隧道内进行盾构螺旋机轴承及密封故障拆卸与维修方法研究

隧道内进行盾构螺旋机轴承及密封故障拆卸与维修方法研究

张强杰

中交二公局铁路工程有限公司陕西西安710065

摘要：介绍盾构螺旋机的结构、工作原理及其作用，分析其轴承发生故障和出现密封失效的原因，并以本单位的盾构螺旋机为例，介绍其减速机突发故障及拆卸维修的过程，供同行进行参考。

关键词：盾构螺旋机；轴承；密封；维修

1引言

随着我国经济的发展，城镇化建设的进程不断加快，城市轨道交通建设的速度也不断加快。在进行城市地铁和地下隧道施工中，盾构机作为隧道施工的重要设备而被广泛应用。在隧道盾构施工的土压平衡施工中，螺旋输送机是既可以起到土仓内排渣和对螺旋机底部压力进行控制，维持盾构开挖面土压平衡的作用。所以其对隧道施工的正常进行起到非常重要的作用，而由于其长时间处于恶劣的作业环境中，容易发生叶片磨损、密封不严而异物进入叶片与筒体之间的孔隙，减速机及其轴承损坏等故障，此时需要在隧道内进行盾构螺旋输送机的整体拆除及维修，并在维修后进行安装，按拆装过程中应根据盾构螺旋机的结构、工作原理和技术特点，分析其故障原因，并采用相应的隧道内拆除和维修的技术进行维修和处理，并确保维修过程的安全。

2盾构螺旋机的结构原理与作用

在隧道施工中，盾构机中的螺旋机是进行出渣和对土仓压力进行调节的重要设备，是土压平衡盾构的重要组成部分，其位于盾构机头部的掘进土仓内，驱动装置驱动排土装置将掘进土仓内的渣土输送至螺旋输送机的输送管道内，并将进入输送管道内的渣土输送至排土口。螺旋输送机主要由圆筒状机壳和中心螺旋杆（或叶片）组成。工作时，螺旋杆（或叶片）旋转，泥土充满机壳，在自身重力和与机壳之间产生的摩阻力作用下，机体内的泥土就像旋转的螺母一样沿着螺旋杆（或叶片）轴线平移输送。根据输送机构造的不同，螺旋输送机分为有中心轴螺旋杆式和无中心轴带状形式。

3盾构螺旋机轴承故障及密封失效原因分析

3.1螺旋机设计问题

盾构机的螺旋输送机长时间处于恶劣的工作环境中，且常处于受力状态不良的状况下运行，其螺旋机的轴处于悬臂状态下时，滑动轴承不仅受部分径向力，而且还会受到相应的弯矩，所以不适用于采用滑动轴承而适合使用滚动轴承。此外，螺旋输送机螺杆倾斜容易导致密封损坏和齿轮油不断减少，加之隧道内的地层中砂岩较多，加剧了螺旋机螺旋叶片的磨损，一旦其磨损量超出规定值，螺旋机将无法利用渣土将螺旋轴悬浮，导致螺杆严重倾斜，使得唇形密封与腔体间歇过大，油从密封间隙中流失，泥浆会涌入减速箱内导致密封损坏。

3.2筒体连接面磨损

一旦螺旋机叶片发生磨损，螺旋机的筒体连接面也会发生磨损，使得驱动前部上侧筒体连接面的间隙被抵消而且会紧紧压死，致使螺旋机出渣螺旋中连接面会不断进行磨损。一旦其筒体连接面磨损到规定厚度以下，就会致使其密封作用失效，泥浆涌入唇形密封唇口处，使密封损坏，减速箱进泥，加剧了齿轮油的损耗及齿轮和轴套的磨损。每个筒体连接面的间隙都远远大于设计间隙，即使新密封更换后也无法达到预期效果。

3.3螺杆向前蹿动

螺杆如果向前蹿动则会导致减速箱的箱体发生磨损，如果铜套发生磨损则会导致其与其他配合的间隙不断增大，此外由于螺旋机的安装存在一定的角度，其在出渣过程中螺杆会受到渣土的反作用力，还会受到自重和振动等作用，会发生向下滑动的现象，导致其大齿圈和箱体接触，出现箱体局部损坏现象，且使螺杆在驱动端固定作用减弱，在掘进过程中无法更好地起到浮动支撑作用，在螺旋机工作中出现振动较大的现象。

