浅谈盾构机被水泡后应急处置技术措施及相关修复方法

楚现柱

（中国电建集团铁路建设有限公司，北京100080）

盾构法施工在国内地铁建设中已广泛应用，由于地铁施工水文地质条件、外部环境复杂，突发状况较多，时有发生盾构机水淹事故，由于盾构机操作系统繁琐，精密电气元件种类繁多、价格昂贵、数量大、涉及领域广、制造周期长，所以在泡水事故发生后采取科学合理的应急处置措施，制定切实有效的修复方案，实现盾构机快速修复，降低经济损失，减少工期影响，是值得研究和摸索的方向。

1 盾构机泡水后的总体修复思路

1.1 及时抽排隧道内积水，减少盾构机泡水时间，采取烘干措施，降低相关电气元件的损耗；同时加装临时的气体保压系统、膨润土保压系统、盾尾油脂系统和黄油润滑系统，保证现场盾构机停机时隧道掌子面和洞内隧道的安全性；

1.2 对盾构机的刀盘系统、主驱动系统、盾体主机系统、螺旋机系统、拼装机系统内的机械、电气、液压部件进行现场维修，主驱动马达和减速机、超挖刀泵系统等需要拆卸后送至专业厂家进行检修；

1.3 对桥架和6 节拖车后配套返回工厂维修，关键性的部件如泵站、高压系统、导向系统、空气保压系统等需要拆卸送至专业厂家进行检修；

1.4 对现场无法拆卸的关键性部件，如主驱动、推进油缸、铰接油缸、拼装机回转支撑等，为保证后续的使用寿命，在盾构设备出洞后送至专业厂家维修。

2 盾构机浸泡水的应急处置措施

2.1 地铁隧道内积水抽排及盾构机元器件烘干措施

根据隧道内的积水量，合理配备抽水泵数量，完成抽水时间应控制在24h 内，尽量减少盾构机泡水时间，防止积水通过呼吸阀进入液压油管路，造成液压系统和主驱动系统进泥沙。事故发生后现场采用在电瓶车的管片小车上焊接临时工装，悬挂污水泵进行抽排水作业，同时利用隧道内循环水管将积水排至隧道外，如若循环水管不能满足抽排水要求，可在走道板上敷设排水管路。若隧道过长，水管压力较大，建议采用透明PVC钢丝管，防止爆管，影响抽水效率。

图1 空气保压系统原理图

当盾构体及后配套露出水面后，安排人员及时对盾构机外表面泥沙进行清理，并将电机配线盒及配电柜打开，采用氧气吹扫和干抹布擦拭等措施对相关电气元件进行清理，同时加强隧道内通风，并做好隧道内有毒要害气体检测，当相关气体含量超标时立即停止作业。电气元件清理完毕后，立即采用碘钨灯、电热器、抽风机等设备进行烘干处理，降低电气元件因泡水受潮、腐蚀造成损坏，减少盾构机修复工作量和经济损失。

2.2 盾构机停机安全保障措施

由于泡水盾构机处于停机状态，为保证盾构机掌子面的稳定，增加一套临时的气体保压系统和一套膨润土加压系统；增加盾尾油脂注入系统，保证盾体主机和隧道的安全性；为保障盾构机主驱动主轴承和拼装机轴承的正常使用，增设临时的黄油润滑系统。

盾构机桥架和后配套拖车需返厂维修，盾体主机的空间有限，为保证盾体主机的减速机、马达等设备的拆卸和运输空间，要求维修厂家将一节台车进行改造，台车左侧放置膨润土系统和盾尾油脂系统的设备，台车右侧放置空气保压系统的设备，既保证设备有存放的空间，也保留了电瓶车运输设备的中间通道。

（1）气体保压系统

针对本盾构机现场需要恢复保压功能，需设置37KW 空压机两台（一用一备），储气罐一件（配安全阀），其余按照原系统配置。

（2）膨润土加压系统

采用独立的膨润土加压系统，使用PLC 及变频器控制膨润土泵，保证隧道掌子面维持恒定的压力，同时增加了方便控制的触摸屏。在保压系统控制方式上，可分为自动与手动模式。为保证系统运行正常，程序内设置断线检测、低液位检测、管路压力流量监控、电机运行状态检测并配备声光报警作为警示。

