盾構(gòu)主驅(qū)動系統(tǒng)組裝質(zhì)量控制要點分析

李陶朦/LI Tao-meng

（中鐵隧道局集團有限公司 設(shè)備分公司，河南 洛陽 471009）

隨著我國軌道交通、市政、水利、鐵路等重大基建工程的大力開發(fā)建設(shè)，盾構(gòu)已在各個基建工程中得到了廣泛應(yīng)用，且由于中國盾構(gòu)制造廠家打破國外技術(shù)壟斷，各個系統(tǒng)部件基本實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，從而使國產(chǎn)盾構(gòu)數(shù)量逐年快速增長。盾構(gòu)產(chǎn)量迅速擴張的背景下，盾構(gòu)施工過程中的各種問題也越來越突顯，尤其是盾構(gòu)的核心系統(tǒng)——主驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)的問題越來越多。

由于目前技術(shù)限制，主驅(qū)動系統(tǒng)一旦在隧洞內(nèi)出現(xiàn)問題，均無法及時快速解決，輕則停工數(shù)周，重則停工數(shù)年，不僅給整個工程工期造成非常大的影響，還可能造成無法估量的重大損失。主驅(qū)動系統(tǒng)的組裝質(zhì)量越來越被業(yè)主、施工單位、制造單位重視，本文從設(shè)備監(jiān)理視角研究主驅(qū)動裝配過程和技術(shù)、分析監(jiān)理質(zhì)量控制要點、探討監(jiān)理技術(shù)要求，以期幫助提高主驅(qū)動系統(tǒng)的裝配質(zhì)量和可靠性，為業(yè)主、施工單位、制造單位提供技術(shù)支持和經(jīng)驗借鑒。

1 盾構(gòu)主驅(qū)動系統(tǒng)的組裝技術(shù)

1.1 主驅(qū)動結(jié)構(gòu)組成

主驅(qū)動系統(tǒng)一般由驅(qū)動箱、主軸承、密封、密封隔環(huán)、密封跑道、油脂環(huán)、刀盤驅(qū)動盤等主要部件組成，其中密封包含內(nèi)、外兩套密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)外密封結(jié)構(gòu)原理相同。部分盾構(gòu)主驅(qū)動系統(tǒng)帶有伸縮結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)主驅(qū)動前后伸縮、360°球鉸擺動功能。以某15m 級盾構(gòu)為例，介紹其主驅(qū)動系統(tǒng)外密封結(jié)構(gòu)（圖1），該盾構(gòu)主驅(qū)動系統(tǒng)帶有伸縮結(jié)構(gòu)。另外，部分盾構(gòu)主驅(qū)動系統(tǒng)的密封為指形密封，但主驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理基本一致，本文不再贅述。

圖1 主驅(qū)動系統(tǒng)外密封結(jié)構(gòu)

1.2 主驅(qū)動組裝過程

盾構(gòu)主驅(qū)動系統(tǒng)裝配主要過程如圖2 所示，主要包括系統(tǒng)部件的安裝前清理、部件裝配、主驅(qū)動密封腔室保壓、主軸承齒圈與減速箱傳動齒輪的嚙合接觸面積測量等過程。

圖2 主驅(qū)動系統(tǒng)組裝流程圖

1.3 監(jiān)理介入

主驅(qū)動系統(tǒng)是盾構(gòu)最核心的系統(tǒng)之一，是盾構(gòu)開挖掘進(jìn)的核心動力機構(gòu)，盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)后在隧洞內(nèi)基本無較好的方法拆解更換或修復(fù)，縱觀國內(nèi)外盾構(gòu)發(fā)展歷史，凡是盾構(gòu)主驅(qū)動系統(tǒng)在掘進(jìn)過程中損壞的均付出了非常大的代價，例如美國西雅圖17m 級超大盾構(gòu)主驅(qū)動密封損壞[1]，修復(fù)時間歷時2 年盾構(gòu)才恢復(fù)掘進(jìn)。主驅(qū)動系統(tǒng)功能正常與否直接影響整個工程的建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量和投資，是整個工程施工成敗的最關(guān)鍵系統(tǒng)。對于不同的地質(zhì)要求、不同的廠家理念、不同的采購單位需求，盾構(gòu)的設(shè)計各不相同，盾構(gòu)是貨真價實的非標(biāo)產(chǎn)品[2]，主驅(qū)動系統(tǒng)也多種多樣。這就要求設(shè)備監(jiān)理要從盾構(gòu)的設(shè)計開始介入，充分了解工程地質(zhì)特點、施工單位的要求、制造廠家的理念，熟悉設(shè)備采購合同、設(shè)計方案等文件對設(shè)備的要求，并以此為依據(jù)編制設(shè)備監(jiān)理服務(wù)質(zhì)量計劃，確定監(jiān)理過程中重要的質(zhì)量控制點和控制方法，報業(yè)主審批后作為監(jiān)理工作的依據(jù)。

