淺談盾構(gòu)機(jī)被水泡后應(yīng)急處置技術(shù)措施及相關(guān)修復(fù)方法

楚現(xiàn)柱

（中國(guó)電建集團(tuán)鐵路建設(shè)有限公司，北京100080）

盾構(gòu)法施工在國(guó)內(nèi)地鐵建設(shè)中已廣泛應(yīng)用，由于地鐵施工水文地質(zhì)條件、外部環(huán)境復(fù)雜，突發(fā)狀況較多，時(shí)有發(fā)生盾構(gòu)機(jī)水淹事故，由于盾構(gòu)機(jī)操作系統(tǒng)繁瑣，精密電氣元件種類繁多、價(jià)格昂貴、數(shù)量大、涉及領(lǐng)域廣、制造周期長(zhǎng)，所以在泡水事故發(fā)生后采取科學(xué)合理的應(yīng)急處置措施，制定切實(shí)有效的修復(fù)方案，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)快速修復(fù)，降低經(jīng)濟(jì)損失，減少工期影響，是值得研究和摸索的方向。

1 盾構(gòu)機(jī)泡水后的總體修復(fù)思路

1.1 及時(shí)抽排隧道內(nèi)積水，減少盾構(gòu)機(jī)泡水時(shí)間，采取烘干措施，降低相關(guān)電氣元件的損耗；同時(shí)加裝臨時(shí)的氣體保壓系統(tǒng)、膨潤(rùn)土保壓系統(tǒng)、盾尾油脂系統(tǒng)和黃油潤(rùn)滑系統(tǒng)，保證現(xiàn)場(chǎng)盾構(gòu)機(jī)停機(jī)時(shí)隧道掌子面和洞內(nèi)隧道的安全性；

1.2 對(duì)盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、盾體主機(jī)系統(tǒng)、螺旋機(jī)系統(tǒng)、拼裝機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)械、電氣、液壓部件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修，主驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和減速機(jī)、超挖刀泵系統(tǒng)等需要拆卸后送至專業(yè)廠家進(jìn)行檢修；

1.3 對(duì)橋架和6 節(jié)拖車后配套返回工廠維修，關(guān)鍵性的部件如泵站、高壓系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、空氣保壓系統(tǒng)等需要拆卸送至專業(yè)廠家進(jìn)行檢修；

1.4 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法拆卸的關(guān)鍵性部件，如主驅(qū)動(dòng)、推進(jìn)油缸、鉸接油缸、拼裝機(jī)回轉(zhuǎn)支撐等，為保證后續(xù)的使用壽命，在盾構(gòu)設(shè)備出洞后送至專業(yè)廠家維修。

2 盾構(gòu)機(jī)浸泡水的應(yīng)急處置措施

2.1 地鐵隧道內(nèi)積水抽排及盾構(gòu)機(jī)元器件烘干措施

根據(jù)隧道內(nèi)的積水量，合理配備抽水泵數(shù)量，完成抽水時(shí)間應(yīng)控制在24h 內(nèi)，盡量減少盾構(gòu)機(jī)泡水時(shí)間，防止積水通過(guò)呼吸閥進(jìn)入液壓油管路，造成液壓系統(tǒng)和主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)泥沙。事故發(fā)生后現(xiàn)場(chǎng)采用在電瓶車的管片小車上焊接臨時(shí)工裝，懸掛污水泵進(jìn)行抽排水作業(yè)，同時(shí)利用隧道內(nèi)循環(huán)水管將積水排至隧道外，如若循環(huán)水管不能滿足抽排水要求，可在走道板上敷設(shè)排水管路。若隧道過(guò)長(zhǎng)，水管壓力較大，建議采用透明PVC鋼絲管，防止爆管，影響抽水效率。

圖1 空氣保壓系統(tǒng)原理圖

當(dāng)盾構(gòu)體及后配套露出水面后，安排人員及時(shí)對(duì)盾構(gòu)機(jī)外表面泥沙進(jìn)行清理，并將電機(jī)配線盒及配電柜打開(kāi)，采用氧氣吹掃和干抹布擦拭等措施對(duì)相關(guān)電氣元件進(jìn)行清理，同時(shí)加強(qiáng)隧道內(nèi)通風(fēng)，并做好隧道內(nèi)有毒要害氣體檢測(cè)，當(dāng)相關(guān)氣體含量超標(biāo)時(shí)立即停止作業(yè)。電氣元件清理完畢后，立即采用碘鎢燈、電熱器、抽風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行烘干處理，降低電氣元件因泡水受潮、腐蝕造成損壞，減少盾構(gòu)機(jī)修復(fù)工作量和經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 盾構(gòu)機(jī)停機(jī)安全保障措施