图2 膨润土加压系统原理图

（3）盾尾油脂注入系统、黄油润滑系统

利用气动油脂泵，对盾尾刷和铰接密封外侧注入油脂。气动油脂泵出口管路连接到盾构机H 梁处管路，现场更换盾尾油脂气动换向阀，换向阀阀线与压力传感器阀线更换新件。油脂注入系统电气系统增加一个盾尾油脂控制箱，采用西门子S7-200SMART 系列PLC 和MCGS 触摸屏对盾尾油脂注入系统实现自动控制（与盾构机推进时控制方式相同）与手动控制，触摸屏可以设置盾尾油脂注入压力。铰接密封处盾尾油脂的注入，向盾尾P3 处注入油脂，将P3 处的堵头拆下，注意拆卸时防止泥沙涌出，依次注入盾尾油脂。

利用多点泵对主驱动密封进行黄油润滑，将驱动密封内的残留的泥沙尽快排出。将多点泵13 路并联到一起，接到主驱动黄油分配阀上，多点泵的供油量为38ml/min，向主驱动打油1 小时，约注入2L 黄油即可（注入油脂时检查分配阀出口油脂是否正常打出），可满足对驱动密封的完全润滑与养护；对主驱动内密封采用手动黄油泵注入油脂，注入量为每个点15-20ml。

3 盾构机维修技术措施

首先对盾体主机及管路线缆表面进行清洁养护。专业维修厂家对盾构机设备、器件，在保证盾构机安全性的前提下可修复的尽量修复，损坏或对盾构后续掘进有较大安全隐患的必须进行更换。

3.1 主机系统维修措施

（1）主驱动系统

主驱动齿轮箱内有泥沙进入，残留的泥沙随着齿轮油的流动会对主轴承的滚柱、保持架、滚道、主轴承大齿圈、主驱动小齿轮、以及小齿轮两端的轴承等都会带来损伤，影响主驱动的使用寿命。首先采取齿轮油进行冲洗齿轮箱和黄油挤压主驱动密封进行清理；其次安装临时工装将主驱动马达、减速机拆除后送专业厂家进行检修，同时加装8 块临时封板防止杂物进入；然后主驱动齿轮箱采用齿轮油泵循环冲洗，用内窥镜进行检查，合格后注满齿轮油进行养护；最后将主驱动齿轮箱呼吸器、齿轮油过滤器等进行更换。

（2）拼装机系统维修

拼装机提升红蓝油缸，行走油缸、微调油缸被水浸泡，需要进行专业的检修；拼装机回转支撑内部水和泥沙先通过打黄油将泥沙排出。

回转部分检查托轮、轴向支撑轮，如有损坏则修复或更换；回转驱动装置检查回转制动器的零部件如摩擦片、弹簧、密封件等是否完好，否则须更换，恢复保养后的回转制动器须用管片实物进行制动能力试验。

检测安装平移部分的移导轨和提升部分的红、蓝缸的磨损、锈蚀情况，严重的要进行维修或重新制作，安装后分别进行空载和负载试车，保证平移动作平滑不卡滞；同时将密封件及防尘圈等予以全部更换。

（3）推进和交接系统维修

推进油缸和铰接油缸被水浸泡，需要进行专业的检修。先对推进阀组和铰接阀组表面的泥沙进行清洁，需要对阀组和线圈、阀线等进行检查；对活塞杆伸出部分的泥污进行清理后涂抹润滑脂，对推进和铰接油缸行程传感器通电测试，损坏件则更换外置传感器，同时采购内置传感器作为备件，出洞后更换。

（4）螺旋输送机维修

将螺旋机驱动马达和减速机拆卸后进行检修，检查筒体内壁磨损情况，根据具体情况修复或更换；更换壳体法兰连接处的密封圈，检查疏通注水口及注水球阀；对排渣门行程传感器进行检测和标定，视情况决定是否更换；驱动装置更换齿轮箱齿轮油，检查齿轮是否存在点蚀、裂纹等破坏现象，根据具体情况维修或更换。

3.2 后配套台车

本工程中后配套台车中电气设备较多，隧道内作业空间有限，维修效率不高，通过焊接牛腿、铺设轨道，采用电瓶车拖运至盾构井处，吊装运至维修厂内，进行系统的检测和维修。

（1）油脂系统维修

本系统包括盾尾密封注脂系统、主驱动密封注脂系统、油脂润滑系统。维修前要先对设备进行完整性检查，先对注脂泵站、分配阀控制阀、注脂管路、传感器进行拆解、清理、更换损坏配件；清洗或更换多点泵泵芯，对油脂泵和气动马达密封维修包进行检查，更换油脂泵压盘密封；清理所有分配器和控制阀的外表，疏通保养系统中的分配器，接油脂泵进行功能试验，动作灵活，功能齐全、可靠。