2 主驅(qū)動組裝監(jiān)理質(zhì)量控制要點

2.1 主驅(qū)動組裝前質(zhì)量控制

主驅(qū)動各部件組裝具有不可逆性，在組裝前設(shè)備監(jiān)理人員需要重點做好文件審核、外觀質(zhì)量審查等工作，監(jiān)理質(zhì)量監(jiān)控的主要內(nèi)容如下。

1）審核主要部件的品牌、技術(shù)參數(shù)等與采購合同、設(shè)計文件的一致性，防止出現(xiàn)質(zhì)量不合格品或與合同設(shè)計不符的部件蒙混過關(guān)。

2）重點檢查各個裝配結(jié)合面，尤其是密封跑道、密封隔環(huán)、各類齒面，不能有磕碰、毛刺等損壞情況，否則將造成密封割傷、異常磨損或齒面擠壓刮傷、甚至過載時齒崩裂等嚴(yán)重質(zhì)量安全隱患。

3）檢查主驅(qū)動各部件表面清潔情況，各部件表面和孔內(nèi)部不能存在銹蝕、油污、鐵屑等異物，否則可能造成主驅(qū)動系統(tǒng)部件異常磨損或主驅(qū)動箱內(nèi)齒輪油污染等嚴(yán)重后果。

2.2 主驅(qū)動組裝過程質(zhì)量控制

主驅(qū)動組裝過程，設(shè)備監(jiān)理人員需重點監(jiān)控部件吊裝安裝、螺栓緊固、裝配尺寸等重點組裝質(zhì)量。

2.2.1 吊裝質(zhì)量控制

主驅(qū)動組裝過程設(shè)備監(jiān)理人員重點把控各部件吊裝安全，防止吊裝過程由于人員操作不當(dāng)或未按照裝配工藝要求進(jìn)行安裝造成主驅(qū)動部件二次損壞。如圖3 所示，由于裝配人員未按照主驅(qū)動裝配工藝要求安裝主驅(qū)動，導(dǎo)致主驅(qū)動固定的大部分拉伸螺栓的螺紋損傷無法繼續(xù)使用，設(shè)備監(jiān)理人員要求全部更換新的拉伸螺栓。

圖3 主驅(qū)動組裝

2.2.2 螺栓緊固質(zhì)量控制

主驅(qū)動各系統(tǒng)部件的連接螺栓大小、等級均不一樣，在螺栓預(yù)緊固之后，需要根據(jù)設(shè)計圖紙要求確定各部件之間的連接螺栓緊固扭矩。在此過程中，監(jiān)理人員需根據(jù)設(shè)計圖紙要求復(fù)核主驅(qū)動各部件間的連接螺栓緊固扭矩合規(guī)，不允許螺栓緊固扭矩過大或不足。

2.2.3 密封裝配尺寸質(zhì)量控制

主驅(qū)動密封安裝過程設(shè)備監(jiān)理人員須旁站監(jiān)督，確保密封安裝過程無二次損傷。每道密封安裝完成后，設(shè)備監(jiān)理人員需根據(jù)設(shè)計圖紙要求檢查每道密封的裝配尺寸，防止密封安裝不符合設(shè)計圖紙要求影響密封效果或造成密封異常磨損。另外，監(jiān)理人員應(yīng)注意檢查密封腔室各個密封潤滑油脂通道的通暢性。

2.3 主驅(qū)動密封腔室保壓質(zhì)量控制

主驅(qū)動密封安裝完成后，若密封為指形密封只需要對兩道密封間的密封腔室進(jìn)行泄露性保壓試驗；若密封為唇形密封則需要進(jìn)行密封設(shè)計最大承壓壓力的保壓試驗。在保壓試驗前設(shè)備監(jiān)理人員須提前向制造單位了解清楚保壓方案，明確保壓壓力、保壓時間和壓降標(biāo)準(zhǔn)。

