全断面隧道掘进机再制造技术及发展

全断面隧道掘进机再制造技术现状及发展*

郭京波, 周罘鑫，刘进志

（石家庄铁道大学机械工程学院，河北石家庄 050043）

摘要：在城市地铁及隧道的施工过程中，国内部分全断面隧道掘进机已接近其使用寿命，

若到达设计寿命后就报废会造成极大的经济损失和资源浪费，因而我们非常有必要深入研

究全断面隧道掘进机再制造技术。通过对分析全断面隧道掘进机再制造技术的特征，提出

了隧道掘进机再制造技术的创新理论和评估体系，对其切削系统、主驱动系统、壳体结构、电气系统、液压系统、独立设备等关键系统进行再制造，可达到节约资源和降低成本的目的。该技术在全断面隧道掘进机领域内的推广应用将带来显著的经济效益和社会效益。

关键词：再制造；创新理论；状态评估；全断面隧道掘进机

全断面隧道掘进机（以下简称隧道掘进机）包括盾构和岩石掘进机，已广泛应用于市政工程 、轨道交通、铁路公路、水利工程等，根据统计，目前国内盾构的存有量900台左右，岩石掘进机数量在30~40台之间，由于早期生产隧道掘进机的超期服役及在异地使用的不适应性，其再制造将是我国发展的重点之一。

由于隧道掘进机中的各个部件的使用寿命不相同，隧道掘进机在完成一定量的施工任务并且设备达到设计寿命或者在没有后续工程之后，尽管有些结构存在不同程度的损坏，但很多零部件仍然可以继续使用，如果将其报废会造成极大的经济损失和资源浪费。通过再制造技术，可赋予废旧隧道掘进机新的使用寿命，所以隧道掘进机再制造技术符合国家可持续发展、构建循环经济的战略需求[1-2]。相对国外而言，现阶段国内隧道掘进机的再制造技术还没有形成系统的理论和方法，所以在充分调研国内外再制造技术现状的基础上，对隧道掘进机再制造技术特征进行分析，提出了隧道掘进机的再制造技术创新理论和技术评估，以指导再制造技术的发展。

1 隧道掘进机再制造技术现状

1.1 国外行业现状

现阶段国外隧道掘进机制造和应用单位都有将隧道掘进机成功再制造的案例。近年来国

基金项目：国家863项目（2012AA041803）；国家自然科学基金项目（51275321）.

作者简介：郭京波（1966-），男，河北省赵县，教授，主要从事隧道掘进机方向的研究，E-mail：guojingbo66@.

外隧道掘进机制造企业罗宾斯（Robbins）公司每年生产的35～50 台隧道掘进机中将近70％的掘进机通过恢复性再制造实现翻新；海瑞克（Herrenknecht）公司也有大量隧道掘进机再制造后使用。

根据国外TBM制造商近40 年的生产销售业绩，经部分统计，702台掘进机在施工过程中，按使用台次统计，新机TBM和再制造TBM投入使用次数分别为236次和466次，分别占比例33.6%和66.4%；按掘进长度统计，新机TBM和再制造TBM掘进长度分别占比例44%和56%[3]。

1.2国内行业现状

国内隧道掘进机再制造产业处于初始发展阶段，隧道掘进机再制造产业规模小并且被认可度普遍偏低，随着我国隧洞工程建设的发展，多数隧道掘进机达到使用寿命或面临着报废，因此，我国隧道掘进机的再制造迫在眉睫。然而隧道掘进机属于非标设备，所以对其再制造技术相对于其他设备要求较高。

据统计，对于隧道掘进机的再制造，国内35台岩石掘进机的工程施工中，其中有7台应用再制造技术，有6台应用整机修复技术，其再制造率远小于世界平均水平。

2 隧道掘进机再制造技术

2.1 隧道掘进机再制造技术的概念

隧道掘进机再制造：在隧道施工中，对于完成了规定施工里程或达到了规定使用期限的隧道掘进机，以全寿命理论为指导，以优质、高效、节能、节材、环保为目标，以先进的设计方法和先进的制造技术为手段，对隧道掘进机进行修复、改造，修复后隧道掘进机的性能和寿命的预期值达到或超过原设备的性能与寿命[4-5]。

2.2 隧道掘进机再制造技术的特征

隧道掘进机再制造技术是面向整个设备生命周期的系统工程，该系统工程属于产品创新设计范畴，其具备以下几个鲜明特征：①隧道掘进机再制造技术实现了废旧设备重新获得使用功能的创新技术，具有充分利用资源、降低生产成本、减小对环境危害、提高经济效益的特征；②隧道掘进机再制造技术所针对的零部件有个体性、多样性、质量和数量的差异性等特点；③隧道掘进机再制造技术符合国家可持续的发展战略，具有广阔的市场和良好的发展前景。

隧道掘进机再制造技术有广阔的市场前景，主要表现在以下几个方面：第一，成本约为新机成本价格的70%，降低了工程成本，还实现了资源的持续利用；第二，再制造设备的使用性能不低于新机，并可以根据下一个工程的建设环境和地质条件等因素对再制造机器进行适

当的调整，满足市场的需求；第三，旧设备再制造时，如果不是最后一次再制造，可为下一次再制造留下寿命空间，符合施工方利益，容易在市场应用推广；此外，再制造厂家要对再制造的设备负责，做好再制造设备的售后服务，向用户和业主保证应用的可靠性，这是拥有广阔市场的前提。

2.3 隧道掘进机再制造技术的理论创新

大多数再制造都是建立在已有废旧产品基础上进行的再制造，增加了再制造难度，甚至有些部位无法进行再制造，基于此提出隧道掘进机再制造技术的理论创新，从主动再制造角度去分析，即从隧道掘进机的初始设计阶段，就要考虑再制造因素，提出了隧道掘进机寿命模式创新理论和模块模式创新理论，不断创新再制造理论、再制造工艺、再制造材料和产品的结构，促进再制造技术体系逐步实现系统化、规范化。本文提出的创新方法对隧道掘进机的再制造技术的发展有一定的参考作用。

2.3.1 寿命模式创新理论

从零部件的设计角度，要在新的隧道掘进机制造之前就要考虑设备的后续再制造工程。在设备的研究和设计时，将零部件分为价值低的、易更换的易损零件和价值高的可再利用零件，对于前者采用单次寿命模式设计制造，而对于后者采用多次寿命模式设计制造。单次寿命模式是指在隧道掘进机再制造时，这类零部件直接作为报废件处理，更换新零件；多次寿命模式是指在隧道掘进机再制造时，这类零部件作为可再利用零件，通过再制造恢复其使用性能，从而降低成本[6]。

2.3.2 模块模式创新理论

模块模式创新理论是指隧道掘进机按模块化设计、制造、装配，属于主动的再制造技术模块化创新技术[7-8]，具有隧道掘进机再制造时拆卸效率高、防止拆卸时产生结构性障碍、零部件再制造时工艺集中等优点。模块模式创新理论包括工艺相容原则、维护性原则、可拆卸性原则、独立性原则、使用寿命原则、环境影响原则、经济性原则，以下为几个原则具体说明：

（1）经济性原则

该原则是按零部件的回收价值划分模块，将回收价值相同或相近的零部件划分到相同模块。

（2）使用寿命原则

该原则是按零部件的使用寿命划分模块，将使用寿命相近的零部件划分到相同模块。

（3）工艺相容原则

该原则中的工艺分为零部件的回收工艺和再制造工艺，即零部件回收工艺相近或再制造