TBM主軸承密封滑道環洞內免更換快速修復技術

劉宏志

摘 要：作為TBM的核心部件，主軸承對TBM工作機況起著決定性作用。主軸承價值高昂，而且更換工藝復雜，需要較長周期。為改善這一狀況，在新疆吐庫二線中天山隧道施工中，對TBM主軸承創新性地采用了免更換快速修復技術。實踐表明，該技術可有效地實現對TBM主軸承的修復，節省大量維護保養時間，提高了工效。文中對TBM主軸承密封滑道環修復技術及程序做了介紹，可為類似工程的施工提供借鑒和參考。

關鍵詞：TBM 主軸承 密封滑環 免更換 快速修復

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（a）-0026-02

TB880E型開敞式全斷面硬巖隧道掘進機（以下簡稱TBM）1997年從德國引進，在我國鐵路隧道建設中應用始于西康鐵路秦嶺隧道建設。2007年10月，TBM運抵新疆吐庫二線鐵路中天山隧道，進行組裝調試，于12月2日開始工作。

2010年4月29日跟蹤監測，發現齒輪油機械雜質和水分等理化指標超標，機械雜質達到0.13%，水分大于0.2%。更換齒輪油和過濾器后，情況仍沒有得到解決；2010年5月13日再次換油后故障依然存在，技術人員對主軸承相關外部進行檢查，發現外圈迷宮密封出脂情況良好，而內圈常有齒輪油從出脂口流出，后拆檢發現TBM主軸承有粉塵、水份通過唇形密封和防塵密封進入主軸承和齒輪箱內，齒輪油有從內圈出脂口流出的現象。為了確保TBM能順利完成此工程，必須停機對主軸承進行修復。在該次對TBM主軸承的修復中，創新性地采用了TBM主軸承密封滑道環洞內免更換快速修復技術。實踐表明，該技術可有效地實現對TBM主軸承的修復，節省大量維護保養時間，提高了工效。

1 刀盤固定

1.1 準備工作

（1）選擇圍巖地質情況比較好停機。達到Ⅲ級以上圍巖類別，必須保證撐靴能夠牢固支撐起主機，刀盤周邊能夠穩定地支撐錨固刀盤。（2）確保人員、工具、材料、配件及時到位，以保證維修質量，縮短工期。（3）刀盤固定方案合理全面，以主軸承整修為主，穿插刀盤整修。

1.2 刀盤固定總體方案及工藝流程

刀盤的固定主要采用錨桿索固、鋼板墊塊和面板焊工字鋼固定。在刀盤面板加焊工字鋼，起抵住撐子面的作用，利用刀盤的上部的3個刮碴孔向周邊巖壁進行鉆孔，埋設φ22錨桿，然后利用錨固好的錨桿與刀盤焊接連成一體，起到索固刀盤的作用；利用下部3個刮碴孔，在刀盤下部安設鋼板墊塊，起到支撐刀盤的作用。刀盤加固工藝流程如下。

刀盤定位→刀盤面板與撐子面位置固定→刀盤底部墊塊安設→刀盤內搭設司鉆平臺→鉆孔→錨桿安設→錨桿與刀盤焊接固定→主機脫離臨界狀態時的姿態測量→主機后退。

1.3 質量要求

（1）鉆孔深度必須達到2.5 m以上，以保證錨桿錨固長度。（2）錨固劑塞填飽滿，錨桿錨固牢固，必須在錨桿錨固時間達到4 h以上，才可進行主軸承的脫離。（3）錨桿與刀盤搭接焊接長度不小于10 cm，雙面焊接，焊縫飽滿，焊接牢固。（4）支撐墊塊安設之前，需將巖面上的虛碴清理干凈，保證墊塊與完整的巖面接觸。（5）精確量測，以保證主軸承與刀盤重新對位安裝時，偏差不超過±1 mm。

2 刀盤與主驅動分離及部件拆卸

在刀盤墊好，沒有完全固定以前，將刀盤與主軸承其他聯接螺栓逐個松動再緊固一遍，消除可能存在的內應力，防止機體與刀盤分離時產生突發的位移現象。刀盤固定后，拆除剩下的刀盤螺栓，采用兩個50 t千斤頂裝設在刀盤后端鋼板與護盾之間，同時進行加力使刀盤與主軸承指扣脫離。內凱后退1.2 m，以提供更換密封所需的作業空間。后退內凱時工班長及主要值班領導必須在場，確保刀盤與主軸承平穩脫離。

