盾構再制造研究與實施

喬治

（中鐵一局集團有限公司，陜西 西安 710054）

1 盾構再制造的研究背景及重要性

1.1 適應國家產業政策的要求

2010 年5 月，國家11 個部委聯合下發了《關于推進再制造產業發展的意見》，將再制造產業作為國家新的經濟增長點予以培育，并且在“十三五”規劃期間，將再制造列為國家重點發展產業。國家一系列政策表明：推動再制造產業發展，建設資源節約型社會，發展循環經濟，已成為中國可持續發展的基本國策。

1.2 綜合利用資源，保護生態環境的需要

一般情況下，盾構機的設計壽命是掘進總里程10km（10年），但設備的液壓部件和其他總成部件的壽命周期均大于產品總體壽命，再制造過程實現了廢舊產品的回收利用，最大程度地保護生態環境，滿足了對設備較高的產品功能需要，并且使盾構再制造具有客觀的經濟效益。

1.3 企業自身生存與發展戰略的需要

目前，企業達到10km 設計使用壽命的盾構機以每年至少5 臺的數量在增加，如何處理這些設備，成為影響企業總體發展的重要問題。盾構再制造無疑是眾多解決方式中經濟效益和社會效益雙贏的最佳選擇，其充分利用現有資金、技術和資源等優勢，依靠技術進步，發揮企業的規模經濟效益，為企業的發展壯大注入新的活力，使企業立于市場競爭的有利地位而得以長足生存和發展。

2 盾構再制造行業現狀

目前，國內盾構再制造產業還是處于規劃發展期，盾構設備廠家主要以新機制造銷售為主，從技術和市場的發展前景來看，盾構制造的市場已基本飽和，技術也在日趨向國產化發展，但對于盾構的再制造，尚無一家企業作為規模化來發展，現有生產廠家的規模決定他們把目光大多放在眼前利潤上，對盾構再制造領域的研究甚少，沒有形成統一的再制造標準。

3 海瑞克S235 盾構機再制造實施

3.1 實施再制造盾構機介紹

海瑞克S-235 盾構機是中鐵一局集團于2003 年6 月購置的一臺復合式土壓平衡盾構機，實施再制造前已在華南地區7 個項目累計掘進合計11334m，已達到設計使用壽命，掘進地層主要以粉質黏土、微風化巖、中風化巖為主，設備故障率增多，難以滿足后續安全掘進施工的要求。

3.2 盾構再制造總體方案

再制造方案明確對刀盤、主軸承及主驅動密封、環件等核心件進行更換；對減速機、液壓泵、馬達、閥組、推進油缸等液壓件返廠再制造或新制；對螺旋后閘門進行雙閘門改造、皮帶系統（變頻/皮帶機角度改造）、泡沫系統(單管單泵/刀盤中心區沖洗改造)、膨潤土系統（新增盾殼膨潤土）、潤滑系統（新增多點泵）等更換新件并進行優化升級；對電控系統內部電氣元件成套更換新件；對電機、變壓器及雙軌梁等電氣設備返廠再制造或成套更換；對喂片機、皮帶機、通風設備等鋼結構新制。

3.3 盾構再制造創新實施做法

3.3.1 刀盤制新

針對華南地區的地質特點，新制造一個復合式刀盤，刀盤結構型式為面板+輻條式，開挖直徑為6280mm，開口率40%，重量約56t，破巖能力230MPa 以上，能滿足高強度復合地層掘進。優化刀盤刀具布置，刀具軌跡、刀具配置、刀盤強度等方面較原機配置刀盤都得到了優化及提升（圖1、2）。

圖1 刀盤再制造前

圖2 刀盤再制造后

3.3.2 主驅動再制造

對主軸承進行拆解勘驗，根據勘驗測量結果，確定更換主軸承總成、主軸承內外密封、內密封滑環；傳動齒探傷檢查；潤滑油道清洗檢查；齒輪箱清洗檢查；8 臺行星減速機返回專業廠家進行再制造。

3.3.3 推進、鉸接系統再制造

根據整機再造方案對整機推進油缸30 根、鉸接油缸14根全部進行解體、拆解檢測，更換全套油缸密封，對所有油缸活塞桿及缸筒拋丸退鍍、修磨后重新鍍鉻，恢復至再制造標準，推進液壓閥組拆解流量標定。