由于泡水盾構(gòu)機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，為保證盾構(gòu)機(jī)掌子面的穩(wěn)定，增加一套臨時(shí)的氣體保壓系統(tǒng)和一套膨潤(rùn)土加壓系統(tǒng)；增加盾尾油脂注入系統(tǒng)，保證盾體主機(jī)和隧道的安全性；為保障盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)主軸承和拼裝機(jī)軸承的正常使用，增設(shè)臨時(shí)的黃油潤(rùn)滑系統(tǒng)。

盾構(gòu)機(jī)橋架和后配套拖車需返廠維修，盾體主機(jī)的空間有限，為保證盾體主機(jī)的減速機(jī)、馬達(dá)等設(shè)備的拆卸和運(yùn)輸空間，要求維修廠家將一節(jié)臺(tái)車進(jìn)行改造，臺(tái)車左側(cè)放置膨潤(rùn)土系統(tǒng)和盾尾油脂系統(tǒng)的設(shè)備，臺(tái)車右側(cè)放置空氣保壓系統(tǒng)的設(shè)備，既保證設(shè)備有存放的空間，也保留了電瓶車運(yùn)輸設(shè)備的中間通道。

（1）氣體保壓系統(tǒng)

針對(duì)本盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)需要恢復(fù)保壓功能，需設(shè)置37KW 空壓機(jī)兩臺(tái)（一用一備），儲(chǔ)氣罐一件（配安全閥），其余按照原系統(tǒng)配置。

（2）膨潤(rùn)土加壓系統(tǒng)

采用獨(dú)立的膨潤(rùn)土加壓系統(tǒng)，使用PLC 及變頻器控制膨潤(rùn)土泵，保證隧道掌子面維持恒定的壓力，同時(shí)增加了方便控制的觸摸屏。在保壓系統(tǒng)控制方式上，可分為自動(dòng)與手動(dòng)模式。為保證系統(tǒng)運(yùn)行正常，程序內(nèi)設(shè)置斷線檢測(cè)、低液位檢測(cè)、管路壓力流量監(jiān)控、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)并配備聲光報(bào)警作為警示。

圖2 膨潤(rùn)土加壓系統(tǒng)原理圖

（3）盾尾油脂注入系統(tǒng)、黃油潤(rùn)滑系統(tǒng)

利用氣動(dòng)油脂泵，對(duì)盾尾刷和鉸接密封外側(cè)注入油脂。氣動(dòng)油脂泵出口管路連接到盾構(gòu)機(jī)H 梁處管路，現(xiàn)場(chǎng)更換盾尾油脂氣動(dòng)換向閥，換向閥閥線與壓力傳感器閥線更換新件。油脂注入系統(tǒng)電氣系統(tǒng)增加一個(gè)盾尾油脂控制箱，采用西門(mén)子S7-200SMART 系列PLC 和MCGS 觸摸屏對(duì)盾尾油脂注入系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制（與盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)控制方式相同）與手動(dòng)控制，觸摸屏可以設(shè)置盾尾油脂注入壓力。鉸接密封處盾尾油脂的注入，向盾尾P3 處注入油脂，將P3 處的堵頭拆下，注意拆卸時(shí)防止泥沙涌出，依次注入盾尾油脂。

利用多點(diǎn)泵對(duì)主驅(qū)動(dòng)密封進(jìn)行黃油潤(rùn)滑，將驅(qū)動(dòng)密封內(nèi)的殘留的泥沙盡快排出。將多點(diǎn)泵13 路并聯(lián)到一起，接到主驅(qū)動(dòng)黃油分配閥上，多點(diǎn)泵的供油量為38ml/min，向主驅(qū)動(dòng)打油1 小時(shí)，約注入2L 黃油即可（注入油脂時(shí)檢查分配閥出口油脂是否正常打出），可滿足對(duì)驅(qū)動(dòng)密封的完全潤(rùn)滑與養(yǎng)護(hù)；對(duì)主驅(qū)動(dòng)內(nèi)密封采用手動(dòng)黃油泵注入油脂，注入量為每個(gè)點(diǎn)15-20ml。