3 內密封支撐環耐磨鋼帶更換

3.1 耐磨鋼帶接縫部位凹槽的加工

（1）清除支撐環表面含粉塵的潤滑脂，用拋光機（紙砂片）把支撐環受損部位打磨光滑平整；并在支撐環凹槽兩側上標示出F3和O2油道位置，測量并記錄油道孔的尺寸，便于下一步重新打孔定位。（2）利用汽油及洗衣粉清洗干凈支撐環表面，并保證表面無油脂等污染物。（3）在無螺栓孔和無油道部位用磁力鉆在支撐環前側面上鉆兩個5 mm、間距40 mm、深160 mm的孔，用拋光機打磨出寬5 mm，深3 mm，長120 mm的凹槽，在凹槽中部打兩個φ5 mm向下的孔與側面相通；并在側面注膠孔攻M6的內螺紋，便于安裝注膠接頭和注完膠后封堵用的堵頭。（4）對于支撐環上唇形密封磨損的凹槽，用可塑鋼修補劑涂沫在上面，并用鋼板尺刮平支撐環表面涂沫的可塑鋼修補劑，根據可塑鋼修補劑說明書的生效時間，生效后用手砂輪打磨平支撐環表面的可塑鋼修補劑。

3.2 耐磨鋼帶的切割

（1）耐磨鋼帶的準備工作：加工8個專用夾具（用氧氣乙炔切割20 mm厚的鋼板，每個夾具上焊接能夾住鋼帶兩個邊的M20的螺母，配兩個M20的螺栓）。將耐磨鋼帶起始端打磨平整，起始端的邊線應與側邊垂直，并做好記號；將耐磨鋼帶與支撐環的粘結面用拋光輪打毛（粗糙的表面粘結效果才好），清除鋼帶表面打磨所產生的灰塵。（2）耐磨鋼帶長度的確定：將起始端由人用手沿順時針按入支撐環最頂端的凹槽內，在離耐磨鋼帶端頭1.1 m處用兩個專用夾具墊小鋼板加膠皮壓緊；然后，將這一整條耐磨鋼帶逐步的按入支撐環凹槽，每2 m上一個專用夾具，當耐磨鋼帶兩端重疊在一塊時，檢查耐磨鋼帶與支撐環凹槽的間隙，確保整條耐磨鋼帶壓緊在支撐環凹槽上；在兩端的搭接處用劃針劃出耐磨鋼帶的切割位置；原則是切割后鋼帶兩端應有焊接用的2 mm接縫間隙。（3）將耐磨鋼帶需切割端的夾具松開1/3左右，并注意防護灰塵等的污染，嚴格按照長度標記用切割機將耐磨鋼帶切割，留出1 mm左右的余量進行打磨平整，使整個耐磨鋼帶是矩形，并再次將耐磨鋼帶固定在支撐環凹槽內，檢查兩端的間隙是否是2 mm。（4）支撐環凹槽外的表面用光滑粘膠帶粘貼，防止粘結膠溢出污染其他表面如圖1所示。

3.3 耐磨鋼帶涂粘結膠、安裝緊固

（1）安裝前清潔耐磨鋼帶和支撐環凹槽，確保兩者涂膠的粘結面無污染。（2）把1895粘結膠按1∶1的比例混合調和，用灰刀把混合后的粘結膠均勻涂抹在耐磨鋼帶打磨粗糙的粘結面上，兩端預留30 mm不涂粘結膠，以確保下一步干凈的接縫焊接操作；混合后的粘結膠盡快使用，1 h內必須用完。（3）耐磨鋼帶的接縫位置應在加工的兩注膠孔正中間，從接縫位置再順時針方向按入耐磨鋼帶起始端。用專用夾具夾住起始端，再將耐磨鋼帶連續地按入凹槽，協助人員朝圓周方向拉耐磨鋼帶，再將其壓入凹槽。每隔兩米用專用夾具固定耐磨鋼帶。（4）在耐磨鋼帶中心線位置，安置寬度約32 mm的打包機彈簧鋼帶；安裝打包機在接縫位置兩端，打包機彈簧鋼帶下放置橡膠棒或者兩塊膠皮，確認打包機拉緊后再松開專用夾具，如打包機鋼帶拉緊力不夠，則可增加吊帶和倒鏈，使耐磨鋼帶能拉緊。（5）用橡膠錘從起始端逐步的敲擊一遍耐磨鋼帶，使耐磨鋼帶與的支撐環凹槽表面貼緊在一塊，視耐磨鋼帶松緊情況增加專用夾具或拉緊打包機或倒鏈。

