01　引言

隨著現(xiàn)代化大生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，功能越來越完善，自動化程度也越來越高。由于許多無法避免的因素的影響，有時設(shè)備會出現(xiàn)各種問題，以致降低或失去預(yù)定的功能，造成嚴(yán)重、甚至災(zāi)難性的事故，國內(nèi)外曾經(jīng)發(fā)生的各種空難、海難、爆炸、斷裂、倒塌、毀壞、泄漏等惡性事故，造成了人員傷亡，產(chǎn)生了嚴(yán)重的社會影響；在日常生產(chǎn)中，也時常因生產(chǎn)過程不能正常運(yùn)行或機(jī)器設(shè)備損壞而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

嚴(yán)重的災(zāi)難性事故觸目驚心，不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且造成很大的人員傷亡和環(huán)境污染，在社會上引起強(qiáng)烈反響，例如，美國三里島核電站和蘇聯(lián)切爾諾貝利核反應(yīng)堆的泄漏事故曾引起對核電站安全性的爭議，對核能的發(fā)展產(chǎn)生了影響；美國挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)失事使美國航天事業(yè)的發(fā)展一度陷于停頓。這些都是對整整一個產(chǎn)業(yè)的打擊。還有許多嚴(yán)重事故，如1972 年日本關(guān)西電力公司南海電廠3 號機(jī)組—600MW 汽輪發(fā)電機(jī)組因振動引起嚴(yán)重的斷軸毀機(jī)事故，我國1985 年大同電廠和1988 年秦嶺電廠的200MW 汽輪發(fā)電機(jī)組的嚴(yán)重斷軸毀機(jī)事故，都造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在國內(nèi)外工程施工行業(yè)因盾構(gòu)機(jī)、TBM 等大型設(shè)備故障，導(dǎo)致出現(xiàn)重大工程事故及人員傷亡事件。因此保證設(shè)備的安全運(yùn)行，消除事故，是十分迫切的問題。

現(xiàn)代設(shè)備運(yùn)行的安全性與可靠性取決于兩個方面：一是設(shè)備設(shè)計與制造的各項技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn)，為此設(shè)計中要采用可靠性設(shè)計方法，要有提高安全性的措施；二是設(shè)備安裝、運(yùn)行、管理、維修和診斷措施。目前，診斷技術(shù)、修復(fù)技術(shù)和潤滑技術(shù)已列為我國設(shè)備管理和維修工作的三項基礎(chǔ)技術(shù)，成為推進(jìn)設(shè)備管理現(xiàn)代化，保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要手段。

設(shè)備檢測技術(shù)伴隨著設(shè)備事故的發(fā)生不斷進(jìn)步，Z早于1961 年在美國開始研究與應(yīng)用，在20 世紀(jì)60 年代末和70 年代初英國以R.A.Collacorr 為首的英國機(jī)械保健中心開始對設(shè)備檢測技術(shù)進(jìn)行開發(fā)研究，并相繼在其他國家開始研究應(yīng)用，如瑞典的SPM 軸承監(jiān)測技術(shù)，挪威的船舶診斷技術(shù)，丹麥的振動和聲發(fā)射技術(shù)等。我國設(shè)備檢測技術(shù)研究起步較晚，于1983 年由原國家經(jīng)濟(jì)委員會發(fā)布了《國營工業(yè)交通設(shè)備管理試行條例》，1987 年國務(wù)院正式頒布的《全民所有制工業(yè)交通企業(yè)設(shè)備管理條例》規(guī)定，“企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極采用先進(jìn)的設(shè)備管理方法和維修技術(shù)，采用以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的設(shè)備維修方法”，其后冶金、機(jī)械、核工業(yè)等部門還分別提出了具體實施要求，使我國故障診斷技術(shù)的研究和應(yīng)用在全國普遍開展。

02　盾構(gòu)機(jī)檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用

盾構(gòu)機(jī)檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用Z早于1997 年由中鐵隧道局在秦嶺隧道施工時開始，定時開展設(shè)備狀態(tài)評估和油液檢測工作，目前在盾構(gòu)施工行業(yè)使用越來越廣泛。

1） 盾構(gòu)機(jī)檢測的作用

盾構(gòu)機(jī)的狀檢測工作是設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保證，一旦故障停機(jī)，就會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，發(fā)生嚴(yán)重乃至災(zāi)難性的事故。

（1）監(jiān)測與保護(hù)

通過日常檢測工作的有效開展，及時發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)潛在故障的早期征兆，以便采取相應(yīng)的措施，避免、減緩、減少重大事故的發(fā)生。

（2）處理與預(yù)防

盾構(gòu)機(jī)一旦發(fā)生重大故障，利用日常檢測數(shù)據(jù)，對故障原因進(jìn)行分析，做好預(yù)防措施，避免再次發(fā)生同類事故。

