全斷面砂層土壓盾構(gòu)螺旋輸送機應急處理及改造分析

王明亮，郭建明，宋俊嶺，劉強，梁肖然

（河北冀科工程項目管理有限公司)

摘　要：為解決全斷面砂層 ZTE6250 土壓盾構(gòu)螺旋輸送機應急處理及改造問題，文章以石家莊市軌道交通 1 號線二期工程福澤站至東上澤站區(qū)間盾構(gòu)施工為依托，結(jié)合土壓盾構(gòu)機在全斷面砂層施工特點，對采用中驅(qū)周邊驅(qū)動的螺旋輸送機減速機故障原因進行了分析，并總結(jié)了應急處理措施及改造方法，以期為類似盾構(gòu)機在相似工程施工提供參考。

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，大量基礎(chǔ)設施建設應運而生。基建過程中有大量隧道需要建設，盾構(gòu)機因具有受環(huán)境限制小、高功效、自動化程度高等優(yōu)點在隧道施工過程中得到了廣泛應用。其中，土壓平衡盾構(gòu)機因其獨特的優(yōu)勢，成為工程項目中應用的重點。

螺旋輸送機作為土壓平衡盾構(gòu)機中關(guān)鍵的核心組成部分，具有技術(shù)復雜、價值高等特點；其性能的好壞直接影響盾構(gòu)機掘進施工的安全性及作業(yè)效率，在掘進施工中維持掌子面穩(wěn)定、控制地表沉降方面有不可替代的作用。深入研究螺旋輸送機的工作原理及合理的設計方案，對我國基礎(chǔ)設施建設具有重要意義。 

1　工程概況 

石家莊市軌道交通 1 號線二期工程是地鐵 1 號線北延部分，工程起于洨河大道站，止于正定新區(qū)北端東洋站，沿秦嶺大街和新城大道敷設，線路全長約 13.246km。福澤站～東上澤站盾構(gòu)區(qū)間下穿老舊城區(qū)東上澤村，區(qū)間房屋較為密集， 多為 1 ～ 2 層房屋，房屋為磚混結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)較淺。隧道所處地層主要為粉細砂、中粗砂，采用的盾構(gòu)機為中國鐵建重工集團有限公司首批生產(chǎn)的 ZTE6250 土壓平衡盾構(gòu)機。

2　螺旋輸送機概況 

該項目盾構(gòu)螺旋輸送機采用中驅(qū)周邊驅(qū)動的軸式螺旋輸送方式出渣，螺旋軸中部固定，兩端浮動支撐；驅(qū)動軸前后兩側(cè)各設 3 道唇形密封保護軸承，通過前后各 6 個孔注入 3 道密封油脂（EP2），盾構(gòu)螺旋輸送機驅(qū)動原理圖如圖 1 所示。在筒體上設有 3 個檢修門，必要時可以打開檢修門清理被卡在螺旋葉片間的碴土。螺旋機筒體上布置有 2 個注入口，以便盾構(gòu)在砂層中掘進時，可通過這些孔注入膨潤土或泡沫改善碴土的流塑性，減小摩擦阻力，降低螺旋輸送機阻力和磨損。螺旋輸送機參數(shù)詳如表 1 所示。

3　螺旋輸送機故障及原因分析 

3.1 螺旋輸送機故障 

盾構(gòu)機在掘進至 305 環(huán)時，盾構(gòu)維保人員發(fā)現(xiàn)減速機內(nèi)部有異響，而且機體發(fā)熱，進而形成螺旋機運轉(zhuǎn)不暢的現(xiàn)象。打開檢查孔，發(fā)現(xiàn)螺旋機內(nèi)部有油泥，判斷是因為減速機密封失效，隨后停機。打開螺旋輸送機減速機齒輪油箱，發(fā)現(xiàn)密封已嚴重磨損，有泥沙流入減速機內(nèi)部，造成減速機運轉(zhuǎn)不暢，且減速機齒輪有損壞。 

3.2 螺旋輸送機故障原因分析 

通過對盾構(gòu)機下井前的維修保養(yǎng)情況、螺旋輸送機工作原理、螺旋輸送機故障的實際情況、對螺旋輸送機相關(guān)部位的檢查及相關(guān)施工經(jīng)驗進行分析，得出可能造成螺旋輸送機減速機故障的四個原因。

（1）螺旋輸送機組裝不到位。盾構(gòu)下井前，盾構(gòu)機隨機維保人員對螺旋輸送機進行了拆卸維保；由于螺旋輸送機技術(shù)復雜、專業(yè)性強，隨機維保人員在組裝過程中可能存在些許偏差。 

（2）螺旋輸送機為中驅(qū)周邊驅(qū)動模式。驅(qū)動軸葉片末端焊接在回轉(zhuǎn)體上，減速機通過帶動回轉(zhuǎn)體驅(qū)動螺旋軸，回轉(zhuǎn)體與筒體之間通過唇形密封圈密封；唇形密封圈在筒體的外周，摩擦長度大，在螺旋輸送機長期運轉(zhuǎn)過程中，容易造成過度磨損。 

