01　引言

隨著現(xiàn)代化大生產(chǎn)的發(fā)展和科學技術的進步，設備的結(jié)構越來越復雜，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，有時設備會出現(xiàn)各種問題，以致降低或失去預定的功能，造成嚴重、甚至災難性的事故，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)過程不能正常運行或機器設備損壞而造成巨大的經(jīng)濟損失。

嚴重的災難性事故觸目驚心，不僅造成巨大的經(jīng)濟損失，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。還有許多嚴重事故，如1972 年日本關西電力公司南海電廠3 號機組—600MW 汽輪發(fā)電機組因振動引起嚴重的斷軸毀機事故，我國1985 年大同電廠和1988 年秦嶺電廠的200MW 汽輪發(fā)電機組的嚴重斷軸毀機事故，都造成了巨大的經(jīng)濟損失。在國內(nèi)外工程施工行業(yè)因盾構機、TBM 等大型設備故障，導致出現(xiàn)重大工程事故及人員傷亡事件。因此保證設備的安全運行，消除事故，是十分迫切的問題。

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

設備檢測技術伴隨著設備事故的發(fā)生不斷進步，Z早于1961 年在美國開始研究與應用，在20 世紀60 年代末和70 年代初英國以R.A.Collacorr 為首的英國機械保健中心開始對設備檢測技術進行開發(fā)研究，并相繼在其他國家開始研究應用，如瑞典的SPM 軸承監(jiān)測技術，挪威的船舶診斷技術，丹麥的振動和聲發(fā)射技術等。我國設備檢測技術研究起步較晚，于1983 年由原國家經(jīng)濟委員會發(fā)布了《國營工業(yè)交通設備管理試行條例》，1987 年國務院正式頒布的《全民所有制工業(yè)交通企業(yè)設備管理條例》規(guī)定，“企業(yè)應當積極采用先進的設備管理方法和維修技術，采用以設備狀態(tài)監(jiān)測為基礎的設備維修方法”，其后冶金、機械、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的研究和應用在全國普遍開展。

02　盾構機檢測技術的研究與應用

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

1） 盾構機檢測的作用

盾構機的狀檢測工作是設備正常運轉(zhuǎn)的重要保證，一旦故障停機，就會造成巨大的經(jīng)濟損失，發(fā)生嚴重乃至災難性的事故。

（1）監(jiān)測與保護

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

（2）處理與預防

盾構機一旦發(fā)生重大故障，利用日常檢測數(shù)據(jù)，對故障原因進行分析，做好預防措施，避免再次發(fā)生同類事故。

（3）節(jié)約成本

通過對盾構機異常運行狀態(tài)的分析，揭示故障的原因、程度、部位，為盾構機的在線維修、停機檢修提供科學依據(jù)，延長運行周期，降低維修費用。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機性能，為改進設計、制造與維修水平提供有力證據(jù)。

（5）推動盾構機管理進步

在現(xiàn)階段，大部分盾構機現(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)合的方式進行，這些方式不僅造成成本浪費，還會造成盾構機運轉(zhuǎn)狀態(tài)不可控和工程風險不可控。通過設備檢測技術的應用，可將盾構機事后維修和定期維修逐漸向預測維修發(fā)展轉(zhuǎn)變，從而推動盾構機現(xiàn)場管理的進步。

2） 盾構機檢測技術應用

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

（1）日常監(jiān)測

盾構機狀態(tài)監(jiān)測和油液檢測是?構機日常監(jiān)測和維護的主要現(xiàn)代化技術之一。盾構機在日常運行過程中，通過開展對關鍵系統(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、壓力檢測和強度檢測等技術對設備的運行情況進行監(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)測儀器對運行中或在不拆卸的情況下，對設備的運行狀態(tài)進行監(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、預測設備未來的狀態(tài)。

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

（2）故障處理

盾構機結(jié)構尺寸較大、系統(tǒng)復雜，當盾構機出現(xiàn)異常時，采用油液檢測技術、狀態(tài)監(jiān)測技術等，能夠較快速準確的查找到盾構機故障所在點。

早起設備維護人員日常的巡回檢查，這是基于經(jīng)驗、圖紙、維護手冊和基準，通過五感（眼、耳、鼻、手、口）或自制的簡單工具進行的手動故障診斷方式，這種方式對于小型、簡易設備的故障診斷還能使用，但對于像盾構機、TBM 這種集機電液于一體的大型、復雜設備卻難以滿足要求，只能依靠現(xiàn)代化的檢測技術來快速、準確分析設備的故障原因、位置和嚴重程度。例如，通過油液檢測技術中的光譜分析發(fā)現(xiàn)盾構機主軸承齒輪油中的Cu 元素含量持續(xù)超標，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，可以判斷盾構機主驅(qū)動密封可能存在異常損壞現(xiàn)象。

（3）機況評估

盾構機機況評估技術是利用先進檢測設備和技術，對盾構機整體機況進行綜合判定，為后期使用、維修、再制造提供科學依據(jù)，確保盾構機安全、穩(wěn)定和快速施工。

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

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

③施工過程評估。在盾構機使用過程中對關鍵節(jié)點進行機況評估工作，如盾構始發(fā)前、到達前、有重大風險的地段前（穿江、越海、困難地段、重要建筑物等）等。通過機況評估了解設備運行狀態(tài)，將盾構機調(diào)整、維修到良好狀態(tài)，保證機況，使其安全、快速通過關鍵節(jié)點，防止重大工程風險的發(fā)生。

④再制造盾構機評估。再制造盾構機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：對舊盾構機進行整機機況評估，了解設備性能狀態(tài)，判斷該盾構機是否達到再制造條件。對于通過評估后達到再制造評估條件的盾構機經(jīng)全面機況評估后了解各系統(tǒng)、各部件的性能狀態(tài)，為其再制造設計提供有力的數(shù)據(jù)支撐和科學依據(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、液壓部件等，通過開展對關鍵零部件的檢測工作，選擇合理的再制造技術，確保再制造工作達到相關要求。

c. 再制造后：對完成再制造的盾構機進行再制造后的機況評估工作，檢測、分析和判斷再制造效果是否滿足再制造設計，為盾構機再制造工作把好Z后一道關，確保再制造盾構機質(zhì)量，為工程施工提供合格的再制造盾構機。

03　物聯(lián)網(wǎng)+ 盾構機檢測技術

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

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的盾構機在線監(jiān)測系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術，將盾構機油液檢測技術、狀態(tài)監(jiān)測技術等檢測技術集成在盾構機中，實時采集盾構機的各種狀態(tài)信息，并將數(shù)據(jù)遠程傳輸，通過專家分析、診斷預測盾構機的性能狀態(tài)發(fā)展趨勢，確保盾構機安全、穩(wěn)定運行，實現(xiàn)盾構機檢測工作的自動化、網(wǎng)絡化。

04　未來盾構機檢測技術發(fā)展與應用展望

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

（1）盾構機在線檢監(jiān)測系統(tǒng)廣泛應用

隨著盾構機在線監(jiān)測系統(tǒng)的成功應用，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)測技術將逐步取代部分傳統(tǒng)的檢測技術，更好地為盾構機安全、快速使用服務。

（2）建立在線專家診斷系統(tǒng)

根據(jù)盾構機檢測大數(shù)據(jù)分析，掌握盾構機各關鍵部件的運轉(zhuǎn)信息、狀態(tài)趨勢、故障特征等，建立盾構機在線專家診斷系統(tǒng)。

來源：本文節(jié)選自《中國盾構工程科技新進展》