（3）節(jié)約成本

通過對盾構(gòu)機(jī)異常運(yùn)行狀態(tài)的分析，揭示故障的原因、程度、部位，為盾構(gòu)機(jī)的在線維修、停機(jī)檢修提供科學(xué)依據(jù)，延長運(yùn)行周期，降低維修費(fèi)用。三種維修模式成本對比如圖所示。

三種維修模式成本對比圖

（4）改善性能

通過開展檢測工作可充分了解盾構(gòu)機(jī)性能，為改進(jìn)設(shè)計、制造與維修水平提供有力證據(jù)。

（5）推動盾構(gòu)機(jī)管理進(jìn)步

在現(xiàn)階段，大部分盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場管理仍采用事后維修、定期維修或事后維修與定期維修相結(jié)合的方式進(jìn)行，這些方式不僅造成成本浪費(fèi)，還會造成盾構(gòu)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)不可控和工程風(fēng)險不可控。通過設(shè)備檢測技術(shù)的應(yīng)用，可將盾構(gòu)機(jī)事后維修和定期維修逐漸向預(yù)測維修發(fā)展轉(zhuǎn)變，從而推動盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場管理的進(jìn)步。

2） 盾構(gòu)機(jī)檢測技術(shù)應(yīng)用

目前在盾構(gòu)行業(yè)主要采用的檢測方式有日常監(jiān)測、故障處理和機(jī)況評估。

（1）日常監(jiān)測

盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和油液檢測是?構(gòu)機(jī)日常監(jiān)測和維護(hù)的主要現(xiàn)代化技術(shù)之一。盾構(gòu)機(jī)在日常運(yùn)行過程中，通過開展對關(guān)鍵系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和油液檢測工作，及時發(fā)現(xiàn)故障的早期征兆，以便采取相應(yīng)措施，避免、減緩、減少重大事故的發(fā)生。

①狀態(tài)監(jiān)測。主要采用振動監(jiān)測、無損檢測、壓力檢測和強(qiáng)度檢測等技術(shù)對設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測。采用振動數(shù)據(jù)采集儀、超聲波探傷儀、熱成像儀、工業(yè)內(nèi)窺鏡、3D 掃描儀等監(jiān)測儀器對運(yùn)行中或在不拆卸的情況下，對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；收集歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的規(guī)律性變化來判斷、預(yù)測設(shè)備未來的狀態(tài)。

②油液檢測。對正在運(yùn)行的盾構(gòu)機(jī)采用在線或離線方式對盾構(gòu)機(jī)中的液壓油、主驅(qū)動齒輪油、減速機(jī)齒輪油等油液進(jìn)行鐵譜分析、光譜分析、黏度檢測、水分檢測、污染度檢測、酸值等指標(biāo)進(jìn)行檢測，分析判斷設(shè)備潤滑油的品質(zhì)、潤滑狀態(tài)、設(shè)備的磨損狀態(tài)、設(shè)備故障位置及嚴(yán)重程度。

（2）故障處理

盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸較大、系統(tǒng)復(fù)雜，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)異常時，采用油液檢測技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)等，能夠較快速準(zhǔn)確的查找到盾構(gòu)機(jī)故障所在點。

早起設(shè)備維護(hù)人員日常的巡回檢查，這是基于經(jīng)驗、圖紙、維護(hù)手冊和基準(zhǔn)，通過五感（眼、耳、鼻、手、口）或自制的簡單工具進(jìn)行的手動故障診斷方式，這種方式對于小型、簡易設(shè)備的故障診斷還能使用，但對于像盾構(gòu)機(jī)、TBM 這種集機(jī)電液于一體的大型、復(fù)雜設(shè)備卻難以滿足要求，只能依靠現(xiàn)代化的檢測技術(shù)來快速、準(zhǔn)確分析設(shè)備的故障原因、位置和嚴(yán)重程度。例如，通過油液檢測技術(shù)中的光譜分析發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)主軸承齒輪油中的Cu 元素含量持續(xù)超標(biāo)，可以判斷主軸承保持架可能存在異常磨損現(xiàn)象；油液中Si 元素和水分含量持續(xù)超標(biāo)，可以判斷盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動密封可能存在異常損壞現(xiàn)象。

（3）機(jī)況評估

盾構(gòu)機(jī)機(jī)況評估技術(shù)是利用先進(jìn)檢測設(shè)備和技術(shù)，對盾構(gòu)機(jī)整體機(jī)況進(jìn)行綜合判定，為后期使用、維修、再制造提供科學(xué)依據(jù)，確保盾構(gòu)機(jī)安全、穩(wěn)定和快速施工。

①新盾構(gòu)機(jī)評估。新盾構(gòu)機(jī)在出廠前開展檢測工作，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計和制造缺陷，及時在工廠解決，避免后期事故的發(fā)生。

