盾構(gòu)螺旋輸送機隧道內(nèi)拆裝與維修

燕麗存

（中國鐵建重工集團股份有限公司,湖南 長沙 410100）

1 前言

土壓平衡盾構(gòu)機是掘進(jìn)機的一種，屬于隧道暗挖的一種先進(jìn)設(shè)備，可用于軟巖質(zhì)和復(fù)雜硬巖等地層。螺旋輸送機作為土壓平衡盾構(gòu)機的關(guān)鍵子部件，承擔(dān)出渣和調(diào)節(jié)掌子面壓力的作用。如圖1所示，螺旋輸送機安裝在前盾底部，中間用固定拉桿拉住筒體，整個螺旋輸送機呈現(xiàn)約24°斜角穿過拼裝機回轉(zhuǎn)中心。其中螺旋軸前端伸入土倉，尾部采用液壓馬達(dá)中心驅(qū)動的方式。

圖1 土壓平衡盾構(gòu)機主體結(jié)構(gòu)

土壓平衡盾構(gòu)機的拆裝是盾構(gòu)施工中十分重要的工序，通常都是在盾構(gòu)的始發(fā)井和接收井中利用起重機進(jìn)行。當(dāng)盾構(gòu)施工中遇到故障需進(jìn)行拆解維修時，必須根據(jù)現(xiàn)場的條件制定拆裝維修方案。螺旋輸送機隧道內(nèi)維修通常做法是洞內(nèi)拆除、解體、切割維修孔等進(jìn)行維修，不僅工序繁瑣、耗時耗力，且風(fēng)險很高。

文章以廣州地鐵某項目隧道內(nèi)拆裝維修螺旋軸為例，詳細(xì)介紹了盾構(gòu)螺旋輸送機隧道內(nèi)拆裝及維修的新技術(shù)，其主要思路是：

（1）伸出螺旋輸送機伸縮油缸，將螺旋輸送機的伸縮節(jié)外筒固定在管片拼裝機托梁上。

（2）拆除防涌門和固定節(jié)之間的螺栓，縮回螺旋輸送機的伸縮油缸，使固定節(jié)和中間節(jié)隨伸縮節(jié)內(nèi)筒后移從而暴露出斷軸位置，方便之后在筒體后移留出的空間內(nèi)進(jìn)行維修作業(yè)。

（3）維修后再伸出伸縮油缸，將固定節(jié)安裝在防涌門上。

2 工程概括

廣州軌道交通某區(qū)間，總里程約2 586 m，本段區(qū)間設(shè)置2處平曲線，曲線半徑為1 600 m，線路縱斷面最大坡度16.356‰，最小坡度2‰，區(qū)間隧道覆土厚度為13.3~28.7 m；

該區(qū)間穿越的地層主要有淤泥、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、中粗砂、砂質(zhì)黏土、全風(fēng)化花崗巖、強風(fēng)化花崗巖，局部為中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖。其中在穿越河隧道時出現(xiàn)了大量未勘探的孤石碎塊，導(dǎo)致螺旋輸送機在長時間高速、高扭矩運轉(zhuǎn)出渣的情況下，頻繁出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。通常通過多次正反轉(zhuǎn)以及伸縮螺旋軸等功能進(jìn)行脫困恢復(fù)正常掘進(jìn)。但在盾構(gòu)機掘進(jìn)至第546環(huán)時再次出現(xiàn)螺旋軸卡滯并且出渣不暢，現(xiàn)場通過反復(fù)正反轉(zhuǎn)及伸縮進(jìn)行脫困，發(fā)現(xiàn)螺旋輸送機抖動異常，依舊無法出渣。經(jīng)開啟螺旋輸送機固定節(jié)檢修口觀察，發(fā)現(xiàn)螺旋軸斷裂，斷裂位置距離螺旋軸前端約1 400 mm。

3 螺旋輸送機說明

該螺旋輸送機為后部中心驅(qū)動螺旋軸式結(jié)構(gòu)，主要由防涌門、螺旋軸、固定節(jié)、中間節(jié)、伸縮節(jié)內(nèi)筒、伸縮節(jié)外筒、伸縮油缸、出碴門、驅(qū)動裝置、固定裝置等機構(gòu)組成。如圖2所示。

圖2 螺旋輸送機組成結(jié)構(gòu)

螺旋輸送機的主要規(guī)格參數(shù)：

（1）螺旋輸送機總重約50 t，總長約17 m；伸縮行程1.5 m；

（2）螺旋軸總長約15 m，材料為無縫鋼管245×50/Q345B。

4 螺旋輸送機隧道內(nèi)拆卸與維修

4.1 地層加固

由于該盾構(gòu)機發(fā)生螺旋輸送機斷軸事故時，正處于河道底下，土倉內(nèi)頂部壓力2.4 bar，且地層總體含水量較多，土體自穩(wěn)定性較差。維修前，需確保前方地質(zhì)條件滿足拆裝要求，對前部地層進(jìn)行加固防止塌方。

4.2 拉出斷軸

（1）通過固定節(jié)檢修口進(jìn)行操作，將短的斷軸和長的斷軸分別割開圓孔，然后裝上25 t卸扣并擰緊；通過伸長伸縮油缸，拉出斷軸，并關(guān)閉防涌門，如圖3所示。

圖3 通過檢修口拉出斷軸

4.3 支撐、拆卸和后退工作

（1）將回轉(zhuǎn)中心泡沫管路拆除，做好標(biāo)記并放在盾體平臺兩側(cè)；將托梁內(nèi)側(cè)有干涉的泡沫管路吊起來或拆除，避免螺旋輸送機伸縮時干涉。

