盾構再制造研究與實施

喬治

（中鐵一局集團有限公司，陜西 西安 710054）

1 盾構再制造的研究背景及重要性

1.1 適應國家產(chǎn)業(yè)政策的要求

2010 年5 月，國家11 個部委聯(lián)合下發(fā)了《關于推進再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》，將再制造產(chǎn)業(yè)作為國家新的經(jīng)濟增長點予以培育，并且在“十三五”規(guī)劃期間，將再制造列為國家重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)。國家一系列政策表明：推動再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建設資源節(jié)約型社會，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，已成為中國可持續(xù)發(fā)展的基本國策。

1.2 綜合利用資源，保護生態(tài)環(huán)境的需要

一般情況下，盾構機的設計壽命是掘進總里程10km（10年），但設備的液壓部件和其他總成部件的壽命周期均大于產(chǎn)品總體壽命，再制造過程實現(xiàn)了廢舊產(chǎn)品的回收利用，最大程度地保護生態(tài)環(huán)境，滿足了對設備較高的產(chǎn)品功能需要，并且使盾構再制造具有客觀的經(jīng)濟效益。

1.3 企業(yè)自身生存與發(fā)展戰(zhàn)略的需要

目前，企業(yè)達到10km 設計使用壽命的盾構機以每年至少5 臺的數(shù)量在增加，如何處理這些設備，成為影響企業(yè)總體發(fā)展的重要問題。盾構再制造無疑是眾多解決方式中經(jīng)濟效益和社會效益雙贏的最佳選擇，其充分利用現(xiàn)有資金、技術和資源等優(yōu)勢，依靠技術進步，發(fā)揮企業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟效益，為企業(yè)的發(fā)展壯大注入新的活力，使企業(yè)立于市場競爭的有利地位而得以長足生存和發(fā)展。

2 盾構再制造行業(yè)現(xiàn)狀

目前，國內盾構再制造產(chǎn)業(yè)還是處于規(guī)劃發(fā)展期，盾構設備廠家主要以新機制造銷售為主，從技術和市場的發(fā)展前景來看，盾構制造的市場已基本飽和，技術也在日趨向國產(chǎn)化發(fā)展，但對于盾構的再制造，尚無一家企業(yè)作為規(guī)?；瘉戆l(fā)展，現(xiàn)有生產(chǎn)廠家的規(guī)模決定他們把目光大多放在眼前利潤上，對盾構再制造領域的研究甚少，沒有形成統(tǒng)一的再制造標準。

3 海瑞克S235 盾構機再制造實施

3.1 實施再制造盾構機介紹

海瑞克S-235 盾構機是中鐵一局集團于2003 年6 月購置的一臺復合式土壓平衡盾構機，實施再制造前已在華南地區(qū)7 個項目累計掘進合計11334m，已達到設計使用壽命，掘進地層主要以粉質黏土、微風化巖、中風化巖為主，設備故障率增多，難以滿足后續(xù)安全掘進施工的要求。

3.2 盾構再制造總體方案

再制造方案明確對刀盤、主軸承及主驅動密封、環(huán)件等核心件進行更換；對減速機、液壓泵、馬達、閥組、推進油缸等液壓件返廠再制造或新制；對螺旋后閘門進行雙閘門改造、皮帶系統(tǒng)（變頻/皮帶機角度改造）、泡沫系統(tǒng)(單管單泵/刀盤中心區(qū)沖洗改造)、膨潤土系統(tǒng)（新增盾殼膨潤土）、潤滑系統(tǒng)（新增多點泵）等更換新件并進行優(yōu)化升級；對電控系統(tǒng)內部電氣元件成套更換新件；對電機、變壓器及雙軌梁等電氣設備返廠再制造或成套更換；對喂片機、皮帶機、通風設備等鋼結構新制。

3.3 盾構再制造創(chuàng)新實施做法

3.3.1 刀盤制新

針對華南地區(qū)的地質特點，新制造一個復合式刀盤，刀盤結構型式為面板+輻條式，開挖直徑為6280mm，開口率40%，重量約56t，破巖能力230MPa 以上，能滿足高強度復合地層掘進。優(yōu)化刀盤刀具布置，刀具軌跡、刀具配置、刀盤強度等方面較原機配置刀盤都得到了優(yōu)化及提升（圖1、2）。