在每道密封腔室根據(jù)保壓方案加壓到最大壓力后，設(shè)備監(jiān)理人員需要求試驗人員及時斷開壓力動力源，然后才能開始保壓試驗計時。每道密封腔室保壓結(jié)束后，設(shè)備監(jiān)理人員需檢查壓降是否滿足保壓方案要求。

2.4 主軸承齒圈與減速箱傳動齒輪嚙合面積控制

主驅(qū)動密封安裝完成后將安裝主驅(qū)動減速箱的傳動齒輪，在減速箱的傳動齒輪安裝完成后，設(shè)備監(jiān)理人員應(yīng)要求制造單位測量主軸承齒圈與減速箱傳動齒輪的嚙合接觸面積。設(shè)備監(jiān)理人員需先了解清楚測量方法和嚙合面積標(biāo)準(zhǔn)，在嚙合接觸面積檢測過程中需旁站見證，確保測量試驗不受外界影響，然后見證嚙合接觸面積計算過程，并將測量試驗結(jié)果與嚙合面積標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對，全面精準(zhǔn)把控主軸承齒圈與減速箱傳動齒輪的嚙合接觸面積的質(zhì)量控制。

3 盾構(gòu)主驅(qū)動組裝典型問題分析及建議

3.1 部件參數(shù)與設(shè)計或合同不符

某引水項目10m 級盾構(gòu)在主驅(qū)動安裝前，設(shè)備監(jiān)理人員發(fā)現(xiàn)主軸承質(zhì)量資料上顯示主軸承使用壽命僅10 000h，與設(shè)備采購合同上要求使用壽命大于15 000h 的主軸承存在較大差距。設(shè)備監(jiān)理人員立即要求制造廠家停工，并上報給設(shè)備監(jiān)理委托方，經(jīng)過召開專題會議討論，最終決定要求制造廠家按照采購合同要求更換使用壽命大于15 000h 的主軸承。

主軸承使用壽命直接關(guān)系到主驅(qū)動系統(tǒng)的使用時間，也決定盾構(gòu)的使用壽命，設(shè)備監(jiān)理人員在主驅(qū)動系統(tǒng)組裝前，必須嚴(yán)格審查各系統(tǒng)部件的質(zhì)量資料上的相關(guān)參數(shù)是否符合采購合同、設(shè)計文件等要求，防止不合格品流入給主驅(qū)動系統(tǒng)造成難以估量的安全質(zhì)量隱患。

3.2 主驅(qū)動內(nèi)密封漏裝

某鐵路項目開挖直徑11m 級的大泥水盾構(gòu)，在主驅(qū)動系統(tǒng)組裝過程中，設(shè)備監(jiān)理人員發(fā)現(xiàn)主驅(qū)動內(nèi)密封僅安裝2 道唇形密封，比設(shè)計圖紙要求的4 道唇形密封少了2 道。設(shè)備監(jiān)理人員發(fā)現(xiàn)該嚴(yán)重設(shè)計不符合項后，立即要求制造單位停工并與制造單位的設(shè)計人員進(jìn)行溝通，該制造單位承認(rèn)主驅(qū)動密封漏裝屬于裝配人員重大工作失誤。設(shè)備監(jiān)理人員要求制造單位拆出已經(jīng)安裝的2 道密封，要求重新安裝4 道主驅(qū)動內(nèi)密封。

主驅(qū)動密封是主驅(qū)動承壓的受力載體，若主驅(qū)動密封漏裝未被設(shè)備監(jiān)理人員及時發(fā)現(xiàn)并糾正，將給盾構(gòu)施工帶來極其嚴(yán)重的安全隱患，主驅(qū)動密封無法承壓可能導(dǎo)致盾構(gòu)癱瘓停機，工程工期滯后和投資損失無法估量。

