谢大文

（中铁交通投资集团有限公司，南宁 530219）

0 引言

近年来，城市涌入的人口日益增加，城市空间显得局促狭小，特别是在交通方面显得更加突出[1]，城市老城区设计容量与现有发展极不匹配，交通拥堵已成为日常出行常态[2]。交通拥堵问题直接促进了城市地下空间的开发[3]，在交通出行方面越来越多的城市选择修建地铁以缓解城市交通拥堵的现象[4]，随着二线城市地铁建设的获批，越来越多的城市加入到地铁建设行列，地铁建设已然成为一个城市发展的标志[5]。随着我国城市地铁建设日益增多，盾构机在国内的使用和保有量呈爆发式增长，据不完全统计，截至2019年底国内保有的盾构机已超过3000台，基本还以每年500台的速度递增，盾构法已成为我国地铁施工的主要方法[6]。

盾构机是盾构法施工的主要设备之一，其具有自动化程度高、设备组成复杂、学科融合性强等诸多特点[7]，同步注浆系统是盾构机的关键组成部分之一，其主要作用为将同步注浆浆液随着盾构机的掘进通过尾盾注浆管路注射至管片和开挖土体之间的缝隙里，防止土体塌陷，在一定程度上防止土体内杂质经盾尾密封刷流至盾体内，同步注浆效果的优劣直接影响盾构施工效果[8]，同步注浆控制不当，极易发生盾构施工地表沉降、隆起、盾尾刷密封失效等现象[9]，对盾构施工安全起着重要作用。同步注浆机是同步注浆系统的主要设备，其具有自动化程度高、液压控制原理复杂、设备不易调试等诸多特点[10]，在盾构设备新机、再制造、维修调试和施工过程中易产生故障，为了解决这些问题，根据海瑞克某型号盾构机注浆机再制造调试和现场组装施工经验，通过对同步注浆机设计原理和不同故障现象进行深入分析，查找盾构同步注浆机产生故障的原因，并提出相关的解决措施，梳理盾构同步注浆机在再制造和维保过程中的注意事项，为盾构同步注浆机故障处理提供参考。

1 同步注浆机组成及工作原理

1.1 同步注浆机组成

如图1所示，盾构同步注浆机由主推进油缸、混凝土吸料缸、吸料控制油缸、送料控制油缸、清洗润滑存储斗、控制阀块及支撑架组成，同步注浆机主要作用为将同步注浆浆液由注浆罐抽出，输送至管片与开挖土体之间的间隙[11]。其工作原理为同步注浆机吸料时，主推进油缸收回，吸料控制油缸收回打开混凝土吸料缸与注浆罐之间的通道，送料控制油缸伸出，将混凝土吸料缸与注浆输送管路切断，注浆浆液由注浆罐被吸入混凝土吸料缸；当主推进油缸收缩到底部时，启动相关液压控制油路，主推进油缸自动伸出，吸料控制油缸伸出切断混凝土吸料缸与注浆罐之间的通道，送料控制油缸收回，将混凝土吸料缸与注浆输送管路打开，注浆浆液由混凝土吸料缸输送至注浆管路；当主推进油缸伸出至极限位置时，启动相关液压控制油路，主推进油缸收回，吸料控制油缸和送料控制油缸配合动作，重复吸料过程，往返重复运行完成同步注浆功能，整体液压系统由比例阀控制，控制液压系统的流量，从而控制同步注浆机运行的速度，控制注浆速度[12]。

