淺談隧道內盾構機螺旋輸送機拆裝及修復

丁枲詔 郭 鋒

（1.中鐵隧道股份有限公司，廣州 510000；2.濟南重工隧道建設裝備有限公司，濟南 250109）

盾構機作為盾構法施工的主要設備，在施工過程中扮演著非常重要的角色。隧道工程能否圓滿完成其安全質量的施工任務，關鍵要看盾構機的各項技術性能是否適應其工程地質條件和施工環境，而螺旋軸是螺旋機極其重要的組成部分，當盾構機螺旋軸在施工過程中出現磨損嚴重、斷裂的情況時，修復和更換十分困難。因此，在施工過程中，人們必須高度重視螺旋軸的材質選型、制作過程、焊接質量和施工操作方法。

1 螺旋輸送機主要功能

螺旋輸送機主要由液壓驅動馬達、套筒、伸縮滑套、螺旋軸、排土閘門等部件組成。其安裝于前體的底部，從隔板到拖車沿中心線的上仰角為23°，螺旋輸送機內部為帶葉片螺旋軸，螺旋片分為兩段能夠在碴土中伸縮，中間部分沒有螺旋片，可以在軟土中形成土塞，防止噴涌現象。出碴口安裝滑動式閘門，用以防水[1]。

圖1 龍門架安裝

螺旋輸送機的主要功能有：用于排出土壓倉內碴土；通過調節轉速控制出土量，保持密封倉內土壓穩定；螺旋輸送機為密閉式的輸送裝置，可防止水滲漏到盾構隧道內。

2 螺旋機隧道內拆裝

2.1 螺旋輸送機拆卸前的準備

拆卸螺旋輸送機前需先完全收回螺旋輸送機螺旋軸，分離設備橋與主機。用支撐架起設備橋并固定好，設備橋和主機部分離退后13m，兩側用175H型鋼支撐固定住，管片小車從隧道內運出，保證運輸隧道暢通。

加工制作龍門架，為拆卸螺旋輸送機設計好吊點。龍門架運輸至隧道內安裝，安裝時根據圖紙要求進行位置定位，保證龍門架的垂直度，龍門架與底部墊塊焊接固定，為提高安全系數，龍門架兩側應焊接斜撐頂到管片上，如圖1所示。

2.2 拆卸步驟

2.2.1 步驟一

吊點1、2、3、4用10t和20t的手拉葫蘆進行輔助起吊。吊點1和吊點2位置用工字鋼搭建龍門架，作為2個起吊點，吊點3位置使用鉸接油缸制作作為一個吊點，吊點4位置使用米字梁作為一個吊點。如圖2所示，分別在吊點1、2、4位置掛10t手拉葫蘆，使葫蘆鏈條處于稍受力狀態，再拆除螺旋機與前盾連接螺栓。拆解連接螺栓時，應先將全部螺栓拆松1～2mm，然后在左上和右上對稱預留4～6顆螺栓，其余螺栓全部拆掉，拆解連接螺栓的過程中時刻注意觀察三個吊點的受力狀況及螺旋輸送機，并做適時做調整，避免螺旋輸送機突然擺動移位或手拉葫蘆受力過載。

圖2 吊點位置

2.2.2 步驟二

吊點位置確定好后，慢慢向外移動螺旋輸送機。將吊點4的葫蘆逐漸收緊，并同時逐漸釋放吊點1和吊點2的葫蘆，使螺旋輸送機逐漸外移且平放。平移過程中要適時使用吊點3進行收放，控制好幾個吊點同時的受力和使用情況，完成螺旋機的平放及外移工作，螺旋機向外平移。

2.2.3 步驟三

平移時可根據需要在螺旋機下部做支撐，或使用管片運輸車做支撐，輔助螺旋輸送機向外移，直至螺旋輸送機完全移出盾構主機部分。

2.3 螺旋輸送機隧道內安裝

洞內安裝與拆卸方法相仿，都需要用龍門架支撐進行螺旋輸送機的安裝。將螺旋輸送機運至主機處后，使用龍門架支撐吊點1和吊點2，以及鉸接處吊點3或盾尾處焊接可靠吊點，慢慢將螺旋輸送機逐漸平移至主機前端；在平移的過程中，利用各個吊點使螺旋輸送機逐漸傾斜，逐步對準螺旋輸送機安裝法蘭；平移傾斜過程中注意分析觀察吊點1、2、3、4的受力狀態，避免受力點過載斷裂等情況發生，保證螺旋輸送機安裝過程中安全。

