录装箱号并张贴装箱明细。

（3）变压器、电气柜、电气箱及控制室等部件，封堵进出线接口，放置干燥剂，关闭电气柜门。户外存放时罩上防雨罩，用打包带将防护罩捆扎牢靠并定期检查。

电气柜和操作箱检修前后对比，检修前如图2 所示，检修后如图3 所示。

图2 检修前的电气柜和操作箱

图3 检修后电气柜和操作箱

DL462 盾构机维修改造于2021 年9 月开始，11 月完成工厂调试验收。2022 年2 月完成工地组装，3 月工地始发掘进现场。截至2022 年4 月1 日，已累积开挖121 环，单日最高开挖8 环，掘进期间未发生电气问题、停机故障。施工主要参数：刀盘扭矩8000～11 500 kN·m，推进速度40～55 mm/min，推力20 000～26 500 kN。施工效果达到预期，得到施工业主认可。

4 结束语

掘进机电气系统的维修改造可根据综合掘进里程划分为小修、中修、及大修等级；根据电气部件的分类将不同类别的元件按要求实施检修，既可以节约成本、缩短工期也可以保证设备的安全、稳定。