图1 同步注浆机外观图

1.2 液压系统工作原理

同步注浆机液压原理如图2所示，主要由插装阀1、插装阀2、启动控制阀、吸料控制油缸、送料控制油缸、液控换向阀、液控换向阀2、液控换向阀3等组成。同步注浆机处于工作时，将启动控制阀板至右工位，压力油进入主推进油缸无杆腔，主推进油缸伸出，液控换向阀2处于下工位工作，压力油流经液控换向阀1进入吸料控制油缸的有杆腔和送料控制油缸无杆腔，开启混凝土吸料缸与注浆管路之间的联通，切断混凝土吸料缸与注浆罐之间的联通，压力油控制液控换向阀3，使其处于下工位工作，保证主推进油缸一直处于伸出运动状态，保证同步注浆机处于送料状态；当主推进油缸运行至最顶端时，由于主推进油缸活塞的隔离作用，使得插装阀2左右两侧产生压力差，即左侧为高压状态，压力油控制液控换向阀动作，液控换向阀1处于上工位工作，压力油流经液控换向阀1进入吸料控制油缸的无杆腔和送料控制油缸有杆腔，切断混凝土吸料缸与注浆管路之间的联通，开启混凝土吸料缸与注浆罐之间的联通，由于压力油经液控换向阀1进行换向，压力油控制液控换向阀3，使其处于上工位工作，主推进油缸变为有杆腔进油，无杆腔出油，主推进油缸处于收回状态，同步注浆机处于吸料状态；当主推进油缸收回至最底端时，由于主推进油缸活塞的隔离作用，使得插装阀1左右两侧产生压力差，即右侧为高压状态，压力油控制液控换向阀动作，液控换向阀1处于下工位工作，压力油流经液控换向阀1进入吸料控制油缸的有杆腔和送料控制油缸无杆腔，开启混凝土吸料缸与注浆管路之间的联通，切断混凝土吸料缸与注浆罐之间的联通，由于压力油经液控换向阀1进行换向，压力油控制液控换向阀3，使其处于下工位工作，主推进油缸变为无杆腔进油，有杆腔出油，主推进油缸处于伸出状态，同步注浆机处于送料状态；往复重复两种动作，使同步注浆机一直处于自动工作状态，通过电磁比例阀控制整个液压系统油路的流量，可以控制同步注浆机运行速度的快慢。当启动控制阀处于左工位工作时，主推进油缸与送料控制油缸、吸料控制油缸的配合动作恰好相反，同步注浆机处于清洗状态。

图2 同步注浆机液压原理图

2 同步注浆机故障

2.1 注浆系统启动后同步注浆机无动作

注浆系统启动后同步注浆机无动作主要有几方面原因：（1）注浆系统液压泵未加载或处于大开度溢流状态，整个液压系统无压力；（2）比例放大版未通电或比例放大版处于关闭状态或比例放大版与比例电磁阀之间无通信，造成比例电磁阀处于关闭状态，无液压油进入同步注浆机控制阀块；（3）启动控制阀未开启，处于中位状态。根据以上原因分别排除相关故障即可。

2.2 同步注浆机吸送料动作配合错误

同步注浆机吸送料动作配合错误主要有以下几方面原因：（1）液控换向阀1控制油路接反，造成动作配合错误；（2）液控换向阀2控制油路接反，造成动作配合错误；（3）液控换向阀3控制油路接反，造成动作配合错误；（4）液控换向阀1、液控换向阀2、液控换向阀3控制油路均接反，造成动作配合错误；（5）启动控制阀一侧油路接反，造成动作配合错误；（6）送料控制油缸和吸料控制油缸两个油缸的油管接反，造成动作配合错误；（7）送料控制油缸和吸料控制油缸进出油管接反，造成动作配合错误；（8）主推进油缸进出油管接反，造成动作配合错误。根据以上原因对照图纸调整相关油路接口即可。

2.3 同步注浆机无法完成完整动作循环

同步注浆系统启动后，控制同步注浆机动作，同步注浆机可以进行运动（此时主推进油缸基本处于中间位置，不在两端），但主推进油缸运行到其中一端时无法继续运动，主要表现为主推进油缸运动一定形成后向反方向运动，送料控制油缸和吸料控制油缸不停在进行换向，其主要原因为在控制阀块组装时进入空气，在液控换向阀1、液控换向阀2或液控换向阀3的一侧形成气囊，造成同步注浆机不停进行换向，不能完成整周循环运动，打开注浆控制阀块，排出其中空气即可。

3 同步注浆机拆检及维保注意事项

（1）同步注浆机在再制造或维修过程中要做好影像资料记录，拆检或维修后按照原样进行复原，防止油管连接错位；

（2）同步注浆机液压阀块在拆检后组装的过程中要注意无尘操作，防止因进入异物造成动作故障；

（3）同步注浆机在新机或拆检组装后，要注意充油时排气，防止因进入空气造成气囊现象而产生动作故障；

（4）同步注浆机在新机或再制造后，若更换混凝土吸料缸缸筒和橡胶活塞，会造成摩擦力增大，产生无法动作的现象，要适当增加系统压力，并在组装前在橡胶活塞上涂抹润滑油脂；

（5）同步注浆机在使用过程中除在清洗润滑储存斗内加水外，还应添加润滑油脂，防止橡胶活塞与混凝土吸料缸“干磨”；

（6）同步注浆机在使用过程中要注意液压系统油液的清洁，防止进入异物而造成动作发卡。

4 结束语

本文针对海瑞克盾构机同步注浆机工作原理及液压系统进行分析，结合同步注浆机在新机、再制造、维修调试和施工过程产生的故障现象，分析其故障的原因，并提出相应的解决措施，总结盾构同步注浆机拆检及维保注意事项，为盾构同步注浆机再制造、组装调试和施工提供相关参考。