超大直徑盾構(gòu)機(jī)盾尾現(xiàn)場整修技術(shù)

一、盾尾整修原因

在南京長江隧道工程使用過的1臺直徑為14.93m的泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，其盾尾在經(jīng)過切割、拆解、吊裝轉(zhuǎn)場和長期放置后，產(chǎn)生了嚴(yán)重變形和扭曲。此外，盾尾油脂管及注漿管損壞、銹蝕、堵塞嚴(yán)重，大部分盾尾刷壓板固定螺栓銹蝕和脫落，盾尾連接面切割不齊，部分焊接坡口已經(jīng)缺失，且表面銹蝕嚴(yán)重。

該盾構(gòu)機(jī)盾尾是由4塊盾尾塊拼接而成，分別為1號、2號、3號、4號盾尾塊，其寬度為5112mm，拼接后形成一個整圓，如圖1所示：

鑒于盾尾上述嚴(yán)重變形和扭曲狀況，我們對盾尾弦長和對角線進(jìn)行了初步測量，結(jié)果如表1所示。

維修規(guī)范規(guī)定，實(shí)測差值應(yīng)在±15mm之內(nèi)。根據(jù)上表分析，其誤差值均超過了允許范圍，無法滿足施工使用要求。經(jīng)調(diào)查，新購該盾構(gòu)機(jī)盾尾需人民幣889萬元。如將舊盾尾運(yùn)輸至工廠整修再運(yùn)回工地，需要人民幣525萬元，且長途運(yùn)輸后極易造成盾尾二次變形，無法保證設(shè)計(jì)精度要求。

為節(jié)約資金，我們決定利用工地現(xiàn)有設(shè)備、工具和可循環(huán)使用的材料進(jìn)行現(xiàn)場整修。盾尾整修的主要內(nèi)容為盾尾的圓度調(diào)整、油脂管更換、注漿管疏通與更換，以及盾尾螺栓補(bǔ)焊與刷防銹漆等。

二、盾尾整修準(zhǔn)備工作

1.準(zhǔn)備主要材料

盾尾整修應(yīng)準(zhǔn)備鋼板、H型鋼、圓鋼、槽鋼、不銹鋼管、圓管、角鐵等材料，具體情況如表2所示。

2.準(zhǔn)備主要設(shè)備

盾尾整修用主要設(shè)備包括2臺ZX7-500型直流電焊機(jī)、1臺ZX7-630型直流電焊機(jī)、2臺MIG-500型氣體保護(hù)焊機(jī)、1臺TBI-80型液壓泵站、1臺CG1-30F型切割機(jī)、1臺5t叉車、1臺SQ500型砂輪切割機(jī)、1臺震馬MRo型管路疏通機(jī)和1只AR1130型高壓水槍。

3.準(zhǔn)備主要工具

盾尾整修用工具主要包括6臺5～25t機(jī)械千斤頂、4臺50t液壓千斤頂、4臺200t液壓千斤頂、6臺2-10t手拉葫蘆、2臺FY-EP-460型手動液壓泵站、1臺SYBZ-A4.5型電動液壓泵站、2把11Z-FF-16A型手電鉆和4臺GWS7-125型磨光機(jī)。

4.搭設(shè)整修平臺

盾尾整修之前，需搭設(shè)1個整修平臺。為此，預(yù)制一塊尺寸為19m×19m的鋼筋混凝土場地，用200mm×150mm的H型鋼搭建1個平臺骨架，平臺尺寸為18m×18m×0.8m。甲臺骨架上鋪設(shè)厚20mm的鋼板，中心位置安裝1根內(nèi)徑為150mm、外徑為200mm的圓鋼作為中心軸，如圖2所示。

5.準(zhǔn)備整修工裝

盾尾整修工裝主要是使用準(zhǔn)備好的H型鋼，制作6套頂出工裝和6套收緊工裝，如圖3、圖4所示。再準(zhǔn)備16套拉桿裝置、80套斜鐵、立板以及其他焊接連板。

三、盾尾整修過程

1.盾尾圓度調(diào)整前的整修工作

盾尾圓度整修前，共有4項(xiàng)整修工作，即損壞油脂管處理、損壞注漿管處理、斷裂盾尾螺栓處理和對切割缺陷的處理。具體內(nèi)容如下：刨除油脂管上的焊接鋼板，消除油污，去除舊油脂管，除銹后更換新油脂管，重新用鋼板進(jìn)行焊接封堵；割除舊的注漿管，清除內(nèi)部水泥漿，修復(fù)進(jìn)漿口，并焊接新的注漿管；割除損壞的螺栓，并對螺栓焊接面進(jìn)行打磨，然后劃線、預(yù)鉆孔，焊接新螺栓；補(bǔ)焊盾尾拆除時(shí)的切割缺陷，切割整修外形，切割焊接坡口并打磨。

2.放樣畫線并安裝整修工裝

先以中心軸為圓心，在整修平臺上分別畫出直徑為14980mm、14970mm、14630mm、14610mm的4個同心圓。再按如圖5所示，安裝盾尾調(diào)整工裝。

