盾構(gòu)施工階段螺旋軸尾端斷裂修復(fù)方法

楊凌霄

（武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430200）

0 引言

盾構(gòu)螺旋機(jī)輸送機(jī)在施工過程中主要作為渣土輸送和建立土壓平衡的手段，渣土在螺旋筒內(nèi)通過螺旋葉片傳輸將土倉(cāng)壓力降至常規(guī)壓力，并從螺旋機(jī)閘門排出至皮帶機(jī)上。如圖1 所示，螺旋輸送機(jī)安裝在前盾底部，大約呈23°左右角度斜穿管片拼裝機(jī)回轉(zhuǎn)中心，螺旋軸前端伸入土倉(cāng)，尾端由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

圖1 土壓平衡盾構(gòu)機(jī)主機(jī)部分

1 問題情況

某臺(tái)常規(guī)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在西安地鐵建設(shè)項(xiàng)目施工階段，在黏土地層中出現(xiàn)大量未勘測(cè)到的強(qiáng)度60 MPa 以上的孤石碎塊，導(dǎo)致螺旋機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在高速、高扭矩情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，并經(jīng)常出現(xiàn)螺旋機(jī)卡停情況，通常盾構(gòu)機(jī)操作司機(jī)會(huì)通過快速頻繁正反切換螺旋軸旋轉(zhuǎn)方向來恢復(fù)螺旋軸卡死故障。在一次螺旋機(jī)卡死后，操作人員做恢復(fù)操作過程中，突然發(fā)現(xiàn)螺旋機(jī)正常高速旋轉(zhuǎn)并且扭矩降至0，通過聽螺旋筒外部聲音，發(fā)現(xiàn)螺旋軸并沒有旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員隨即打開螺旋機(jī)尾端側(cè)面法蘭蓋板觀察，發(fā)現(xiàn)螺旋軸在離馬達(dá)15 cm 左右位置斷裂，斷裂位置如圖2 所示。由于螺旋機(jī)筒中渣土的作用，斷裂部分螺旋軸未向下掉落。

圖2 螺旋軸斷裂位置

2 螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)介紹

該螺旋輸送機(jī)為中心螺桿式結(jié)構(gòu)，由筒體、中心軸、葉片、傳動(dòng)部分和筒體伸縮油缸組成，通過螺旋葉片轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)渣土進(jìn)行定向輸送，能輸送具有一定摩擦力的渣土，具有很好的抵抗土壓、控制土壓沿輸送衰減、保持土壓動(dòng)態(tài)平衡的能力，適用于所有土壓平衡盾構(gòu)機(jī)使用，中間伸縮結(jié)構(gòu)可用于螺旋機(jī)修復(fù)和前防水閘門關(guān)閉。其主要規(guī)格參數(shù)：螺旋輸送機(jī)總長(zhǎng)12 500 mm，螺旋軸直徑220 mm，螺旋葉片直徑850 mm，螺旋筒最大伸縮行程1000 mm，螺旋機(jī)最大正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速22.1 r/min，螺旋機(jī)最大反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速7.2 r/min。

3 斷軸修復(fù)

考慮到斷裂位置離螺旋驅(qū)動(dòng)部分的軸承位置只有15 cm，在定位焊接時(shí)，焊接熱影響會(huì)燒壞密封，因此，修復(fù)焊接過程必須先將螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)與螺旋軸分離。

3.1 修復(fù)前準(zhǔn)備

拆除螺旋機(jī)卸料閘門處擋泥板等設(shè)備，為人工作業(yè)留出工作空間，清理卸料閘門區(qū)域糊在筒壁上的渣土，打開側(cè)面的法蘭蓋板接入電燈和鼓風(fēng)設(shè)備，并在周邊工作區(qū)域鋪上石棉防火布。

3.2 斷裂位置焊接坡口制作

利用螺旋機(jī)中間筒伸油缸將后部螺旋筒向后移動(dòng)，將螺旋軸斷裂的兩部分分離。作業(yè)工人站在皮帶機(jī)上，從卸料閘門處進(jìn)入作業(yè)區(qū)域，清理打磨兩個(gè)斷面，并在下部軸端面制作焊接坡口：先用碳弧氣刨，再打磨，坡口角度45°，坡口深度80 mm。

3.3 初步定位

將驅(qū)動(dòng)部分回縮，使兩個(gè)斷面基本靠攏，通過測(cè)量周圈軸外圓對(duì)齊檢測(cè)兩斷軸的同軸度，若不符合要求，利用螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)上半部斷軸，找到周圈對(duì)齊最好的位置，采用馬板骨架將兩端軸連接；再將伸縮筒伸出，使驅(qū)動(dòng)部分帶動(dòng)整根螺旋軸向后移動(dòng)1 m。