②舊盾構(gòu)機(jī)評估。對盾構(gòu)機(jī)在維修前開展檢測工作，使維修工作有的放矢，確保盾構(gòu)機(jī)整修工作不漏項，使徹底維修；舊盾構(gòu)機(jī)維修后通過檢測工作開展，檢測設(shè)備性能是否符合維修和使用要求。

③施工過程評估。在盾構(gòu)機(jī)使用過程中對關(guān)鍵節(jié)點進(jìn)行機(jī)況評估工作，如盾構(gòu)始發(fā)前、到達(dá)前、有重大風(fēng)險的地段前（穿江、越海、困難地段、重要建筑物等）等。通過機(jī)況評估了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，將盾構(gòu)機(jī)調(diào)整、維修到良好狀態(tài)，保證機(jī)況，使其安全、快速通過關(guān)鍵節(jié)點，防止重大工程風(fēng)險的發(fā)生。

④再制造盾構(gòu)機(jī)評估。再制造盾構(gòu)機(jī)的評估工作主要分為三個階段：再制造前、再制造中和再制造后。

a. 再制造前：對舊盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行整機(jī)機(jī)況評估，了解設(shè)備性能狀態(tài)，判斷該盾構(gòu)機(jī)是否達(dá)到再制造條件。對于通過評估后達(dá)到再制造評估條件的盾構(gòu)機(jī)經(jīng)全面機(jī)況評估后了解各系統(tǒng)、各部件的性能狀態(tài)，為其再制造設(shè)計提供有力的數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)依據(jù)，使再制造工作有的放矢，避免發(fā)生過度再制造和再制造不徹底現(xiàn)象。

b. 再制造中：對再制造過程中對關(guān)鍵零部件開展檢測工作，如主軸承、主驅(qū)動密封、主驅(qū)動減速機(jī)、液壓部件等，通過開展對關(guān)鍵零部件的檢測工作，選擇合理的再制造技術(shù)，確保再制造工作達(dá)到相關(guān)要求。

c. 再制造后：對完成再制造的盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行再制造后的機(jī)況評估工作，檢測、分析和判斷再制造效果是否滿足再制造設(shè)計，為盾構(gòu)機(jī)再制造工作把好Z后一道關(guān)，確保再制造盾構(gòu)機(jī)質(zhì)量，為工程施工提供合格的再制造盾構(gòu)機(jī)。

03　物聯(lián)網(wǎng)+ 盾構(gòu)機(jī)檢測技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)+ 盾構(gòu)機(jī)檢測技術(shù)也得到了新的突破，即基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的盾構(gòu)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)誕生，并成功應(yīng)用在盾構(gòu)機(jī)日常“管、用、養(yǎng)、修”中，從而盾構(gòu)機(jī)專業(yè)檢測技術(shù)得到快速提高。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的盾構(gòu)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將盾構(gòu)機(jī)油液檢測技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)等檢測技術(shù)集成在盾構(gòu)機(jī)中，實時采集盾構(gòu)機(jī)的各種狀態(tài)信息，并將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，通過專家分析、診斷預(yù)測盾構(gòu)機(jī)的性能狀態(tài)發(fā)展趨勢，確保盾構(gòu)機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，實現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)檢測工作的自動化、網(wǎng)絡(luò)化。

04　未來盾構(gòu)機(jī)檢測技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用展望

在智能制造背景下，盾構(gòu)機(jī)向更為復(fù)雜化、智能化方向發(fā)展。對于設(shè)備檢測而言，為滿足更復(fù)雜、更智能的盾構(gòu)機(jī)檢測要求，須探索新的檢測模式和服務(wù)形態(tài)，已成為當(dāng)務(wù)之急。目前隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和應(yīng)用，傳統(tǒng)分布檢測技術(shù)開始逐漸被集中監(jiān)測與網(wǎng)絡(luò)化檢測所替代，智能化、網(wǎng)絡(luò)化和在線化檢測技術(shù)和監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為盾構(gòu)機(jī)檢測技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，主要有以下兩個方面：

（1）盾構(gòu)機(jī)在線檢監(jiān)測系統(tǒng)廣泛應(yīng)用

隨著盾構(gòu)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)的成功應(yīng)用，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展和5G 時代的到來，在線監(jiān)測技術(shù)將逐步取代部分傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，更好地為盾構(gòu)機(jī)安全、快速使用服務(wù)。

（2）建立在線專家診斷系統(tǒng)

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)檢測大數(shù)據(jù)分析，掌握盾構(gòu)機(jī)各關(guān)鍵部件的運(yùn)轉(zhuǎn)信息、狀態(tài)趨勢、故障特征等，建立盾構(gòu)機(jī)在線專家診斷系統(tǒng)。

來源：本文節(jié)選自《中國盾構(gòu)工程科技新進(jìn)展》