來源：《設(shè)備管理與維修》2021年第1期

楊凌霄 

（武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430200）

摘　要：以西安地鐵某項目施工時盾構(gòu)機(jī)螺旋軸尾端斷裂事故為例，淺析盾構(gòu)機(jī)螺旋機(jī)在遇到大量孤石地層掘進(jìn)時螺旋軸斷裂事故經(jīng)過，并提出在隧道中工作條件有限的情況下，螺旋軸尾端斷裂的修復(fù)方法，總結(jié)經(jīng)驗。

0. 引言

盾構(gòu)螺旋機(jī)輸送機(jī)在施工過程中主要作為渣土輸送和建立土壓平衡的手段，渣土在螺旋筒內(nèi)通過螺旋葉片傳輸將土倉壓力降至常規(guī)壓力，并從螺旋機(jī)閘門排出至皮帶機(jī)上。如圖1所示，螺旋輸送機(jī)安裝在前盾底部，大約呈23°左右角度斜穿管片拼裝機(jī)回轉(zhuǎn)中心，螺旋軸前端伸入土倉，尾端由液壓馬達(dá)驅(qū)動。

1. 問題情況

某臺常規(guī)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在西安地鐵建設(shè)項目施工階段，在黏土地層中出現(xiàn)大量未勘測到的強(qiáng)度60MPa以上的孤石碎塊，導(dǎo)致螺旋機(jī)長時間在高速、高扭矩情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，并經(jīng)常出現(xiàn)螺旋機(jī)卡停情況，通常盾構(gòu)機(jī)操作司機(jī)會通過快速頻繁正反切換螺旋軸旋轉(zhuǎn)方向來恢復(fù)螺旋軸卡死故障。在一次螺旋機(jī)卡死后，操作人員做恢復(fù)操作過程中，突然發(fā)現(xiàn)螺旋機(jī)正常高速旋轉(zhuǎn)并且扭矩降至0，通過聽螺旋筒外部聲音，發(fā)現(xiàn)螺旋軸并沒有旋轉(zhuǎn)。現(xiàn)場施工人員隨即打開螺旋機(jī)尾端側(cè)面法蘭蓋板觀察，發(fā)現(xiàn)螺旋軸在離馬達(dá)15cm左右位置斷裂，斷裂位置如圖2所示。由于螺旋機(jī)筒中渣土的作用，斷裂部分螺旋軸未向下掉落。

2. 螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)介紹

該螺旋輸送機(jī)為中心螺桿式結(jié)構(gòu)，由筒體、中心軸、葉片、傳動部分和筒體伸縮油缸組成，通過螺旋葉片轉(zhuǎn)動對渣土進(jìn)行定向輸送，能輸送具有一定摩擦力的渣土，具有很好的抵抗土壓、控制土壓沿輸送衰減、保持土壓動態(tài)平衡的能力，適用于所有土壓平衡盾構(gòu)機(jī)使用，中間伸縮結(jié)構(gòu)可用于螺旋機(jī)修復(fù)和前防水閘門關(guān)閉。其主要規(guī)格參數(shù)：螺旋輸送機(jī)總長12500mm，螺旋軸直徑220mm，螺旋葉片直徑850mm，螺旋筒Z大伸縮行程1000mm，螺旋機(jī)Z大正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速22.1r/min，螺旋機(jī)Z大反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速7.2r/min。

3. 斷軸修復(fù)

考慮到斷裂位置離螺旋驅(qū)動部分的軸承位置只有15cm，在定位焊接時，焊接熱影響會燒壞密封，因此，修復(fù)焊接過程必須先將螺旋機(jī)驅(qū)動與螺旋軸分離。

3.1 修復(fù)前準(zhǔn)備

拆除螺旋機(jī)卸料閘門處擋泥板等設(shè)備，為人工作業(yè)留出工作空間，清理卸料閘門區(qū)域糊在筒壁上的渣土，打開側(cè)面的法蘭蓋板接入電燈和鼓風(fēng)設(shè)備，并在周邊工作區(qū)域鋪上石棉防火布。

3.2 斷裂位置焊接坡口制作

利用螺旋機(jī)中間筒伸油缸將后部螺旋筒向后移動，將螺旋軸斷裂的兩部分分離。作業(yè)工人站在皮帶機(jī)上，從卸料閘門處進(jìn)入作業(yè)區(qū)域，清理打磨兩個斷面，并在下部軸端面制作焊接坡口：先用碳弧氣刨，再打磨，坡口角度45°，坡口深度80mm。