3.3 主軸承齒圈與減速箱傳動齒輪嚙合面積與設(shè)計不符

珠江三角洲水資源配置工程是目前世界上輸水壓力最高和盾構(gòu)隧洞最長的調(diào)水工程，盾構(gòu)法輸水隧洞長125.627km[3]，盾構(gòu)隧洞的埋深在40～60m 范圍[4]。某國內(nèi)知名盾構(gòu)制造單位負(fù)責(zé)制造的一批6m 級盾構(gòu)，設(shè)備監(jiān)理人員在主驅(qū)動系統(tǒng)安裝見證時，發(fā)現(xiàn)有2 臺盾構(gòu)的主軸承齒圈與減速箱傳動齒輪的嚙合接觸面積不符合設(shè)計要求。設(shè)備監(jiān)理人員在發(fā)現(xiàn)上述問題后均立即要求制造單位停工，重新更換新的主軸承。若主軸承齒圈與減速箱傳動齒輪的嚙合接觸面積不符合設(shè)計要求，可能造成主軸承或減速箱傳動齒輪的齒異常磨損、受力不均齒面崩裂等嚴(yán)重后果，從而導(dǎo)致盾構(gòu)癱瘓，嚴(yán)重影響整個工程的施工進(jìn)度和巨大的經(jīng)濟損失。

3.4 主驅(qū)動箱內(nèi)掉入螺栓墊片

某開挖直徑10m 級盾構(gòu)主驅(qū)動密封安裝完成，在安裝減速箱傳動齒輪時由于裝配人員未按照安裝要求嚴(yán)格把控現(xiàn)場的安裝環(huán)境，將放置驅(qū)動箱邊沿的一筐螺栓和墊片碰倒，螺栓和墊片調(diào)入驅(qū)動箱內(nèi)。設(shè)備監(jiān)理人員在發(fā)現(xiàn)此嚴(yán)重問題后，立即要求裝配人員停工檢查掉落到驅(qū)動箱內(nèi)的螺栓和墊片數(shù)量，但裝配人員無法確認(rèn)具體的掉落數(shù)量。為了保證主驅(qū)動系統(tǒng)安裝質(zhì)量，設(shè)備監(jiān)理人員要求制造單位將已經(jīng)安裝完成的主驅(qū)動全部拆解、重新組裝，確保主驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)部不遺留任何異物，避免給主驅(qū)動帶來任何嚴(yán)重的安全質(zhì)量隱患。

4 結(jié)語

根據(jù)中國工程機械工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國自2018 年以來盾構(gòu)年產(chǎn)量均在500 臺已上，國產(chǎn)前3 名盾構(gòu)制造廠家2019 年以來盾構(gòu)年產(chǎn)量均超過百臺[5]，由此可見各個盾構(gòu)制造廠家的生產(chǎn)任務(wù)非常重，盾構(gòu)制造過程質(zhì)量把控基本全靠自覺、不受監(jiān)督。盾構(gòu)主驅(qū)動系統(tǒng)作為決定盾構(gòu)正常掘進(jìn)的最關(guān)鍵系統(tǒng)部件，隨著國內(nèi)盾構(gòu)主驅(qū)動系統(tǒng)在施工掘進(jìn)過程出故障的案例越來越多，主驅(qū)動系統(tǒng)組裝過程必須全程接受業(yè)主單位或第三方設(shè)備監(jiān)理單位全程監(jiān)督，但限于專業(yè)知識限制業(yè)主單位很少有對主驅(qū)動系統(tǒng)裝配和監(jiān)理技術(shù)比較了解的，故在盾構(gòu)主驅(qū)動系統(tǒng)組裝監(jiān)理時有以下幾點建議。

1）業(yè)主單位應(yīng)派遣專業(yè)技術(shù)人員或聘請專業(yè)的盾構(gòu)設(shè)備監(jiān)理人員全程監(jiān)督把控主驅(qū)動系統(tǒng)組裝過程。

2）每臺盾構(gòu)的主驅(qū)動系統(tǒng)組裝過程必須要專業(yè)人員進(jìn)行全過程旁站監(jiān)督，確保主驅(qū)動系統(tǒng)安裝程序合規(guī)、安裝結(jié)果符合設(shè)計要求。

3）主驅(qū)動系統(tǒng)部件安裝前及安裝過程專業(yè)設(shè)備監(jiān)理人員均需要及時檢查各部件的外觀清潔情況、完好程度，確保每個系統(tǒng)部件干凈完好無損，杜絕殘次品、損傷件流入。

4）主驅(qū)動系統(tǒng)安裝過程應(yīng)及時審查每個試驗方案和試驗標(biāo)準(zhǔn)，重點監(jiān)控試驗過程的合規(guī)性和試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，才能確保主驅(qū)動系統(tǒng)裝配質(zhì)量合格、功能正常。O