3 盾構(gòu)機(jī)維修技術(shù)措施

首先對(duì)盾體主機(jī)及管路線纜表面進(jìn)行清潔養(yǎng)護(hù)。專業(yè)維修廠家對(duì)盾構(gòu)機(jī)設(shè)備、器件，在保證盾構(gòu)機(jī)安全性的前提下可修復(fù)的盡量修復(fù)，損壞或?qū)Χ軜?gòu)后續(xù)掘進(jìn)有較大安全隱患的必須進(jìn)行更換。

3.1 主機(jī)系統(tǒng)維修措施

（1）主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

主驅(qū)動(dòng)齒輪箱內(nèi)有泥沙進(jìn)入，殘留的泥沙隨著齒輪油的流動(dòng)會(huì)對(duì)主軸承的滾柱、保持架、滾道、主軸承大齒圈、主驅(qū)動(dòng)小齒輪、以及小齒輪兩端的軸承等都會(huì)帶來(lái)?yè)p傷，影響主驅(qū)動(dòng)的使用壽命。首先采取齒輪油進(jìn)行沖洗齒輪箱和黃油擠壓主驅(qū)動(dòng)密封進(jìn)行清理；其次安裝臨時(shí)工裝將主驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、減速機(jī)拆除后送專業(yè)廠家進(jìn)行檢修，同時(shí)加裝8 塊臨時(shí)封板防止雜物進(jìn)入；然后主驅(qū)動(dòng)齒輪箱采用齒輪油泵循環(huán)沖洗，用內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查，合格后注滿齒輪油進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；最后將主驅(qū)動(dòng)齒輪箱呼吸器、齒輪油過(guò)濾器等進(jìn)行更換。

（2）拼裝機(jī)系統(tǒng)維修

拼裝機(jī)提升紅藍(lán)油缸，行走油缸、微調(diào)油缸被水浸泡，需要進(jìn)行專業(yè)的檢修；拼裝機(jī)回轉(zhuǎn)支撐內(nèi)部水和泥沙先通過(guò)打黃油將泥沙排出。

回轉(zhuǎn)部分檢查托輪、軸向支撐輪，如有損壞則修復(fù)或更換；回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置檢查回轉(zhuǎn)制動(dòng)器的零部件如摩擦片、彈簧、密封件等是否完好，否則須更換，恢復(fù)保養(yǎng)后的回轉(zhuǎn)制動(dòng)器須用管片實(shí)物進(jìn)行制動(dòng)能力試驗(yàn)。

檢測(cè)安裝平移部分的移導(dǎo)軌和提升部分的紅、藍(lán)缸的磨損、銹蝕情況，嚴(yán)重的要進(jìn)行維修或重新制作，安裝后分別進(jìn)行空載和負(fù)載試車，保證平移動(dòng)作平滑不卡滯；同時(shí)將密封件及防塵圈等予以全部更換。

（3）推進(jìn)和交接系統(tǒng)維修

推進(jìn)油缸和鉸接油缸被水浸泡，需要進(jìn)行專業(yè)的檢修。先對(duì)推進(jìn)閥組和鉸接閥組表面的泥沙進(jìn)行清潔，需要對(duì)閥組和線圈、閥線等進(jìn)行檢查；對(duì)活塞桿伸出部分的泥污進(jìn)行清理后涂抹潤(rùn)滑脂，對(duì)推進(jìn)和鉸接油缸行程傳感器通電測(cè)試，損壞件則更換外置傳感器，同時(shí)采購(gòu)內(nèi)置傳感器作為備件，出洞后更換。

（4）螺旋輸送機(jī)維修

將螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和減速機(jī)拆卸后進(jìn)行檢修，檢查筒體內(nèi)壁磨損情況，根據(jù)具體情況修復(fù)或更換；更換殼體法蘭連接處的密封圈，檢查疏通注水口及注水球閥；對(duì)排渣門(mén)行程傳感器進(jìn)行檢測(cè)和標(biāo)定，視情況決定是否更換；驅(qū)動(dòng)裝置更換齒輪箱齒輪油，檢查齒輪是否存在點(diǎn)蝕、裂紋等破壞現(xiàn)象，根據(jù)具體情況維修或更換。

