浅谈隧道掘进机再制造工程.docx

浅谈隧道掘进机再制造工程邢振华天津大学机械学院机械工程专业2016级硕士生摘要：隧道掘进机是目前国际上最先进的长大隧道施工设备，采用机械式破岩，具有施工安全、对围岩扰动小、掘进速度高、 对环境破坏小等优势，但施：!•过程中不能随意改变开挖断面，属于定制产品，无法实现批最生产，故其造价较高，一次性投入成本 大，耳隧道贯通后隧道掘进机实际丁作时间英至达不到设计寿命的一半，如果没有后续适用的工程，人量隧道掘进机的闲置 将会造成门然老化和技术落后带來的有形损失与无形损失木文针对隧道掘进机，分析了英再制造的必要性和町行性，介绍 了国内外隧道掘进机再制造状况以及再制造隧道掘进机的应用情况，进而对隧道掘进机再制造过程以及再制造过程中的难点问题进行了分析探讨关键词：隧道掘进机发展应用再制造丁-程0前言随着国内外隧道施工技术的快速发展，作为一 种大型的工程机械，隧道掘进机广泛应用于地铁、 铁路、公路、市政、水电等隧道工程它具有自动 化程度高、施工速度快、节能环保、不受气候影响 等优点近年來，隧道掘进机广泛应用于国内地铁 建设中，服役掘进机的数量也越來越多据不完全 统计，到2020年，仅我国中铁系统将保有盾构机 500多台，硬岩掘进机数十台。

这就意味着将来会 有大批的盾构机面临再制造问题以我国为例，在 建隧道工程小，所使用的隧道掘进机绝大多数为全 新设备，隧道贯通后隧道掘进机实际工作时间甚至 达不到设计寿命的一半,如果没有后续适用的工程, 大量隧道掘进机的闲置将会造成自然老化和技术落 后带來的有形损失与无形损失，有数据表明：2台 存放5年的硬岩掘进机需耗资8000多万才能修复, 损失非常惊人因此，隧道掘进机的再制造具有很 大的潜力再制造工程以产品全寿命周期设计和管理为指 导，以高效、优质、节能、节材、环保为目标，以 先进技术和产业化生产为手段，按照新产吊制造标 准，来修复或改造报废产吊；再制造工程能提高产 品的技术性能和附加值，延长产品的使用寿命，还 可以为产品的设计、改造和维修提供信息，以最低 的成本、最少的能源资源消耗完成产品的全寿命周 期国内外多项统计结果表明，再制造后的产品质 量和产品性能均能达到新产品，甚至超过新产品， 而成本却只有新产品的三分之一甚至四分之一，节 约能源60%以上，节约材料70%以上再制造工程不 同于传统的机械制造维修，它是一个区别于设备维 修和利用再循环的新概念目前我国建设资源节约 型社会、环境友好型社会，大力发展循环经济。

对 报废隧道掘进机进行再制造、实现掘进机的再利用， 有利于形成“资源一产品一废I 口产品一再制造产品” 的循环经济模式，能带来较为显著的经济效益和社 会效益，符合我国发展循环经济、构建节约型社会 的要求1隧道掘进机再制造必要性和可行性分析1.1隧道掘进机再制造必要性分析在全球能源、资源、环境约束日益突显的今天, 制造业如何摘掉全球最大资源消耗和污染排放产业 的帽子，如何发展绿色制造、智能制造，成为重要 话题目前国内隧道掘进机保有量在持续高速增长， 主要集中在中国中铁及中国铁建等大型施工企业 这些设备多为2008年后购入，因此，以设备8年 进入大修期计算，未来掘进机再制造的大高潮将于2018年到来并且由于技术不断更新，原有掘进机 的技术升级需求也很大,故其再制造市场前景喜人从行业可持续发展及国家节约资源方面考虑， 未来隧道掘进机再制造技术将大有可为首先，从 国家来说，2011年国家发布关于深化再制造试点工 作的通知，强化循环经济理论，掘进机再制造将为 国家节约大量资源，减少浪费；其次从行业来说， 施工企业为降低生产成本，将减少采购量因此隧 道掘进机再制造工程将势在必行从产品本身来说，隧道掘进机再制造具有很好 的经济性。