（2）在拼裝機托梁的橫梁下方支撐一段H型鋼，然后在橫梁上加兩個50 t機械千斤頂撐住伸縮節(jié)外筒，利用千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)來拆卸固定裝置的銷軸；如圖4所示。

圖4 千斤頂撐住筒體并拆卸拉桿銷軸

（3）在伸縮節(jié)外筒做好加固支撐（H型鋼焊接），然后利用H架橫梁前后2個吊耳，用手拉葫蘆分別拉住固定節(jié)和中間節(jié)吊耳，拆掉固定節(jié)與防涌門之間的螺栓；如圖5所示。

圖5 伸縮節(jié)外筒加固定支撐

（4）利用螺旋輸送機伸縮點動功能，慢慢縮回油缸，邊縮回邊調(diào)節(jié)手拉葫蘆，完全縮回后，固定節(jié)和中間節(jié)隨伸縮節(jié)內(nèi)筒后移從而暴露出斷軸位置，為后續(xù)維修留出作業(yè)空間；再將手拉葫蘆調(diào)節(jié)至拉緊，防止前端筒體下滑。

4.4 開焊接坡口及探傷檢測

將短的斷軸吊裝取出，對原螺旋軸斷裂附近的耐磨焊刨除（刨開長度大于100 mm），并對斷軸及葉片的斷裂切口進(jìn)行修整并開好焊接坡口，然后清理打磨、探傷檢測無裂紋為止。

4.5 對接新軸

將新增的軸（對接位置已提前開好坡口49×35 mm），通過定位銷軸對接到斷軸上，調(diào)整好同軸度后，在對焊位置鉚焊好工藝板，軸前端點焊好工裝，保證焊接過程中不變形。

4.6 焊接修復(fù)

（1）邊緩慢旋轉(zhuǎn)螺旋軸邊進(jìn)行焊接，保證焊接工藝參數(shù)和質(zhì)量；焊后進(jìn)行保溫，12 h后進(jìn)行探傷檢測。

（2）完成全部焊接工作（葉片焊接、耐磨合金塊焊接、軸上耐磨板焊接和葉片表面堆焊），并對軸與葉片、葉片與葉片、葉片與耐磨合金塊之間的焊縫保溫，12 h后進(jìn)行探傷，確保焊縫合格。

4.7 回裝及試機

（1）用伸縮點動功能，慢慢伸出油缸，邊伸出邊調(diào)節(jié)手拉葫蘆，完全伸出后，連接固定節(jié)和防涌門之間螺栓，安裝固定裝置的拉桿銷軸，完成螺旋輸送機的回裝；然后拆除伸縮節(jié)外筒的支撐，恢復(fù)相關(guān)管路。

（2）恢復(fù)螺旋輸送機及周邊設(shè)施后，開始試掘進(jìn)；先緩慢正轉(zhuǎn)螺旋輸送機，然后逐步加大轉(zhuǎn)速，觀察出渣情況，聽筒體內(nèi)是否有異響；再反轉(zhuǎn)螺旋輸送機，檢測螺旋軸是否已修復(fù)達(dá)標(biāo)。

5 施工注意事項

（1）為確保螺旋輸送機拆裝維修過程中的安全，必須在每個作業(yè)點之間設(shè)有便捷可靠的通訊設(shè)備。

（2）吊裝工具的設(shè)備能力應(yīng)與施工荷載相匹配，避免出現(xiàn)超負(fù)荷使用的情況，并且需要保證吊裝工具的完好性。

（3）加強地面監(jiān)測，實時監(jiān)測地表沉降。觀測范圍為刀盤前、后各50 m，觀測頻率為2 h一次。若地面沉降超過警戒值，根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定是否進(jìn)行地面沉降控制處理。

6 焊接注意事項

焊接工藝和焊接質(zhì)量是影響螺旋軸修復(fù)成功與否的關(guān)鍵，應(yīng)選擇技能過硬的操作人員，同時保證焊前和焊后嚴(yán)格按照工藝執(zhí)行；焊接中需注意以下幾點：

（1）焊前預(yù)熱：使用氧乙炔火焰對待焊接處預(yù)熱，溫度為100~150 ℃，預(yù)熱區(qū)應(yīng)在焊縫兩側(cè)，每側(cè)寬度不應(yīng)小于焊件厚度的兩倍且不小于100 mm；后熱溫度為200~250 ℃，并用保溫棉進(jìn)行保溫緩慢冷卻；

（2）保持焊接區(qū)域的干燥，務(wù)必清理焊接區(qū)域的泥污、水等；焊接過程出現(xiàn)滴水等情況時，應(yīng)先使用割槍烘干后方可繼續(xù)焊接；

（3）焊后去焊渣、飛濺物，焊縫打磨光整；待焊縫保溫12 h冷卻后，對其進(jìn)行超聲波探傷和滲透探傷檢測。

7 小結(jié)

螺旋輸送機隧道內(nèi)維修通常做法是洞內(nèi)拆除、解體、切割維修孔等，不僅工序繁瑣、耗時耗力，且風(fēng)險很高。而文章提供的這個新技術(shù)避免了這些問題，它巧妙地利用了伸縮油缸的伸縮功能使筒體和防涌門分離，為后續(xù)螺旋軸維修留出作業(yè)空間。這個新技術(shù)大大提高了作業(yè)效率，為后續(xù)盾構(gòu)螺旋輸送機隧道內(nèi)拆裝與維修提供了新思路。