3.4 接縫焊接

（1）耐磨鋼帶夾緊之后，用氬弧焊機和CastoWIG4554焊條，將耐磨鋼帶兩端的2 mm接縫進行焊接，先將耐磨鋼帶兩側焊接70 mm，再拆掉打包機的彈簧鋼帶（或吊帶、倒鏈專用夾具），然后將整個焊縫焊滿。（2）由于焊縫高于耐磨鋼帶，需對焊縫進行仔細的打磨，最后一道打磨工序應為油石和研磨膏來打磨，使焊縫與耐磨鋼帶一樣平，耐磨鋼帶焊縫光潔度較高。（3）焊縫冷卻后，將與高壓黃油槍相配的接頭擰入M6的孔，將新混合的膠合劑與金屬切屑混合，加入高壓黃油槍中，通過注膠孔注入耐磨鋼帶接縫部位，注滿后用堵頭把兩個口堵住并使起不突出支撐環前側面。（4）膠變硬后（約24 h），去除其它表面保護用的粘膠帶和粘結膠殘留物。（5）根據原來F3和O2油道孔的標識，在鋼帶與支撐環對應的位置用磁力鉆打出F3和O2油道孔，耐磨鋼帶上的孔徑應與油道孔尺寸一致，油道再泵出少量的油脂，排出打孔產生的鐵屑，清潔各工作面。

4 內圈迷宮壓板整修、密封更換與安裝

（1）取出內圈密封的內側迷宮壓板固定螺栓M16×35-8.8斷在蓋板里面的部分，如螺栓孔狀況不好，則在蓋板上重新鉆孔，擴成M18×45-8.8螺栓用的螺絲孔。并根據損壞情況在原螺栓之間增加固定螺栓，將內圈迷宮壓板進行校平，將迷宮壓板磨損較多的部位進行二保焊堆焊并打磨，將其固定內六角的臺階孔整修好。（2）把蓋板安裝到位，在安裝過程中防止對密封損壞。（3）將狀況較好的內外圈唇形密封從洞外倒進來，依次安裝內、外圈密封組件，在安裝好每道密封后，在其唇口內涂滿油脂；唇形密封在裝以前在密封安裝縫隙處涂抹適量潤滑脂，以保證密封順利安裝。（4）利用專用工具依次安裝好迷宮壓板。（5）安裝防塵密封。根據擋邊的磨損及修復情況確認密封的大小（φ13 mm或φ14 mm的O型密封條），利用膠水把密封與密封槽粘接在一起，防止密封移位，并在密封面上涂抹潤滑脂。

5 聯結刀盤

（1）在主軸承蓋板與連接法蘭面的間隙部位塞石棉線、Ο型圈、泡沫板，以減少間隙。（2）拆除作業平臺，清潔結合面衛生。（3）把定位銷安裝到位，推進主驅動，結合刀盤與主軸承迷宮，結合過程中注意對正人工標記。（4）利用倒鏈調整聯接渣筒與主軸承對接，緊固渣筒與主軸承聯接螺栓。（5）利用螺栓拉伸器十字方向安裝刀盤的聯接螺栓，對稱預緊后最終緊固到位，每個方向4顆，其余依次安裝。（6）恢復原油脂潤滑系統。（7）拆除刀盤固定裝置，恢復掘進狀態。

6 結語

經過維修的主軸承系統，經試運轉狀態良好。通過新疆吐庫二線中天山隧道TBM主軸承密封滑道環洞內免更換快速修復技術的實踐表明，該技術可有效地實現對TBM主軸承的修復，節省大量維護保養時間，提高了工效。由此產生的社會效益、經濟效益不可估量。對縮短長大隧道施工工期，降低工程成本有著重大的意義。

參考文獻

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