盾构螺旋输送机隧道内拆装与维修

燕丽存

（中国铁建重工集团股份有限公司,湖南 长沙 410100）

1 前言

土压平衡盾构机是掘进机的一种，属于隧道暗挖的一种先进设备，可用于软岩质和复杂硬岩等地层。螺旋输送机作为土压平衡盾构机的关键子部件，承担出渣和调节掌子面压力的作用。如图1所示，螺旋输送机安装在前盾底部，中间用固定拉杆拉住筒体，整个螺旋输送机呈现约24°斜角穿过拼装机回转中心。其中螺旋轴前端伸入土仓，尾部采用液压马达中心驱动的方式。

图1 土压平衡盾构机主体结构

土压平衡盾构机的拆装是盾构施工中十分重要的工序，通常都是在盾构的始发井和接收井中利用起重机进行。当盾构施工中遇到故障需进行拆解维修时，必须根据现场的条件制定拆装维修方案。螺旋输送机隧道内维修通常做法是洞内拆除、解体、切割维修孔等进行维修，不仅工序繁琐、耗时耗力，且风险很高。

文章以广州地铁某项目隧道内拆装维修螺旋轴为例，详细介绍了盾构螺旋输送机隧道内拆装及维修的新技术，其主要思路是：

（1）伸出螺旋输送机伸缩油缸，将螺旋输送机的伸缩节外筒固定在管片拼装机托梁上。

（2）拆除防涌门和固定节之间的螺栓，缩回螺旋输送机的伸缩油缸，使固定节和中间节随伸缩节内筒后移从而暴露出断轴位置，方便之后在筒体后移留出的空间内进行维修作业。

（3）维修后再伸出伸缩油缸，将固定节安装在防涌门上。

2 工程概括

广州轨道交通某区间，总里程约2 586 m，本段区间设置2处平曲线，曲线半径为1 600 m，线路纵断面最大坡度16.356‰，最小坡度2‰，区间隧道覆土厚度为13.3~28.7 m；

该区间穿越的地层主要有淤泥、淤泥质粉细砂、中粗砂、砂质黏土、全风化花岗岩、强风化花岗岩，局部为中风化花岗岩和微风化花岗岩。其中在穿越河隧道时出现了大量未勘探的孤石碎块，导致螺旋输送机在长时间高速、高扭矩运转出渣的情况下，频繁出现卡滞现象。通常通过多次正反转以及伸缩螺旋轴等功能进行脱困恢复正常掘进。但在盾构机掘进至第546环时再次出现螺旋轴卡滞并且出渣不畅，现场通过反复正反转及伸缩进行脱困，发现螺旋输送机抖动异常，依旧无法出渣。经开启螺旋输送机固定节检修口观察，发现螺旋轴断裂，断裂位置距离螺旋轴前端约1 400 mm。

3 螺旋输送机说明

该螺旋输送机为后部中心驱动螺旋轴式结构，主要由防涌门、螺旋轴、固定节、中间节、伸缩节内筒、伸缩节外筒、伸缩油缸、出碴门、驱动装置、固定装置等机构组成。如图2所示。

图2 螺旋输送机组成结构

螺旋输送机的主要规格参数：

（1）螺旋输送机总重约50 t，总长约17 m；伸缩行程1.5 m；

（2）螺旋轴总长约15 m，材料为无缝钢管245×50/Q345B。

4 螺旋输送机隧道内拆卸与维修

4.1 地层加固

由于该盾构机发生螺旋输送机断轴事故时，正处于河道底下，土仓内顶部压力2.4 bar，且地层总体含水量较多，土体自稳定性较差。维修前，需确保前方地质条件满足拆装要求，对前部地层进行加固防止塌方。

