竖井掘进机主机装配工艺研究

李庆龙

摘要：竖井掘进机及其施工方法作为一种新型沉井施工装备和工法，与现有设备相比，具有安全、高效、占用场地小、地质适应性广、对周围环境影响小等独特的技术优势，尤其适合在大直径、大深度的竖井工程中使用。设备上装配的零部件体积庞大、质量大、加工精度高，各零部件配合精度高。在装配之前，对装配工艺进行了分析研究，制定出一套切实可行的装配方案。设备的装配分两大部分来进行：支撑旋转系统和伸缩铣挖系统;通过化整为零的方式，对装配中可预见的困难各个击破，最终顺利完成了装配工作。

关键词：竖井掘进机;伸缩铣挖系统;支撑旋转系统;装配工艺

下沉式竖井掘进机是用于各类竖井挖掘的全新技术。系统包括能应用于稳定和不稳定土层的下沉设备及竖井掘进设备。下沉式竖井掘进机的主要设计理念是：设备能够在地下水环境中作业，从而大幅度降低工程成本。

在竖井整个掘进过程中，下沉装置通过钢索与位于地面的下沉机组相连接，并保证整个掘进过程能够受监控，从而使竖井能精确地建造在预定的位置。开挖臂能直接在水下开挖竖井下方的土体、去除障碍物和保证竖片均匀下沉。根据井周边地层情况，井壁可采用预制混凝土管片、现浇混凝土和钢管片，对于没有地下水的地区，井壁可采用钢垫和喷射混凝土。竖井开挖时，井内、外地下水压保持平衡，开挖出来的物料通过泥水分离站分离后处置。掘进和拼装速度可保证0.9～4.5 m/d。

竖井掘进机作为井筒机械化、智能化施工的高端装备，其集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同工程的地质进行“量体裁衣”式的设计与制造，其研发与制造直接反映了一个国家先进制造业的水平。其形成的掘、排、支相结合的全新沉井工艺，与传统工法相比，避免了传统钻爆法对岩石的扰动，将人员从恶劣的环境中解放出来，大大提高了井筒凿井成井速度。随着其应用领域的拓展和使用需求的不断提高，竖井掘进装备技术主要向以下几方面发展：

（1）大型化

即竖井工程朝着大直径、大深度方向发展，相应地对装备也提出同样的要求。伴随着人类对地下空间利用的不断提高，大型化显然是必然的一种趋势，也就需要竖井掘进装备在掘、排、支三个主要功能不断地更新。首先，竖井深度增大后，掘进过程中所遇到的地层变化多，要求掘进模块的适应性广泛;断面直径增大后，需要提高挖掘的效率。其次，当竖井深度超过100m后，现有的排渣方式的效率和能力就很难满足施工要求了，需要革新现有的排渣技术或方式。

（2）智能化

依托远程监控与智能化决策支持系统，实现竖井掘进机的自动控制、设备工作状态的智能化识别和施工风险的预判，通过整合各方面信息，提高施工效率，同时降低施工风险。

（3）模块化

按照功能，将竖井掘进机分成铣挖单元、回转单元、排渣单元、连接横梁、下沉单元、管线绞车、主机绞车和泥浆分离站等模块，通过不同模块的组合，适应不同规格、不同深度和不同地质条件下的竖井建造。

支撑旋转系统、伸缩铣挖系统两大部件是竖井掘进机设计的重点新技术，也是设计控制的关键所在，其制造精度直接关系到整个项目的成败。两大部件关键制造点集中体现在以下3个方面：

（1）支撑大臂与固定座垂直、定位精度控制;

（2）旋转装置内大轴承，小齿轮，内外密封装配尺寸链的解算、调整;

（3）铣挖头伸缩臂的装配顺序和上下间隙的控制。

技术人员，针对竖井掘进机设计技术和图纸要求，经过多次工艺可行性论证，最后制定了30道工序，来装配支撑旋转系统、伸缩铣挖系统，具体如下：

（1）固定4个固定座的工艺支撐梁划十字中心线;

（2）调整4个固定座间隙，使工艺支撑梁划十字中心与管片中心重合;

（3）轴承支座按照掘进状态反方向水平放置在等高方箱上，用薄贴片调整水平;

（4）装配转动毂与主轴承及转动毂与内密封，注意止口之间配合，间隙很小，装配前清理干净;

（5） 3个起吊点水平起吊主轴承，调整水平后与轴承支撑装配;

（6）调整主轴承与轴承支座的空隙，至中心重合，螺栓固定;

（7）装配外耐磨环;

（8）密封固定环与密封及密封压板的装配;

（9）3个吊点水平起吊密封固定环与外耐磨环装配，注意保护密封，涂满润滑油，缓慢下落;

（10）使用螺栓固定牢靠，注意O型密封圈和平面密封胶的正确使用;

（11）外密封润滑的装配顺畅，同时可以验证上一部装配的准确性;

（12）将以上装配整体翻身180度，与调整好水平的主机壳体装配;

（13）注意间隙的调整，同时止口的配合处圆周方向8点测量;

（14）将驱动小齿轮与主轴承大齿圈装配;

（15）手动盘动上一步齿轮啮合，使用压铅丝方法测量间隙;

（16）间隙合格各固定螺栓打扭矩;

（17）固定筒内部清理干净，外部夹紧装置组装，调整间隙处于最大值;

（18）伸缩筒导向板装配，滑动铜板装配;

（19）伸缩油缸处于伸长状态，内外套筒组装前先安装油缸销轴;

（20）缓慢将伸缩筒装入固定筒内，组装前伸缩筒外部涂抹润滑油;

（21）组装至中间位置调整外部夹紧装置的间隙至中间值;

（22）继续组装伸缩筒至最小行程处调整外部夹紧装置的间隙至图纸要求值;

（23）装配旋转装置上半部，组装前管路打压试验需合格;

（24）4条支腿与整个旋转装置组装，螺栓打有效力矩;

（25）伸缩筒与铣挖头按图组装;

（26）伸缩筒与大臂支架和摆动油缸按图组装;

（27）大臂支架与选装装置组装;

（28）将以上装配体与四个固定座组装;

（29）检验主机中心与管片中心重合;

（30）主机装配结束待试车;

结束语

伴随着人类向地下拓展生活空间的进程，竖井掘进机的应用前景将不可估量。竖井掘进机结构构想、设计、计算等每一步，都进行了详尽的分析论证。设备准备装配期间，对装配工艺进行了分析研究，制定了详细的装配工艺。该设备对其安装和调试所需的配套设备要求较高;尤其是超过200t的总质量，意味着一旦装配起来，就不方便移动。

参考文献

[1]荆国业，王安山，韩云龙，矿山竖井掘进机电气控制系统设计[J].建井技术，2015，36（6）：48-53.