盾構機螺旋輸送機結構及其減速器故障緊急處理方法

ZTE型土壓平衡式盾構機進行掘進時，盾構機頭部刀盤開挖出的渣土存儲于機頭的掘進土倉處，需通過螺旋輸送機將渣土從掘進土倉中排出，并輸送至盾構機工作面之外。本文介紹該盾構機螺旋輸送機的工作原理，并介紹1起在西安地鐵施工過程中螺旋輸送機減速器出現故障時的緊急處理方法。

1.螺旋輸送機結構

螺旋輸送機入口（取土端）位于盾構機頭部的掘進土倉內，驅動裝置驅動排土裝置將掘進土倉內的渣土輸至螺旋輸送機的輸送管道內，并將進入輸送管道內的渣土輸送至排土口。

（1）驅動裝置

螺旋輸送機的驅動裝置固定在該機簡體1后部，4個低速大扭矩馬達2的輸出軸各安裝有4個小齒輪3，小齒輪3與大齒圈4嚙合。大齒圈4固定在螺旋軸5套環6上，當低速大扭矩馬達2帶動小齒輪3轉動時，大齒圈4、套環6及螺旋軸5隨之轉動，并驅動螺旋軸5轉動，當驅動螺旋軸5轉動后，將進入簡體1內的渣土從排土口10輸出，如圖1所示。

小齒輪3、大齒圈4均封閉在套環6與減速器7構成的箱體內，減速器7內盛裝潤滑油，以對小齒輪3、大齒圈4進行潤滑。套環6的外徑與減速器7內徑之間設有滑動軸承8，以使其轉動靈活。滑動軸承外測設有密封環9，既可防止潤滑油從減速器7泄漏，又可防止筒體內的渣土進入減速器7內部。

螺旋軸5驅動端（后部）采用滑動軸承8固定，取土端（前部）為浮動支撐（無支撐軸承）。取土端的外殼焊接有耐磨合金條，螺旋葉片邊緣焊有硬質合金塊，葉片受渣土摩擦的一面堆焊有硬質合金條紋，這些設計使得螺旋輸送機具有較好的耐磨性。

（2）排土裝置

該工程施工的地層為砂石，地下水位較高，該土壓平衡盾構機需在砂石層中掘進。為了防止砂石及地下水從螺旋輸送機的排土口10噴涌，該螺旋輸送機排土口10后部特別設置了2道由液壓缸11控制的防噴涌排土閘門，以便控制排土量。排土閘門安裝有行程傳感器，可根據掘進速度和掘進土倉壓力的大小，在主控室內有效控制閘門的開啟度，隨時調節排土量，并通過“土塞效應”，以控制掘進土倉內的土壓，實現土壓平衡。

在涌水較多的地層施工時，先將第1道閘門12關閉，將第Ⅱ道閘門13開啟，將渣土存放在出土口處，然后將第Ⅱ道閘門13關閉，第1道閘門12開啟，把渣土排放出來。閘門的交替啟閉，能得到良好的止水效果。

（3）維修及應急裝置

在螺旋輸送機前、中、后位置各開有維修觀察窗14，以便工作人員對螺旋輸送機進行維修和排除障礙物。

排土閘門的液壓系統中設置有蓄能應急裝置，在突然斷電、液壓泵站突然停止工作時，可以啟動蓄能裝置關閉排土閘門。

螺旋輸送機的筒體上設置有三個添加劑入孔，必要時可使用添加劑改良渣土，提高排土效率。

2.減速器進泥緊急處理

（1）故障現象

該土壓平衡式盾構機參與了西安某地鐵工程，當施工至左線隧道區間段的第127環時，隨機維保人員在日常維保中發現，螺旋輸送機減速器呼吸口有油泥冒出，立即停機進行檢查。打開呼吸器，發現減速器里面充滿油泥。打開減速器下方放油口，已無潤滑油流出，減速器下方也充滿了油泥，而且減速器發熱。