圖1 刀盤再制造前

圖2 刀盤再制造后

3.3.2 主驅動再制造

對主軸承進行拆解勘驗，根據(jù)勘驗測量結果，確定更換主軸承總成、主軸承內外密封、內密封滑環(huán)；傳動齒探傷檢查；潤滑油道清洗檢查；齒輪箱清洗檢查；8 臺行星減速機返回專業(yè)廠家進行再制造。

3.3.3 推進、鉸接系統(tǒng)再制造

根據(jù)整機再造方案對整機推進油缸30 根、鉸接油缸14根全部進行解體、拆解檢測，更換全套油缸密封，對所有油缸活塞桿及缸筒拋丸退鍍、修磨后重新鍍鉻，恢復至再制造標準，推進液壓閥組拆解流量標定。

圖3 主驅動再制造前

圖4 主驅動再制造后

3.3.4 拼裝機再制造

對拼裝機進行解體勘驗，拼裝機行走輪更換新件，驅動鋼結構校正，抓舉油缸關節(jié)軸承更換新件，回轉支承購置新件，紅藍油缸鍍鉻修復，液壓鎖更換新件。

3.3.5 螺旋輸送機再制造

螺旋葉片按照原機螺旋幾何尺寸，對磨損的葉片進行幾何尺寸、耐磨性修復，修復完成后進行探傷及驗收；螺旋閘門進行再制造升級，由單開閘門改造為雙開閘門；螺旋球面回轉支撐、驅動減速機解體檢測，對異常的軸承齒輪進行修復、恢復至使用標準。

3.3.6 注漿系統(tǒng)再制造

漿罐端頭升級改造，主動端、被動端增加一臺EG-2 型電動潤滑泵，將漿罐端頭改造為自動潤滑。

3.3.7 液壓系統(tǒng)再制造

對液壓系統(tǒng)泵、馬達、閥組全部拆解返廠至專業(yè)廠家進行維修檢測，整機液壓系統(tǒng)管路、濾芯全部更換。液壓油箱內部清洗并進行氣密性檢測，檢測合格后加注新的液壓油。

3.3.8 油脂潤滑系統(tǒng)再制造

對盾構機原機配置的三臺氣動油脂泵進行更換，采購三臺固瑞克氣動油脂泵，通過12 個雙作用氣動球閥向盾尾刷密封腔加注充足的盾尾油脂，再制造后油脂泵整體性能優(yōu)于原機出廠標準。

另外，將原主驅動泵送式分散潤滑改造為集中式多點潤滑，擴大了供脂范圍，滿足了盾構機主軸承、螺旋回轉支承、螺旋球軸承及中心回轉共計21 個潤滑點多點潤滑的需要。電氣系統(tǒng)增加中間繼電器、交流接觸器，操作室面板上增加啟停按鈕，并對PLC 程序進行修改，實現(xiàn)遠程控制。

3.3.9 渣土改良系統(tǒng)再制造

對泡沫系統(tǒng)進行單管單泵改造，將原來的1 臺泡沫泵供給4 路泡沫改造為4 臺泡沫泵單獨供給4 路泡沫，并增加了電控系統(tǒng)及模塊程序，方便操作室遠程控制，提高了渣土改良效果。增加刀盤中心區(qū)自動沖洗功能，在刀盤中心區(qū)域開孔，增加氣動沖洗裝置，外接循環(huán)水，當?shù)侗P結泥餅或渣土較干時可進行沖刷。

為了減小盾體摩擦，增強盾體外殼與地層間的潤滑，在盾體外圍開孔增加1 臺7.5kW 的擠壓泵，用于盾殼膨潤土的注入，改造中布置球閥、單向閥、流量計、壓力傳感器、氣動球閥等部件，并增加電控系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制。

3.3.10 循環(huán)水系統(tǒng)再制造

此次再制造中，對冷卻循環(huán)系統(tǒng)各部分元件進行拆解、勘驗更換升級改造，新采購一臺液壓油板式散熱器，在原有基礎上增大散熱面積為液壓油箱散熱；采購一臺釬焊式散熱器為齒輪油散熱，提高了循環(huán)水系統(tǒng)的散熱效果。

3.3.11 皮帶輸送系統(tǒng)再制造

再制造重新對皮帶機系統(tǒng)優(yōu)化升級改造，原皮帶電機的定頻電機，升級改造為37KW 變頻電機，實現(xiàn)0 ～3m/s 無級調速，當渣土車滿編組列車前移時，可在不停止皮帶的情況下將電位計旋鈕旋轉至零位，再次啟動節(jié)約時間，提高掘進工效。另外，為了降低輸送帶在使用中的爬坡力，將原13.5°皮帶角度改進為9.7°，降低了角度，更加有利于出渣。