（2）同步注浆系统维修

系统包括尾盾注浆管、注浆控制阀组、注浆泵、注浆箱、注浆液压系统、注浆管。人工进行盾尾注浆管速通，对注浆控制阀组拆解、清洗，通气、电试验，保证动作灵活，密封性能可靠；将注浆泵拆解，清理泵内残留浆，着重检查活塞，桶壁及浆液抽送球头磨损情况，更换损坏配件，重新装配，接液压站通电打水试验，保证动作灵活，功能齐全、可靠；对所有注浆压力传感器进行测试，并标定其精度；注浆液压系统通过目测与仪器测量，进行压力参数测定和流量参数测定，应满足泵设计参数和设定参数要求，否则整体报废，更换新泵。

（3）油样检测

对刀盘驱动减速箱、主轴承箱、螺旋输送机减速箱、主油箱、拼装机油箱、同步注浆动力箱等部位进行油样采集。主要对油样的粘度、水份、清洁度、PH 值等四项主要指标进行检测，这四个指标任一指标不合格均需更换新油。

（4）电气系统维修

电气系统分为高压供电系统、低压配电系统、PLC 控制系统、计算机数据采集系统、机械液压系统控制系统。电气系统一旦出现故障，就会导致盾构机整机不能工作，因此对泡水的电气元件的处理应严格按照规定要求进行检测和修复，从而确保盾构机电气系统可以安全、正常的运转和使用。

盾构设备包含的电气元件数量和种类众多，需要全部拆卸，为避免混乱及方便后续安装，拆除元器件时必须做好标识工作包括元器件标识、线号标识等。电气元件清洗作业安排专人负责，须按方案要求的作业方法、作业流程进行作业，避免对电气元件造成二次损害。元器件清洗完成后，统一放入烘烤室内进行烘干。

①高压变压器柜修复。打开柜门、高压变压器、铜排、冷却风扇、温控仪进行清洁工作，宜采用吸尘器、抹布、无水乙醇，忌用空压机除尘和回丝擦抹，以免回丝落入高压变压器线圈内；用酒精将电缆接头擦拭干净，并进行烘烤，直到接头内干燥无水为止；邀请具有相应资质的检测单位对高压配电柜进行检测，如若不能满足使用要求，立即进行更换，避免影响后期整机调试。

②低压电器系统修复。主配电柜、电容补偿柜、操作室内部电气元件、空压机电控系统（操作面板和内部元器件），人仓刀盘控制箱、油脂控制箱、管片吊机控制箱、螺旋机控制箱、水管卷盘控制箱、皮带机控制箱、污水泵控制箱、注浆控制箱、二次注浆控制箱内部，所有传感器、低压电缆线接头清理烘干检测，受损无法使用的进行更换。

③电机修复。整机41 个电机拆卸后运至地面，进行拆解，将电机内积水排出，定子和转子分开，用酒精将定子和转子上的污渍、灰尘清理干净，再初步检测线圈有无破损、短路情况，有损坏的立即委外维修。之后放入烘箱内进行烘干。烘烤完毕后，用摇表进行检测，相间及对地阻值要达到500MΩ 以上为合格，烘烤检测完毕的电机要及时进行装配，避免潮气再次浸入。

④土仓压力传感器的维修。拆卸所有的土压力传感器，做好标记，并连同安装螺栓清理防锈处理；拆卸过程中应注意保护传感器的防水密封圈，检查传感器电气元件腔体内的密封状况；进行土压力传感器的性能测试，测试后的土压力传感器如超出检测标准值，则应进行校验调整，调整后的传感器如还不能达到检测标准的应禁止再次使用；安装土压力传感器应注意传感器的端头密封，并将传感器周身和安装螺栓涂适量的黄油或者防锈油脂以便日后维护便于拆卸。

⑤电磁阀线圈插头，压力传感器插头，温度传感器插头的拆卸检查，主要检查连接端子有无松动，氧化腐蚀情况，如果氧化腐蚀严重时，应更换新的连接端子，清洁连接端子的污垢，完成后用电气密封胶或硅胶密封处理，防止水分进入插头内部，连接端子再次氧化腐蚀，并紧固安装螺丝。

4 结论

本台盾构机整机被水淹后，由于采取合理的应急措施措施，24 小时内完成积水抽排工作，及时进行了清理和烘干，有效减少了元器件的受损程度。采用一系列切实可行的修复工艺，仅45 天时间就完成盾构机修复工作，期间地面沉降和盾构机姿态均在规范要求范围内。本文中对抢险应急处置措施、盾构修复技术方法和新工艺的探索与实践，不但在修复期间形成了强有力的修理能力，同时缩短了修复工期，大大降低了修复成本，而且在后续施工中，盾构设备的功能和性能得以连续的发挥，为最终隧道的贯通，提供了可靠的设备保障。通过本次盾构机泡水后抢险、修复工作的总结为今后类似问题的处理有一定借鉴参考意义。