3.4 驅(qū)動(dòng)分離

由于在隧道內(nèi)各種限制，螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)在隧道內(nèi)安裝定位非常困難，拆卸連接螺栓后，采用1 m 長(zhǎng)絲桿繼續(xù)連接，方便后續(xù)回裝。①拆除驅(qū)動(dòng)與筒體整圈連接螺栓，周圈采用8 根絲桿均布連接；②固定螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)部分與盾構(gòu)機(jī)連接橋連接，回縮螺旋機(jī)筒體80 cm，使螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)帶軸與筒體分離；③連接螺旋軸與上半筒體，焊接牢固；④拆除螺旋軸與驅(qū)動(dòng)連接螺栓，采用4 根絲桿均布連接；⑤螺旋機(jī)筒體帶動(dòng)螺旋軸回縮20 cm，使螺旋軸與驅(qū)動(dòng)部分完全分離，并使斷裂部位處于螺旋筒外部。

3.5 焊接修復(fù)

使用火焰割槍對(duì)焊接部位預(yù)熱至220 ℃左右，使用二氧化碳保護(hù)焊，采用ER50-6 焊絲對(duì)斷裂部分坡口進(jìn)行焊接，焊接采用多層多道圓周均勻焊接，焊接完成后采用防火石棉覆蓋緩慢冷卻，以防止熱應(yīng)力導(dǎo)致內(nèi)部缺陷。

3.6 檢測(cè)探傷

檢查螺旋軸對(duì)焊后的同軸度，采用超聲波探傷檢測(cè)焊縫熔深，看是否焊縫位置及焊縫周邊存在內(nèi)部缺陷，再采用著色探傷檢查焊縫位置及周邊是否存在缺陷。

3.7 驅(qū)動(dòng)回裝

回裝步驟：①向后伸出筒體及軸，使螺旋軸法蘭與驅(qū)動(dòng)連接，拆除絲桿，安裝連接螺栓，并打扭矩；②拆除螺旋筒體與螺旋軸連接工裝，繼續(xù)向后伸螺旋筒體，使筒體與驅(qū)動(dòng)連接，拆除絲桿，安裝連接螺栓，并打扭矩；③拆除驅(qū)動(dòng)固定工裝，整體回縮螺旋機(jī)筒體。

3.8 試機(jī)

檢查并恢復(fù)螺旋機(jī)及周邊設(shè)施，確認(rèn)無誤后開始試機(jī)。先慢速正向轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋機(jī)，然后逐漸加大轉(zhuǎn)速至最大轉(zhuǎn)速，觀察螺旋機(jī)出土情況，聽螺旋機(jī)工作是否有異響；再反向旋轉(zhuǎn)螺旋軸緩慢至最大轉(zhuǎn)速，所有檢查參數(shù)按出廠標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

至此，完成螺旋軸尾端斷裂的修復(fù)工作。修復(fù)后，該盾構(gòu)機(jī)螺旋機(jī)恢復(fù)正常，隨后投入正常使用，至該隧道區(qū)間掘進(jìn)結(jié)束。

4 結(jié)語

螺旋輸送機(jī)是土壓平衡盾構(gòu)機(jī)重要的組成部分，在施工過程中應(yīng)認(rèn)真分析相關(guān)資料，操作人員應(yīng)重視盾構(gòu)機(jī)參數(shù)變化，及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。通過本次螺旋軸尾端斷裂修復(fù)處理，在汲取教訓(xùn)的同時(shí)獲得以下經(jīng)驗(yàn)：①根據(jù)地質(zhì)情況變化，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)要隨時(shí)調(diào)整，不能為施工進(jìn)度而放棄其他，應(yīng)對(duì)特殊情況時(shí)，需充分借鑒類似底層掘進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)可能發(fā)生的問題做足論證和研究，提前采取應(yīng)對(duì)措施；②焊接工藝和焊接質(zhì)量是影響螺旋軸修復(fù)成敗的直接因素，必須選擇技術(shù)經(jīng)驗(yàn)水平高超的技術(shù)工人，控制焊接變形和焊接質(zhì)量，去應(yīng)力和探傷措施必須及時(shí)到位；③隧道內(nèi)作業(yè)由于空間和環(huán)境限制，每一步工序前必須充分考慮后續(xù)恢復(fù)作業(yè)是否方便，提前準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)措施，節(jié)省作業(yè)時(shí)間。