3.3.12 入倉系統(tǒng)再制造

入倉是為常壓隧道到帶壓土倉過渡提供的場所，此次再制造中，對入倉儀表、氣動單元、密封、管路、流量計及記錄儀等進行全部更換，對入倉安全閥委托專業(yè)機構標定，最大工作壓力為3bar,再制造完成后對入倉進行氣密性檢測。

3.3.13 雙軌梁系統(tǒng)再制造

將原機配置的兩臺3.2T STAHL 吊機，更換為兩臺4T 法蘭泰克吊機，負載起吊能力較原盾構機配置的吊機有很大的提升。行走電機、減速機更換為德馬格最新式減速機，行走方式為膠輪驅動，進一步提高了吊機的吊運能力。

3.3.14 電氣系統(tǒng)再制造

盾構機電氣系統(tǒng)主要由高壓供電、低壓供配電、PLC 控制系統(tǒng)、主控制室與人機界面、通訊與圖像監(jiān)控系統(tǒng)、地面與遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成。此次再制造中，根據(jù)盾構機再制造方案對整機電氣控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，改造為中鐵裝備最新分布式I/O 控制，整機電氣元件進行檢測更換損壞配件，電機委托專業(yè)廠家維修檢測。對盾構機整機17 臺電機全部進行拆解，拆解后返廠至專業(yè)廠家進行檢測再制造。

3.3.15 鋼結構再制造

對盾構機盾體、臺車鋼結構進行勘驗檢測測量，對變形、銹蝕嚴重的鋼結構全部在現(xiàn)場加工新件進行更換，盾體鋼結構變形部位通過熱工校正工藝進行校正后，恢復至盾構再制造使用標準。對整機鋼結構進行防腐噴涂，噴涂嚴格按照涂裝通用技術標準執(zhí)行。

圖5 再制造后盾構機

4 盾構再制造后使用情況

4.1 海瑞克S235 盾構機再制造完成后，投入廣州市軌道交通8 號線北延1 標使用。項目包括華林寺～陳家祠盾構區(qū)間及4 個盾構洞門和1 座聯(lián)絡通道（不含廢水泵房）土建施工，其中區(qū)間左線隧道長度832.355m，右線隧道長度830.893m，海瑞克S235 盾構機掘進右線隧道。

4.2 工程地質情況

【華林寺～陳家祠站區(qū)間】線路平面最小曲線半徑為450m，最大坡度20‰，隧道頂部覆土18 ～24m，區(qū)間隧道地層以粉細砂層、泥質粉砂巖全風化帶、泥質粉砂巖強風化帶為主，最大強度60MPa。

4.3 盾構機使用情況描述

盾構機再制造完成后，2018 年11 月14 日始發(fā)，2019年4 月30 日貫通，共計掘進830.893 米，平均掘進速度151.07 米/月。掘進過程中設備機況良好，未出現(xiàn)重大故障，能夠完全滿足華南地區(qū)復合地層掘進安全、可靠的要求。

圖6 盾構區(qū)間工程概況示意圖

5 盾構再制造經(jīng)濟效益分析

海瑞克S235 盾構機再制造共計花費費用1496 萬元，預計再制造后可再掘進6 公里。目前，購置一臺同類型號的新制盾構機，約需要4300 萬元，按照10 公里設計壽命攤銷，購置新機掘進6 公里約需要投資2580 萬元，在同等條件下盾構再制造可為企業(yè)節(jié)省投資1084 萬元。

6 盾構再制造工作開展存在的問題

（1）技術研發(fā)投入不足、人才短缺。盾構再制造工作存在研發(fā)投入不足,核心技術壁壘無法突破，人才短缺等問題，企業(yè)自主創(chuàng)新能力較弱，先進的設計理念和高科技成果難以有效轉化。

（2）實施再制造的質量控制體系尚未建立。由于再制造尚屬新興產(chǎn)業(yè)，缺乏相應的行業(yè)標準，企業(yè)在舊件檢測、再制造修復等關鍵環(huán)節(jié)沒有建立完善的質量控制體系，掣肘了行業(yè)的發(fā)展。

（3）舊件再制造率低。目前，國內大部分盾構再制造企業(yè)主要還是采用換件法和尺寸修理法進行再制造，大量磨損的關鍵零部件無法自主修復，導致再制造產(chǎn)品的舊件再利用率低。