3.2 后配套臺(tái)車

本工程中后配套臺(tái)車中電氣設(shè)備較多，隧道內(nèi)作業(yè)空間有限，維修效率不高，通過(guò)焊接牛腿、鋪設(shè)軌道，采用電瓶車拖運(yùn)至盾構(gòu)井處，吊裝運(yùn)至維修廠內(nèi)，進(jìn)行系統(tǒng)的檢測(cè)和維修。

（1）油脂系統(tǒng)維修

本系統(tǒng)包括盾尾密封注脂系統(tǒng)、主驅(qū)動(dòng)密封注脂系統(tǒng)、油脂潤(rùn)滑系統(tǒng)。維修前要先對(duì)設(shè)備進(jìn)行完整性檢查，先對(duì)注脂泵站、分配閥控制閥、注脂管路、傳感器進(jìn)行拆解、清理、更換損壞配件；清洗或更換多點(diǎn)泵泵芯，對(duì)油脂泵和氣動(dòng)馬達(dá)密封維修包進(jìn)行檢查，更換油脂泵壓盤(pán)密封；清理所有分配器和控制閥的外表，疏通保養(yǎng)系統(tǒng)中的分配器，接油脂泵進(jìn)行功能試驗(yàn)，動(dòng)作靈活，功能齊全、可靠。

（2）同步注漿系統(tǒng)維修

系統(tǒng)包括尾盾注漿管、注漿控制閥組、注漿泵、注漿箱、注漿液壓系統(tǒng)、注漿管。人工進(jìn)行盾尾注漿管速通，對(duì)注漿控制閥組拆解、清洗，通氣、電試驗(yàn)，保證動(dòng)作靈活，密封性能可靠；將注漿泵拆解，清理泵內(nèi)殘留漿，著重檢查活塞，桶壁及漿液抽送球頭磨損情況，更換損壞配件，重新裝配，接液壓站通電打水試驗(yàn)，保證動(dòng)作靈活，功能齊全、可靠；對(duì)所有注漿壓力傳感器進(jìn)行測(cè)試，并標(biāo)定其精度；注漿液壓系統(tǒng)通過(guò)目測(cè)與儀器測(cè)量，進(jìn)行壓力參數(shù)測(cè)定和流量參數(shù)測(cè)定，應(yīng)滿足泵設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)定參數(shù)要求，否則整體報(bào)廢，更換新泵。

（3）油樣檢測(cè)

對(duì)刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)減速箱、主軸承箱、螺旋輸送機(jī)減速箱、主油箱、拼裝機(jī)油箱、同步注漿動(dòng)力箱等部位進(jìn)行油樣采集。主要對(duì)油樣的粘度、水份、清潔度、PH 值等四項(xiàng)主要指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，這四個(gè)指標(biāo)任一指標(biāo)不合格均需更換新油。

（4）電氣系統(tǒng)維修

電氣系統(tǒng)分為高壓供電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、機(jī)械液壓系統(tǒng)控制系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)整機(jī)不能工作，因此對(duì)泡水的電氣元件的處理應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定要求進(jìn)行檢測(cè)和修復(fù)，從而確保盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)可以安全、正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和使用。

盾構(gòu)設(shè)備包含的電氣元件數(shù)量和種類眾多，需要全部拆卸，為避免混亂及方便后續(xù)安裝，拆除元器件時(shí)必須做好標(biāo)識(shí)工作包括元器件標(biāo)識(shí)、線號(hào)標(biāo)識(shí)等。電氣元件清洗作業(yè)安排專人負(fù)責(zé)，須按方案要求的作業(yè)方法、作業(yè)流程進(jìn)行作業(yè)，避免對(duì)電氣元件造成二次損害。元器件清洗完成后，統(tǒng)一放入烘烤室內(nèi)進(jìn)行烘干。