3.3 初步定位

將驅(qū)動部分回縮，使兩個斷面基本靠攏，通過測量周圈軸外圓對齊檢測兩斷軸的同軸度，若不符合要求，利用螺旋機(jī)驅(qū)動緩慢轉(zhuǎn)動上半部斷軸，找到周圈對齊Z好的位置，采用馬板骨架將兩端軸連接；再將伸縮筒伸出，使驅(qū)動部分帶動整根螺旋軸向后移動1m。

3.4 驅(qū)動分離

由于在隧道內(nèi)各種限制，螺旋機(jī)驅(qū)動在隧道內(nèi)安裝定位非常困難，拆卸連接螺栓后，采用1m長絲桿繼續(xù)連接，方便后續(xù)回裝。

①拆除驅(qū)動與筒體整圈連接螺栓，周圈采用8根絲桿均布連接；

②固定螺旋機(jī)驅(qū)動部分與盾構(gòu)機(jī)連接橋連接，回縮螺旋機(jī)筒體80cm，使螺旋機(jī)驅(qū)動帶軸與筒體分離；

③連接螺旋軸與上半筒體，焊接牢固；

④拆除螺旋軸與驅(qū)動連接螺栓，采用4根絲桿均布連接；

⑤螺旋機(jī)筒體帶動螺旋軸回縮20cm，使螺旋軸與驅(qū)動部分完全分離，并使斷裂部位處于螺旋筒外部。

3.5 焊接修復(fù)

使用火焰割槍對焊接部位預(yù)熱至220℃左右，使用二氧化碳保護(hù)焊，采用ER50-6焊絲對斷裂部分坡口進(jìn)行焊接，焊接采用多層多道圓周均勻焊接，焊接完成后采用防火石棉覆蓋緩慢冷卻，以防止熱應(yīng)力導(dǎo)致內(nèi)部缺陷。

3.6 檢測探傷

檢查螺旋軸對焊后的同軸度，采用超聲波探傷檢測焊縫熔深，看是否焊縫位置及焊縫周邊存在內(nèi)部缺陷，再采用著色探傷檢查焊縫位置及周邊是否存在缺陷。

3.7 驅(qū)動回裝

回裝步驟：①向后伸出筒體及軸，使螺旋軸法蘭與驅(qū)動連接，拆除絲桿，安裝連接螺栓，并打扭矩；②拆除螺旋筒體與螺旋軸連接工裝，繼續(xù)向后伸螺旋筒體，使筒體與驅(qū)動連接，拆除絲桿，安裝連接螺栓，并打扭矩；③拆除驅(qū)動固定工裝，整體回縮螺旋機(jī)筒體。

3.8 試機(jī)

檢查并恢復(fù)螺旋機(jī)及周邊設(shè)施，確認(rèn)無誤后開始試機(jī)。先慢速正向轉(zhuǎn)動螺旋機(jī)，然后逐漸加大轉(zhuǎn)速至Z大轉(zhuǎn)速，觀察螺旋機(jī)出土情況，聽螺旋機(jī)工作是否有異響；再反向旋轉(zhuǎn)螺旋軸緩慢至Z大轉(zhuǎn)速，所有檢查參數(shù)按出廠標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗。

至此，完成螺旋軸尾端斷裂的修復(fù)工作。修復(fù)后，該盾構(gòu)機(jī)螺旋機(jī)恢復(fù)正常，隨后投入正常使用，至該隧道區(qū)間掘進(jìn)結(jié)束。

4. 結(jié)語

螺旋輸送機(jī)是土壓平衡盾構(gòu)機(jī)重要的組成部分，在施工過程中應(yīng)認(rèn)真分析相關(guān)資料，操作人員應(yīng)重視盾構(gòu)機(jī)參數(shù)變化，及時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。通過本次螺旋軸尾端斷裂修復(fù)處理，在汲取教訓(xùn)的同時獲得以下經(jīng)驗：

①根據(jù)地質(zhì)情況變化，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)要隨時調(diào)整，不能為施工進(jìn)度而放棄其他，應(yīng)對特殊情況時，需充分借鑒類似底層掘進(jìn)經(jīng)驗，對可能發(fā)生的問題做足論證和研究，提前采取應(yīng)對措施；

②焊接工藝和焊接質(zhì)量是影響螺旋軸修復(fù)成敗的直接因素，必須選擇技術(shù)經(jīng)驗水平高超的技術(shù)工人，控制焊接變形和焊接質(zhì)量，去應(yīng)力和探傷措施必須及時到位；

③隧道內(nèi)作業(yè)由于空間和環(huán)境限制，每一步工序前必須充分考慮后續(xù)恢復(fù)作業(yè)是否方便，提前準(zhǔn)備好應(yīng)對措施，節(jié)省作業(yè)時間。