4.2 拉出断轴

（1）通过固定节检修口进行操作，将短的断轴和长的断轴分别割开圆孔，然后装上25 t卸扣并拧紧；通过伸长伸缩油缸，拉出断轴，并关闭防涌门，如图3所示。

图3 通过检修口拉出断轴

4.3 支撑、拆卸和后退工作

（1）将回转中心泡沫管路拆除，做好标记并放在盾体平台两侧；将托梁内侧有干涉的泡沫管路吊起来或拆除，避免螺旋输送机伸缩时干涉。

（2）在拼装机托梁的横梁下方支撑一段H型钢，然后在横梁上加两个50 t机械千斤顶撑住伸缩节外筒，利用千斤顶的调节来拆卸固定装置的销轴；如图4所示。

图4 千斤顶撑住筒体并拆卸拉杆销轴

（3）在伸缩节外筒做好加固支撑（H型钢焊接），然后利用H架横梁前后2个吊耳，用手拉葫芦分别拉住固定节和中间节吊耳，拆掉固定节与防涌门之间的螺栓；如图5所示。

图5 伸缩节外筒加固定支撑

（4）利用螺旋输送机伸缩点动功能，慢慢缩回油缸，边缩回边调节手拉葫芦，完全缩回后，固定节和中间节随伸缩节内筒后移从而暴露出断轴位置，为后续维修留出作业空间；再将手拉葫芦调节至拉紧，防止前端筒体下滑。

4.4 开焊接坡口及探伤检测

将短的断轴吊装取出，对原螺旋轴断裂附近的耐磨焊刨除（刨开长度大于100 mm），并对断轴及叶片的断裂切口进行修整并开好焊接坡口，然后清理打磨、探伤检测无裂纹为止。

4.5 对接新轴

将新增的轴（对接位置已提前开好坡口49×35 mm），通过定位销轴对接到断轴上，调整好同轴度后，在对焊位置铆焊好工艺板，轴前端点焊好工装，保证焊接过程中不变形。

4.6 焊接修复

（1）边缓慢旋转螺旋轴边进行焊接，保证焊接工艺参数和质量；焊后进行保温，12 h后进行探伤检测。

（2）完成全部焊接工作（叶片焊接、耐磨合金块焊接、轴上耐磨板焊接和叶片表面堆焊），并对轴与叶片、叶片与叶片、叶片与耐磨合金块之间的焊缝保温，12 h后进行探伤，确保焊缝合格。

4.7 回装及试机

（1）用伸缩点动功能，慢慢伸出油缸，边伸出边调节手拉葫芦，完全伸出后，连接固定节和防涌门之间螺栓，安装固定装置的拉杆销轴，完成螺旋输送机的回装；然后拆除伸缩节外筒的支撑，恢复相关管路。

（2）恢复螺旋输送机及周边设施后，开始试掘进；先缓慢正转螺旋输送机，然后逐步加大转速，观察出渣情况，听筒体内是否有异响；再反转螺旋输送机，检测螺旋轴是否已修复达标。

5 施工注意事项

（1）为确保螺旋输送机拆装维修过程中的安全，必须在每个作业点之间设有便捷可靠的通讯设备。

（2）吊装工具的设备能力应与施工荷载相匹配，避免出现超负荷使用的情况，并且需要保证吊装工具的完好性。

（3）加强地面监测，实时监测地表沉降。观测范围为刀盘前、后各50 m，观测频率为2 h一次。若地面沉降超过警戒值，根据现场实际情况确定是否进行地面沉降控制处理。

6 焊接注意事项

焊接工艺和焊接质量是影响螺旋轴修复成功与否的关键，应选择技能过硬的操作人员，同时保证焊前和焊后严格按照工艺执行；焊接中需注意以下几点：

（1）焊前预热：使用氧乙炔火焰对待焊接处预热，温度为100~150 ℃，预热区应在焊缝两侧，每侧宽度不应小于焊件厚度的两倍且不小于100 mm；后热温度为200~250 ℃，并用保温棉进行保温缓慢冷却；

（2）保持焊接区域的干燥，务必清理焊接区域的泥污、水等；焊接过程出现滴水等情况时，应先使用割枪烘干后方可继续焊接；

（3）焊后去焊渣、飞溅物，焊缝打磨光整；待焊缝保温12 h冷却后，对其进行超声波探伤和渗透探伤检测。

7 小结

螺旋输送机隧道内维修通常做法是洞内拆除、解体、切割维修孔等，不仅工序繁琐、耗时耗力，且风险很高。而文章提供的这个新技术避免了这些问题，它巧妙地利用了伸缩油缸的伸缩功能使筒体和防涌门分离，为后续螺旋轴维修留出作业空间。这个新技术大大提高了作业效率，为后续盾构螺旋输送机隧道内拆装与维修提供了新思路。