掘进设备原值较大，一般为4000万元 左右，部分设备高达数亿元，进行再制造可为施工 企业节约大量成本；例如，以设备运行8年将进入 大修期计算，至2020年，500台设备的需求部分可 以由2012年以前的隧道掘进机再制造获得，如果 按照70%可以通过恢复性维修成功实现旧件翻新， 这样可以获得350台左右再制造的隧道掘进机而 根据再制造产品成本约为新产品的三分之一甚至 四分之一，每台掘进机可以节约2000万元，350台 再制作掘进机就可以节省70亿元另外，行业资 金需求大，门槛高国外吊牌由于价格高、沟通难 等原因很难进入再制造行列，因此隧道掘进机的再 制造工程势在必行1.2隧道掘进机再制造可行性分析美国学者Lund R.通过对七十多种不同类型的 再制造产吊的研究，总结归纳出7条判断产吊可再 制造性的准则：（1） 产品属于功能性报废；（2） 产品是耐用产品；（3） 产品已标准化，零件可以互换；（4） 产品附加值较高；（5） 获得报废产品的成本较低；（6） 产品的技术相对稳定；（7） 顾客了解这种再制造产品对于隧道掘进机，这些准则部分已经满足由 于隧道掘进机是耐用产品，己满足准则（2）；隧道 掘进机的关键零部件己经标准化，类似丁•刀具等都 有很好的互换性，己满足准则（3）；隧道掘进机生 产复杂，成本高，其附加值较高，已满足准则（4）； 隧道掘进机属于大型装备，经过近200年的发展和 变革至今，其技术相对稳定，且恢复技术已经成熟, 已有报废隧道掘进机经过再制造后重新投入工程使 用，已满足准则（6）。

对准则（1）、（5）、（7）修改和补充如下：（I）隧道掘进机属于功能性报废，使用寿命已经终 结（包括物质寿命终结、经济寿命终结、技术寿命 终结），或者是服务期限已满；（5）获得废旧掘进机的成本相对新的较低，包括拆 卸、运输成本等；（7）施工单位了解再制造隧道掘进机，愿意使用再 制造掘进机并知道如何购买以上三条准则中，准则（1）用于判断掘进机报 废损伤程度，并决定了再制造的方法，比如物质寿 命终结需要进行修复和替换，技术寿命终结需要进 行关键零部件的升级；准则（5）是隧道掘进机再制 造的主要成本之一；准侧（7）是再制造的最终目的, 因为顾客的认知度是产品生存的关键，也是再制造 隧道掘进机能否大力推广的决定因素相对于修改 后的三条准则，绝大部分隧道掘进机损坏程度不高, 属于功能性报废，具有再制造价值，月.其获得废I口 掘进机的成本较低，目前国内外再制造隧道掘进机 已经完成了大量施工工作，施工质量良好，获得了 施工单位的认可与好评所以再制造隧道掘进机均 满足以上准则另一方而，隧道掘进机设计上的技术先进性使 得现在的掘进机能适应更宽泛的地质情况和更坚硬 的岩石条件且大多数隧道掘进机主要结构磨损量 与整体零件的重量相比显得微不足道。

假如采用先 进的修复技术给予适当的修复，恢复其原有的形状 和尺寸，花费不会很大而且釆用先进修复技术恢 复的表层性能，比原有表层更为耐磨、耐蚀和耐用综上所述，绝大多数的隧道掘进机适合再制造2隧道掘进机再制造发展现状2.1国外隧道掘进机再制造工程的现状国外再制造产业已有80多年历史，再制造在技 术标准、生产工艺、配件供应及售后服务等方面都 比较成熟，再制造工程己深入到各个领域，包括汽 车、工业设备、国防装备、电子电器等，形成了一 套完整的发展体系和较大的产业规模国外隧道掘 进机制造、使用企业均有将隧道掘进机再制造投入 多个项目使用的成功案例据悉，著名掘进机制造 企业——美国罗宾斯公司近年来每年生产的35〜50台掘进机中有将近70%可以通过恢复性维修成 功实现旧件翻新罗宾斯公司在上海修复的掘进机 就是由冰岛回收，应用于锦屏电站排水洞工程；海 瑞克公司也有多台再制造掘进机在中国市场使用 国外其他公司如维尔特、塞利等均有再制造盾构 /TBM产品销售和使用的案例其隧道掘进机再制 造技术已经相对成熟2.2国内隧道掘进机再制造工程的现状我国再制造工程发展相对较晚，但是发展速度 快，势头良好冃前，我国己经成为世界上重要的再 制造中心之一，而且在理论研究和技术实践方而均走 在了世界前列。