（3）螺桿變形。在上個區(qū)間隧道掘進過程中，螺桿出現(xiàn)過斷裂事故，在該區(qū)間盾構(gòu)下井前對螺桿進行的重新焊接， 有可能出現(xiàn)螺桿中心不直，變形現(xiàn)象?；剞D(zhuǎn)體實際運轉(zhuǎn)過程中不能使螺旋軸處于懸臂狀態(tài)，造成唇形密封與腔體間隙變大，使齒輪油從唇形密封間隙流失，泥沙流入減速機腔體內(nèi)。 

（4）密封油脂（EP2）注入量不足。此區(qū)間采用的螺旋輸送機驅(qū)動設備前后密封腔共 12 個油脂注入孔，通過多點泵根據(jù)設計壓力均勻注入進行密封。在盾構(gòu)掘進過程中，螺旋機內(nèi)部的水土壓力值大于設計值，致使泥沙、水進行減速機內(nèi)部，并對唇形密封造成了不可逆轉(zhuǎn)?磨損，進而形成了減速機內(nèi)部與筒體間的通道。

4　螺旋輸送機應急處理 

該區(qū)間上方房屋較為密集，且螺旋機故障所在處正上方為民居房，盾構(gòu)機不能在此處長時間停機，出土和保持土壓穩(wěn)定又是螺旋輸送機的核心功能，需要進行應急處理。由于地面情況復雜，在施工的不同階段采取了不用的措施。 

4.1 渣土改良 

根據(jù)全斷面砂層地質(zhì)工況，選擇更優(yōu)的泡沫劑，改善渣土的流塑性。使其不僅方便土體開挖、兼具潤滑效果，更能改善螺旋輸送機內(nèi)部土壓力的作用，平衡唇形密封內(nèi)外壓差。 

4.2 減速機維修 

對減速機內(nèi)部全方位清理、清洗，更換齒輪油、更換減 速機備用齒輪，并在掘進過程中根據(jù)實際情況不斷進行清洗、 齒輪油更換。 

4.3 增加密封油脂注入量 

減速機與筒體內(nèi)部已有滲漏通道，為了加強密封性，進 一步調(diào)高密封油脂（EP2）注入壓力，加強其密封性，防止泥沙再次流入減速機內(nèi)部。在實際掘進過程中，由于密封滲漏通道的存在，密封油脂注入壓力的增強，使減速機艙體內(nèi)部也充滿了密封油脂，在此種情況下仍出現(xiàn)了泥沙的滲入現(xiàn)象，影響減速機運轉(zhuǎn)。 

4.4 密封油脂類型 

盾構(gòu)掘進至 320 環(huán)時，減速機與筒體內(nèi)部滲漏通道有所增大，齒輪油的更換頻率已影響到正常掘進。根據(jù)盾構(gòu)廠家技術(shù)人員建議，將 3 道密封油脂（EP2）中外側(cè)兩道更換為HBW 密封油脂，同時布置 HBW 密封油脂管路與適配器。通過此種應急處理，盾構(gòu)機掘進至 336 環(huán)，脫離了地面民房區(qū)域。 

5　螺旋輸送機改造 

由以上應急措施可以看出，在隧道內(nèi)未進行唇形密封更換。因為螺旋輸送機中部驅(qū)動結(jié)構(gòu)有一重大缺陷，周邊驅(qū)動相關(guān)部件損壞后無法在隧道內(nèi)解體修復。在隧道施工過程中， 螺旋輸送機在長期運轉(zhuǎn)下，周邊驅(qū)動模式極易出現(xiàn)過度磨損現(xiàn)象。為了從根本上提高螺旋輸送機的適應性，滿足盾構(gòu)施工實際需求，減少并便于維保工作，對螺旋輸送機及皮帶輸送機進行以下改造。 

（1）中驅(qū)改為后驅(qū)，由周邊驅(qū)動模式改為中心軸帶動整個螺旋軸回轉(zhuǎn)模式。此種改造后驅(qū)動軸直接與螺旋軸采用軸銷連接，驅(qū)動或密封出現(xiàn)故障后可直接在隧道內(nèi)拆卸、更換，便于維修保養(yǎng)；且相對于原結(jié)構(gòu)，減少了回轉(zhuǎn)周長，增加了實際使用壽命。 

（2）出土口由原驅(qū)動上部出土改為驅(qū)動下部出土，降低泥沙流入密封內(nèi)部概率；將單閘門改為雙閘門，提高在富水地層的適應性。 

（3）皮帶輸送機相應的向前延伸，適應出土口位置改造。 

6　結(jié)束語 

文章對 ZTE6250 土壓平衡盾構(gòu)機螺旋輸送機應急處理及改造的描述，基本形成了一種類似盾構(gòu)螺旋輸送機應急及改造方法。在中國盾構(gòu)機技術(shù)飛速發(fā)展，推陳出新的當下，通過對舊設備的適應性改造，能實現(xiàn)其價值化，并減少成本， 提高企業(yè)經(jīng)濟效益和節(jié)約社會資源。

（來源：中天重工）