盾構螺旋輸送機隧道內拆裝與維修

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

土壓平衡盾構機是掘進機的一種，屬于隧道暗挖的一種先進設備，可用于軟巖質和復雜硬巖等地層。螺旋輸送機作為土壓平衡盾構機的關鍵子部件，承擔出渣和調節掌子面壓力的作用。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約24°斜角穿過拼裝機回轉中心。其中螺旋軸前端伸入土倉，尾部采用液壓馬達中心驅動的方式。

圖1 土壓平衡盾構機主體結構

土壓平衡盾構機的拆裝是盾構施工中十分重要的工序，通常都是在盾構的始發井和接收井中利用起重機進行。當盾構施工中遇到故障需進行拆解維修時，必須根據現場的條件制定拆裝維修方案。螺旋輸送機隧道內維修通常做法是洞內拆除、解體、切割維修孔等進行維修，不僅工序繁瑣、耗時耗力，且風險很高。

文章以廣州地鐵某項目隧道內拆裝維修螺旋軸為例，詳細介紹了盾構螺旋輸送機隧道內拆裝及維修的新技術，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外筒固定在管片拼裝機托梁上。

（2）拆除防涌門和固定節之間的螺栓，縮回螺旋輸送機的伸縮油缸，使固定節和中間節隨伸縮節內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進行維修作業。

（3）維修后再伸出伸縮油缸，將固定節安裝在防涌門上。

2 工程概括

廣州軌道交通某區間，總里程約2 586 m，本段區間設置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‰，區間隧道覆土厚度為13.3~28.7 m；

該區間穿越的地層主要有淤泥、淤泥質粉細砂、中粗砂、砂質黏土、全風化花崗巖、強風化花崗巖，局部為中風化花崗巖和微風化花崗巖。其中在穿越河隧道時出現了大量未勘探的孤石碎塊，導致螺旋輸送機在長時間高速、高扭矩運轉出渣的情況下，頻繁出現卡滯現象。通常通過多次正反轉以及伸縮螺旋軸等功能進行脫困恢復正常掘進。但在盾構機掘進至第546環時再次出現螺旋軸卡滯并且出渣不暢，現場通過反復正反轉及伸縮進行脫困，發現螺旋輸送機抖動異常，依舊無法出渣。經開啟螺旋輸送機固定節檢修口觀察，發現螺旋軸斷裂，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動螺旋軸式結構，主要由防涌門、螺旋軸、固定節、中間節、伸縮節內筒、伸縮節外筒、伸縮油缸、出碴門、驅動裝置、固定裝置等機構組成。如圖2所示。

圖2 螺旋輸送機組成結構

螺旋輸送機的主要規格參數：

（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 螺旋輸送機隧道內拆卸與維修

4.1 地層加固

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

4.2 拉出斷軸

（1）通過固定節檢修口進行操作，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）將回轉中心泡沫管路拆除，做好標記并放在盾體平臺兩側；將托梁內側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外筒，利用千斤頂的調節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和中間節吊耳，拆掉固定節與防涌門之間的螺栓；如圖5所示。

圖5 伸縮節外筒加固定支撐

（4）利用螺旋輸送機伸縮點動功能，慢慢縮回油缸，邊縮回邊調節手拉葫蘆，完全縮回后，固定節和中間節隨伸縮節內筒后移從而暴露出斷軸位置，為后續維修留出作業空間；再將手拉葫蘆調節至拉緊，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

（1）邊緩慢旋轉螺旋軸邊進行焊接，保證焊接工藝參數和質量；焊后進行保溫，12 h后進行探傷檢測。

（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，邊伸出邊調節手拉葫蘆，完全伸出后，連接固定節和防涌門之間螺栓，安裝固定裝置的拉桿銷軸，完成螺旋輸送機的回裝；然后拆除伸縮節外筒的支撐，恢復相關管路。

（2）恢復螺旋輸送機及周邊設施后，開始試掘進；先緩慢正轉螺旋輸送機，然后逐步加大轉速，觀察出渣情況，聽筒體內是否有異響；再反轉螺旋輸送機，檢測螺旋軸是否已修復達標。

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，必須在每個作業點之間設有便捷可靠的通訊設備。

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

（3）加強地面監測，實時監測地表沉降。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，根據現場實際情況確定是否進行地面沉降控制處理。

6 焊接注意事項

焊接工藝和焊接質量是影響螺旋軸修復成功與否的關鍵，應選擇技能過硬的操作人員，同時保證焊前和焊后嚴格按照工藝執行；焊接中需注意以下幾點：

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

（2）保持焊接區域的干燥，務必清理焊接區域的泥污、水等；焊接過程出現滴水等情況時，應先使用割槍烘干后方可繼續焊接；

（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，對其進行超聲波探傷和滲透探傷檢測。

7 小結

螺旋輸送機隧道內維修通常做法是洞內拆除、解體、切割維修孔等，不僅工序繁瑣、耗時耗力，且風險很高。而文章提供的這個新技術避免了這些問題，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，為后續螺旋軸維修留出作業空間。這個新技術大大提高了作業效率，為后續盾構螺旋輸送機隧道內拆裝與維修提供了新思路。