在隧道掘进机再制造方面，我国施工 企业在使用进口再制造掘进机的同时也在尝试对自 有设备进行再制造，国内专业生产厂家也在探索掘进 机再制造北京某企业购置的日立EPB0617O 土压平 衡盾构参与了北京地铁四号线的施工，由于盾体密封 位严重磨损导致整机瘫痪，北京奥宇可鑫集团釆取再 制造技术进行了修复2009年5月，北京奥宇可鑫 集团公司宣布经装备再制造国家重点实验室、中船 12所等单位专家采用先进手段现场检测验收，盾构 “修复后的质暈完全能够满足使用要求，部分性能超 过新品二达到了再制造标准；上海市机械施工有限 公司进II的第一台小松TM6140盾构是根据深圳地 区的地质、管片规格等施工要求设计制造的，为了适 应上海地铁施工需要，进行了设备改进、优化和再制 造；1997年,铁道部引进2台维尔特TB880E型掘进 机，成功用于西康铁路秦岭隧道等项目施工，完工后 多年存放，2007年经过修复和局部再制造用于新疆 中天山隧道工程，日前单台掘进均超过lOkmo图1我国首台再制造盾构机图1所示为2016年3月24日上午10时，我国首台 再制造盾构机S-254在北京地铁16号线02标段完 成首段2020米地铁隧道施工,这标志着我国首台再 制造盾构机通过了实际工程应用的检验。

3再制造隧道掘进机的应用编号状态表1国外部分再制造TBM施工实例开挖直径 施工时间 施工地点掘进长度0120123450 -• -■ -• - - ■ ■ - - - AAABBBBBBC造造 造适造适适 du du o du du 次次 次次次次次 新— 2新1 2 345新 全第第全第第第第第全o o o o O 4 5 5 5 255555777 丄 33344444411998〜20022006-1980-19821983-1984 1985〜1986 1987-1988 1996- 2008-1970-1972亚哥利唯TE和赴甘 人秘扯威威典威人釦釦 意玻圣挪挪瑞挪惫苏苏力 5 5 6 3 O 5L71958L563.12&44.9.142经粗略调查，全世界再制造隧道掘进机的应用 比例为60%〜75%,不同的制造商或者施工单位给 出的答复存在一定差异;考虑到部分隧道掘进机制 造商再制造掘进机的销售量较上述企业少;而又存 在着部分长期从事隧道掘进机施工的施工企业一直 以来大暈采用旧机，经重新设计和再制造后应用于 新的工程由此,扩展到整个国际隧道掘进机施工市 场，再制造隧道掘进机的应用，按照台次统计能够占 到市场份额的70%左右。

资料显示，一台隧道掘进机 可以经过多次重新设计和再制造，应用于多项工程 施工例如某台主梁式TBM最初出厂时开挖直径 7.63 m,于2004〜2006年完成冰岛Karahnjukar水电 项目1#隧道14.3km隧道施工后，经再制造开挖直径 变为9.73 m,于2008年完成瑞士 Ceneri Sigirino基线 隧道工程2.4km掘进施工又如另一台主梁式TBM 最初出厂时开挖直径3.52 m,于1994〜1995年完成 奥地利Klosterle工程4.24 km隧道施工、1987〜1995 年完成奥地利武腾多夫水电项日10.2 km隧道掘进 后，经第1次再制造开挖直径变为3.6 于1991〜 1992年完成意大利Guinza导洞5.9 km隧道掘进施 工;经第2次再制造开挖直径变为4.2 m,于1993〜 1994年完成希腊Evinos Aqueduct Portal水利工程 8.04km隧洞掘进施工、于1997年完成西班牙奥雷 利亚纳苏哈尔工程3.8 km隧道掘进施工;经第3次 再制造开挖直径变为3.9 m,于1999年完成意大利 Valico工程0.9 km隧道掘进施工。