3.組裝與調(diào)整4號盾尾塊

（1）4號盾尾塊就位

首先，畫線確定盾尾塊的中心。其次，用二個吊鉤將盾尾豎立，使盾尾的前部（以盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭方向?yàn)榍安浚┫蛳隆Ｔ俅危瑢⒍芪矇K吊裝到如圖6所示位置，使其中心線與整修平臺的A點(diǎn)對齊，盾尾的內(nèi)、外圓弧與所放同心圓對齊。最后，在中心點(diǎn)A處進(jìn)行焊接固定。為保證下部為一個平面，安放時(shí)需將整修甲臺上設(shè)置的預(yù)留孔，作為盾尾注漿口的位置。

（2）4號盾尾塊調(diào)整

先調(diào)整4號后尾塊的垂直度，使其誤差控制在±10mm之內(nèi)，再調(diào)整盾尾的內(nèi)外弧度，使其在允許的誤差（±15mm）范圍內(nèi)。需要頂出時(shí)，將液壓千斤頂放在盾尾和頂出工裝之間進(jìn)行弧度調(diào)整。需要收縮時(shí)，需先將盾尾焊接在收縮裝置上，再收緊該裝置進(jìn)行弧度調(diào)整，如圖7所示。

根據(jù)實(shí)際測量數(shù)據(jù)，如果局部盾尾弧度嚴(yán)重超標(biāo)，無法用現(xiàn)有的調(diào)整方法進(jìn)行調(diào)整，需采用局部切割解體方法進(jìn)行修整。具體如下：切割盾尾的內(nèi)弧板，通過收縮和頂出裝置并輔以局部加熱方法進(jìn)行調(diào)整。待尺寸完全合格后，重新將解體的部分焊接恢復(fù)，然后將盾尾兩端進(jìn)行臨時(shí)焊接同定。

4.組裝與調(diào)整其他盾尾塊

在調(diào)整好4號盾尾塊后，按照對稱的原則，依次調(diào)整2號、3號、1號盾尾塊，其拼裝、調(diào)整方法與4號后尾塊完全相同。各盾尾塊拼裝完成后，檢測各盾尾下部尺寸，合格后焊接固定，如圖8所示。

5.盾尾整體圓度整修

具體步驟如下：首先，在盾尾內(nèi)搭建適合作業(yè)的腳手架；其次，待4片盾尾拼裝完成后，重新校核盾尾的下部尺寸；再次，測量自下而上所有位置的尺寸，確定修整位置及修整方法；然后，在盾尾內(nèi)、外焊接反力支撐裝置，用千斤頂收緊和火焰加熱方法進(jìn)行盾尾整體圓度調(diào)整；最后，待調(diào)整完成，自內(nèi)而外、白下而上焊接固定板，用斜鐵固定。

6.盾尾拼裝直縫整修

4片盾尾塊拼裝完成后，需先檢測校核盾尾的上部尺寸，合格后再拼裝盾尾塊之間的直縫，其拼裝方法如下：首先，在盾尾直縫的內(nèi)、外焊接2根尺寸為300mm×300mm×5400mm的H型鋼，上部用同樣型號的H型鋼焊接固定。其次，在內(nèi)、外側(cè)安裝斜撐加同，如圖9所示。再次，用千斤頂調(diào)整盾尾塊之間的直縫，調(diào)整時(shí)控制盾尾直縫誤差在±15mm之內(nèi)。最后，待調(diào)整合格后用連接板焊接定位。

7.盾尾上部圓度整修

（1）整修前準(zhǔn)備工作

首先，安裝人員行走用十字平臺，十字平臺下方用型鋼支撐，如圖10所示。其次，安裝檢測工裝、頂出工裝和收緊工裝等。最后，檢測盾尾上部的圓弧尺寸狀況，確定修整位置及修整方法。

（2）整修盾尾上部

首先，對于對稱位置圓弧大的部位用收縮裝置進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整好后焊接固定端，用M40的螺栓拉緊。其次，對于對稱位置圓弧小的部位用頂出裝置進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整好后用千斤頂將其頂緊。再次，對于對稱位置一端圓弧大、一端圓弧小部位，采用與盾尾拼裝直縫相同的調(diào)整方法對其進(jìn)行調(diào)整。然后，將盾尾調(diào)整到位后，焊接拉桿進(jìn)行固定，以防止盾尾反彈。最后，檢測盾尾上下圓弧、同心度是否合格。

8.整修收尾

整修收尾工作包括焊接支撐、割除預(yù)焊接定位點(diǎn)、拆除腳手架、噴涂油漆。盾尾整修完成后，再重新復(fù)核所有數(shù)據(jù)，檢查確認(rèn)其在誤差范圍內(nèi)后，焊接盾尾支撐。主支撐梁用2根14號槽鋼對焊而成，斜梁用直徑150mm鋼管進(jìn)行支撐焊接，上述工作全部完成后，按原分塊將盾尾拆解為4塊。

噴涂油漆的方法如下：先清除盾尾上的油污，打磨切割后遺留的焊接痕跡，并用防銹漆涂刷漆層損壞的部位方；然后用白色醇酸漆對盾尾整體進(jìn)行油漆2遍，使漆膜厚度達(dá)到70μm。

采用此方案對盾尾進(jìn)行整修僅花費(fèi)75萬元，比購置新盾尾節(jié)約資金814萬元，比將舊盾尾運(yùn)輸至制造廠商整修節(jié)約資金450萬元。按上述方案對該盾構(gòu)機(jī)盾尾進(jìn)行整修后，我們又對盾尾半徑進(jìn)行了檢測，結(jié)果所有數(shù)據(jù)均在誤差范圍內(nèi)，由此說明此項(xiàng)整修成功。