分析認為，由于減速器內的齒輪高速運轉，減速器體內形成較大壓力，減速器體中螺旋軸套環與減速器體密封損壞，造成雜物進入減速器，導致打開其呼吸口時，有油泥冒出。

（2）緊急處理辦法

由于施工工期緊張，且螺旋輸送機洞內維修可能造成砂石泥漿的噴涌，我們根據驅動裝置損壞程度，在掘進施工的不同階段采取了以下措施。

換油檢查 我們采取以下3項措施：一是每班觀察減速器體進泥情況和齒輪磨損情況，將減速器體內油泥排出，注入柴油清洗齒輪及減速器內部，完成清理后重新添加齒輪油。二是提取液壓油箱內的液壓油進行油品檢測，監測進入減速器的渣土，是否通過低速大扭矩馬達輸出軸進入馬達，進而對盾構機整個液壓系統造成損壞，以保證盾構機液壓系統安全。

減壓 盾構機掘進作業時，將減速器呼吸口打開，避免減速器壓力過高造成漏油。操縱盾構機按正常模式進行掘進，避免渣土壓力過高，渣土擠入減速器內，造成密封圈、滑動軸承加速磨損。每環掘進完成后，螺旋輸送機艙門關閉前，將螺旋輸送機適當反轉，以使螺旋輸送機后部土壓有所降低。

更換馬達及齒輪 掘進至410環時，螺旋輸送機出現不能動作故障。發現低速大扭矩馬達輸出端的小齒輪齒面已經嚴重磨損，小齒輪與大齒圈無法嚙合，低速大扭矩馬達軸與小齒輪孔花鍵近乎磨平。

螺旋輸送機在運行時扭矩較大，其減速器內小齒輪及大齒圈轉速較高，加之潤滑不良，造成小齒輪與大齒圈齒面嚴重磨損，導致小齒輪與大齒圈之間配合間隙逐漸增大。低速大扭矩馬達啟動時有很大沖擊，使其輸出軸的花鍵被磨平。

由于且該區間地層含水率高，此時對螺旋輸送機進行全面拆檢，勢必造成更大的危險。為此我們采取以下3項措施：一是更換驅動裝置的1個低速大扭矩馬達和4個小齒輪，以維持螺旋輸送機使用。二是繼續定期提取液壓油箱內的液壓油進行油品檢測，以監控液壓系統安全。三是繼續采取清理、觀察換油的方法維持掘進。

增加卸壓清洗裝置

掘進至497環時，螺旋輸送機再次不能轉動，檢查發現螺旋輸送機減速器中一個驅動馬達軸端骨架密封被磨穿。

分析認為，隨著使用時間的推移，減速器內進渣土現象越來越嚴重，減速器內齒輪、滑動軸承磨損日益嚴重；油泥、渣土不能順暢排出，造成減速器內部壓力超過低速大扭矩馬達的骨架密封壓力，將骨架密封沖環。

針對故障的發展，我們采取了以下3項措施：一是更換已損壞的低速大扭矩馬達，保證掘進。二是在減速器上部呼吸口處安裝水管，加水清冼減速器內部，如圖2a所示。三是在減速器底部割孔，釋放減速器內部壓力，如圖2b所示。減速器內部的渣土和油泥也從此孔排出，以此方法保正盾構機掘進。

本工程區間總長1183.40米，共789環，通過采取緊急處理措施，順利完成了本區間的盾構施工。

（3）原因分析

該工程完成后，我們將螺旋輸送機解體，檢查后發現此次螺旋輸送機驅減速器損害主要有以下2個原因：

一是設計不合理。減速器設計為螺旋軸采取驅動端同定，另一端浮動的支撐形式。此種設計形式猶如螺旋軸處于懸臂狀態，工作中螺旋軸滑動軸承及密封環受很大的徑向力，且受力為點接觸，造成滑動軸承及密封環早期磨損。

二是使用不合理。在螺旋輸送機出土時，若螺旋輸送機后部土倉壓力較大，螺旋輸送機使用大扭矩旋轉，導致螺旋輸送機內渣土壓力大于減速器內部壓力，將減速器密封損壞。

（作者地址：陜西西安新城區西閘口3號中鐵七局集團西鐵工程公司710000）