①高壓變壓器柜修復(fù)。打開(kāi)柜門(mén)、高壓變壓器、銅排、冷卻風(fēng)扇、溫控儀進(jìn)行清潔工作，宜采用吸塵器、抹布、無(wú)水乙醇，忌用空壓機(jī)除塵和回絲擦抹，以免回絲落入高壓變壓器線圈內(nèi)；用酒精將電纜接頭擦拭干凈，并進(jìn)行烘烤，直到接頭內(nèi)干燥無(wú)水為止；邀請(qǐng)具有相應(yīng)資質(zhì)的檢測(cè)單位對(duì)高壓配電柜進(jìn)行檢測(cè)，如若不能滿足使用要求，立即進(jìn)行更換，避免影響后期整機(jī)調(diào)試。

②低壓電器系統(tǒng)修復(fù)。主配電柜、電容補(bǔ)償柜、操作室內(nèi)部電氣元件、空壓機(jī)電控系統(tǒng)（操作面板和內(nèi)部元器件），人倉(cāng)刀盤(pán)控制箱、油脂控制箱、管片吊機(jī)控制箱、螺旋機(jī)控制箱、水管卷盤(pán)控制箱、皮帶機(jī)控制箱、污水泵控制箱、注漿控制箱、二次注漿控制箱內(nèi)部，所有傳感器、低壓電纜線接頭清理烘干檢測(cè)，受損無(wú)法使用的進(jìn)行更換。

③電機(jī)修復(fù)。整機(jī)41 個(gè)電機(jī)拆卸后運(yùn)至地面，進(jìn)行拆解，將電機(jī)內(nèi)積水排出，定子和轉(zhuǎn)子分開(kāi)，用酒精將定子和轉(zhuǎn)子上的污漬、灰塵清理干凈，再初步檢測(cè)線圈有無(wú)破損、短路情況，有損壞的立即委外維修。之后放入烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干。烘烤完畢后，用搖表進(jìn)行檢測(cè)，相間及對(duì)地阻值要達(dá)到500MΩ 以上為合格，烘烤檢測(cè)完畢的電機(jī)要及時(shí)進(jìn)行裝配，避免潮氣再次浸入。

④土倉(cāng)壓力傳感器的維修。拆卸所有的土壓力傳感器，做好標(biāo)記，并連同安裝螺栓清理防銹處理；拆卸過(guò)程中應(yīng)注意保護(hù)傳感器的防水密封圈，檢查傳感器電氣元件腔體內(nèi)的密封狀況；進(jìn)行土壓力傳感器的性能測(cè)試，測(cè)試后的土壓力傳感器如超出檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值，則應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)調(diào)整，調(diào)整后的傳感器如還不能達(dá)到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)禁止再次使用；安裝土壓力傳感器應(yīng)注意傳感器的端頭密封，并將傳感器周身和安裝螺栓涂適量的黃油或者防銹油脂以便日后維護(hù)便于拆卸。

⑤電磁閥線圈插頭，壓力傳感器插頭，溫度傳感器插頭的拆卸檢查，主要檢查連接端子有無(wú)松動(dòng)，氧化腐蝕情況，如果氧化腐蝕嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)更換新的連接端子，清潔連接端子的污垢，完成后用電氣密封膠或硅膠密封處理，防止水分進(jìn)入插頭內(nèi)部，連接端子再次氧化腐蝕，并緊固安裝螺絲。

4 結(jié)論

本臺(tái)盾構(gòu)機(jī)整機(jī)被水淹后，由于采取合理的應(yīng)急措施措施，24 小時(shí)內(nèi)完成積水抽排工作，及時(shí)進(jìn)行了清理和烘干，有效減少了元器件的受損程度。采用一系列切實(shí)可行的修復(fù)工藝，僅45 天時(shí)間就完成盾構(gòu)機(jī)修復(fù)工作，期間地面沉降和盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)均在規(guī)范要求范圍內(nèi)。本文中對(duì)搶險(xiǎn)應(yīng)急處置措施、盾構(gòu)修復(fù)技術(shù)方法和新工藝的探索與實(shí)踐，不但在修復(fù)期間形成了強(qiáng)有力的修理能力，同時(shí)縮短了修復(fù)工期，大大降低了修復(fù)成本，而且在后續(xù)施工中，盾構(gòu)設(shè)備的功能和性能得以連續(xù)的發(fā)揮，為最終隧道的貫通，提供了可靠的設(shè)備保障。通過(guò)本次盾構(gòu)機(jī)泡水后搶險(xiǎn)、修復(fù)工作的總結(jié)為今后類似問(wèn)題的處理有一定借鑒參考意義。