2.4 吊裝螺旋輸送機時受力估算

根據吊點位置的測量結果，計算葫蘆受力狀況，估算方法如下（僅供參考）：螺旋機總重量為19390kg，總長12119.4mm[2-3]。

圖3 吊點受力計算

由圖3可知，N1+N2=G，N2×（6210+4980）=G×4980，則可以算出：N1=10716kg，N2=8629kg。N1大于10t，手拉葫蘆斷裂。同時，分力F必須有抵消分力才可以保持受力平衡，依以上計算方法，可以計算出其他吊點的不同受力狀態。

3 螺旋輸送機隧道內修復

3.1 對接準備

（1）準備工藝吊耳若干，可將其焊接至掉落段螺旋軸上，用于吊裝和調整螺旋軸角度。測量斷裂掉的螺旋軸長度并記錄。將掉落段螺旋軸調整角度，與筒體內螺旋軸初步對接，在斷口兩側分別做焊點以備后續定位使用，調整好角度后，從土倉側拍照記錄。

（2）將沿端口向掘進方向180°范圍內（現場視情況定，可適當加大范圍）的螺旋葉片從中心桿上刨除，刨除切口應盡量平整，其間應注意不傷及中心桿，并將中心桿表面打磨平整，見金屬光澤，螺旋葉片斷開處應選擇在耐磨塊的接頭位置，如圖4所示。

圖4 螺旋葉片切割

（3）坡口制備，螺旋葉片斷裂處坡口，受限于焊接位置的特殊性，制備為單邊坡口，坡口深度60mm，角度40°，筒體內葉片斷開處用砂輪機打磨平整，見金屬光澤。螺旋葉片切割處，制備雙邊對稱坡口，坡口角度70°，留2mm鈍邊。中心桿坡口，制備單邊坡口，坡口深度45mm，角度45°。

3.2 定位

（1）將20mm厚度的卡板沿中心桿焊接，焊角尺寸15mm×15mm，卡板數量至少先焊接3個，焊接位置為中心桿的上下左右位置。卡板制作中應嚴格保證與中心桿連接側的同軸度（將上半部分懸空，下半部分根據上半部分筒壁的周邊間隙，調整同軸度）。關于左右位置調整，用卷尺測量中心桿與螺旋機閘門壁的尺寸，使左右對稱。

（2）因上下位置調整不是對稱尺寸，不能通過測量進行定位，可使用鋼板尺側邊，對中心桿位置進行局部微調。

（3）通過上述步驟調整到位后，將事先焊接好的卡板與中心桿進行焊接，初步過程應采用點焊、對稱位置、多道分層的焊接方式，以避免焊接量過大或受力不均帶來的中心桿位置移動。點焊過程完成后，通過測量尺寸及鋼板尺比對的方式判斷中心桿位置是否發生位移，如位移超過2～3mm，應重新進行調整；如定位滿足要求（定位完成，可以進行試旋轉180°，重新測量中心軸的位置，若滿足要求后，進行下一步工序），將卡板與掉落段螺旋軸中心桿對稱滿焊。

（4）去除4個中心卡板，將割除掉的螺旋葉片定位至中心桿上，分別焊接螺旋葉片間、螺旋葉片與中心桿處的焊縫（焊接時，進行對稱焊接，防止熱變形）。

3.3 焊接

螺旋軸端面及坡口打磨平整，見金屬光澤，端面裂紋刨除干凈；焊條選擇直徑為4.2mm的J506低氫焊條，對斷裂面兩側的螺旋軸進行預熱，溫度為120℃，預熱范圍長度應大于120mm（根據現場情況調整）；焊接層間溫度不超過200℃；焊接后應使用保溫棉裹住焊縫進行保溫處理，保溫時間為24h（根據實際情況調整）；待冷卻至常溫后進行超聲波探傷，檢查焊接質量，記錄實際焊接深度，若無條件進行超聲波探傷，應進行磁粉探傷，檢查焊接裂紋。

4 結語

螺旋輸送機作為盾構機主要部件，運行一段時間后需要進行拆裝及修復，在隧道內修復可以節省費用，縮短工期。本文介紹了螺旋輸送機的結構組成、主要功能、隧道內拆裝過程和修復方法，為類似項目提供了相關經驗。