3.4油脂注入不足

螺旋输送机的驱动密封腔中填充着专用的密封润滑油脂，前后密封腔各有4道油脂注入孔，通过递进式分配阀来实现均匀分配，其注入的最大流量为0.4L/h。盾构掘进处于保压状态时，设计的滚动轴承处的注脂压力明显不足(达不到设计要求)，即螺旋机内部压力大于油脂注入压力，造成泥浆渗入密封内，使唇形密封唇口受到磨损。

4盾构螺旋机轴承及密封故障现象及维修方法

4.1本工程盾构螺旋机的故障经过

2017年11月25日在本工程的掘进过程中，听到螺旋机有异响，遂停机检查，检查过程中发现，螺旋机减速机进泥水，且减速机齿轮油很少，随急检查黄油系统，发现从中盾黄油分配阀引出的黄油管堵塞，且螺旋机黄油分配阀的出油管堵塞，判断螺旋机黄油系统故障，螺旋机密封及轴承位无黄油注入。次日对螺旋机黄油密封系统进行调试，一共3根黄油注入口，疏通2根，注入黄油半桶（大桶），重复转动螺旋，异响消失，重复检查减速机，有气和稀泥从轴处喷出，经过螺旋机厂家判断，轴承和密封同样存在问题，后决定进行拆解维修。

4.2盾构螺旋机的减速机拆卸过程

经过专家和厂家人员共同鉴定和分析，决定在隧道中拆解螺旋机，进行密封和轴承的维修。首先通过螺旋机下部注浆口对螺旋机进行注入聚氨酯止水，利用开关闸门是否有水喷出来判断止水是否达到效果，调试螺旋机滑动伸缩油缸和前舱壁门，注入聚氨酯100桶（分三次注入），随后开始滑动伸出30cm，继续检验止水是否达到效果，经检验止水不成功，遂决定关闭前舱门，螺旋滑动全部伸出，然后关闭前舱门，检验止水效果不成功，继续注入聚氨酯，达到止水效果。然后对液压马达连接油管进行拆除，用手拉葫芦吊装在管片上。

由于空间有限，不利于吊装，首先拆除3个液压马达和减速箱外壳，之后拆除减速机与螺旋护筒一圈螺丝，将护筒缩回，露出减速箱轴与搅拌棒连接部位。随后连接销全部露出，利用气刨机将将连接销挡板刨除。利用100吨分离式千斤顶，在连接轴上焊接门字行钢板，将连接销打出。通过调整角度将减速机拔出。通过5个手拉葫芦调整角度，由于减速机总宽大于连接桥中间宽度，必须让减速机斜着才能吊装下去。最后将减速机吊装到管片车上进行返厂维修。

4.3盾构螺旋机的减速机组装过程

维修后的减速机从管片车吊装通过连接桥到达指定位置。通过调整5个不同位置的手拉葫芦，调整角度，将减速机与螺旋搅拌轴成功连接，在插入连接销的过程中，需要很高的精度，这就需要我们在调整位置的时候异常精确，如果两个孔有一丝错台，连接销将很难插入。在连接销成功安装完成后，为了避免破坏螺旋止水效果，我们采取先恢复闸门系统，然后将螺旋伸出的方式来进行组装，在此期间，安装螺旋机3个液压马达，待1号闸门恢复之后，将螺旋滑动伸出，螺旋护筒与减速机连接，连接法兰螺栓。随后开始安装闸门系统，闸门系统分3块安装，首先将1号闸门板连接在螺旋输送机上，然后将2号闸门以及1、2号闸门中间部位一起安装定位，最后将出闸口进行定位安装。安装完成后开始安装螺旋机液压马达油管，安装螺旋机黄油管，安装闸门系统油管，由于在吊装减速机时必须将皮带机拆掉，在此调试螺旋机和闸门系统过程中，安装皮带机进行皮带硫化工作。最后前舱门正常打开，螺旋输送机伸入土仓，闸门系统调试完成，硫化皮带工作完成。

5结语

对于盾构螺旋机来说，其在隧道内正常施工时出现中轴承及密封故障时，如果查明原因需要在隧道内进行拆修，除了需要分析故障原因并按照相应的拆装技术进行维修外，还应注意隧道内拆修的安全管理，在螺旋机拆除后使用石棉垫和薄钢板将螺旋输送机分断处的法兰进行密封，并应加强盾尾油脂的注入，对土仓压力进行密切监测，利用推进系统进行土仓保压，并利用土仓压力对系统保压进行调节。

参考文献：

[1]李旭辉.盾构机螺旋输送机结构及其减速器故障紧急处理方法[J].工程机械与维修,2015(3):104-105.

[2]高会中,冯欢欢.盾构液压系统故障的现场检测与诊断探究[J].液压气动与密封,2013,33(12):78-81.