圖3 主驅動再制造前

圖4 主驅動再制造后

3.3.4 拼裝機再制造

對拼裝機進行解體勘驗，拼裝機行走輪更換新件，驅動鋼結構校正，抓舉油缸關節軸承更換新件，回轉支承購置新件，紅藍油缸鍍鉻修復，液壓鎖更換新件。

3.3.5 螺旋輸送機再制造

螺旋葉片按照原機螺旋幾何尺寸，對磨損的葉片進行幾何尺寸、耐磨性修復，修復完成后進行探傷及驗收；螺旋閘門進行再制造升級，由單開閘門改造為雙開閘門；螺旋球面回轉支撐、驅動減速機解體檢測，對異常的軸承齒輪進行修復、恢復至使用標準。

3.3.6 注漿系統再制造

漿罐端頭升級改造，主動端、被動端增加一臺EG-2 型電動潤滑泵，將漿罐端頭改造為自動潤滑。

3.3.7 液壓系統再制造

對液壓系統泵、馬達、閥組全部拆解返廠至專業廠家進行維修檢測，整機液壓系統管路、濾芯全部更換。液壓油箱內部清洗并進行氣密性檢測，檢測合格后加注新的液壓油。

3.3.8 油脂潤滑系統再制造

對盾構機原機配置的三臺氣動油脂泵進行更換，采購三臺固瑞克氣動油脂泵，通過12 個雙作用氣動球閥向盾尾刷密封腔加注充足的盾尾油脂，再制造后油脂泵整體性能優于原機出廠標準。

另外，將原主驅動泵送式分散潤滑改造為集中式多點潤滑，擴大了供脂范圍，滿足了盾構機主軸承、螺旋回轉支承、螺旋球軸承及中心回轉共計21 個潤滑點多點潤滑的需要。電氣系統增加中間繼電器、交流接觸器，操作室面板上增加啟停按鈕，并對PLC 程序進行修改，實現遠程控制。

3.3.9 渣土改良系統再制造

對泡沫系統進行單管單泵改造，將原來的1 臺泡沫泵供給4 路泡沫改造為4 臺泡沫泵單獨供給4 路泡沫，并增加了電控系統及模塊程序，方便操作室遠程控制，提高了渣土改良效果。增加刀盤中心區自動沖洗功能，在刀盤中心區域開孔，增加氣動沖洗裝置，外接循環水，當刀盤結泥餅或渣土較干時可進行沖刷。

為了減小盾體摩擦，增強盾體外殼與地層間的潤滑，在盾體外圍開孔增加1 臺7.5kW 的擠壓泵，用于盾殼膨潤土的注入，改造中布置球閥、單向閥、流量計、壓力傳感器、氣動球閥等部件，并增加電控系統實現遠程控制。

3.3.10 循環水系統再制造

此次再制造中，對冷卻循環系統各部分元件進行拆解、勘驗更換升級改造，新采購一臺液壓油板式散熱器，在原有基礎上增大散熱面積為液壓油箱散熱；采購一臺釬焊式散熱器為齒輪油散熱，提高了循環水系統的散熱效果。

3.3.11 皮帶輸送系統再制造

再制造重新對皮帶機系統優化升級改造，原皮帶電機的定頻電機，升級改造為37KW 變頻電機，實現0 ～3m/s 無級調速，當渣土車滿編組列車前移時，可在不停止皮帶的情況下將電位計旋鈕旋轉至零位，再次啟動節約時間，提高掘進工效。另外，為了降低輸送帶在使用中的爬坡力，將原13.5°皮帶角度改進為9.7°，降低了角度，更加有利于出渣。

3.3.12 入倉系統再制造

入倉是為常壓隧道到帶壓土倉過渡提供的場所，此次再制造中，對入倉儀表、氣動單元、密封、管路、流量計及記錄儀等進行全部更換，對入倉安全閥委托專業機構標定，最大工作壓力為3bar,再制造完成后對入倉進行氣密性檢測。

3.3.13 雙軌梁系統再制造

將原機配置的兩臺3.2T STAHL 吊機，更換為兩臺4T 法蘭泰克吊機，負載起吊能力較原盾構機配置的吊機有很大的提升。行走電機、減速機更換為德馬格最新式減速機，行走方式為膠輪驅動，進一步提高了吊機的吊運能力。

3.3.14 電氣系統再制造

盾構機電氣系統主要由高壓供電、低壓供配電、PLC 控制系統、主控制室與人機界面、通訊與圖像監控系統、地面與遠程監控系統組成。此次再制造中，根據盾構機再制造方案對整機電氣控制系統進行優化，改造為中鐵裝備最新分布式I/O 控制，整機電氣元件進行檢測更換損壞配件，電機委托專業廠家維修檢測。對盾構機整機17 臺電機全部進行拆解，拆解后返廠至專業廠家進行檢測再制造。

3.3.15 鋼結構再制造

對盾構機盾體、臺車鋼結構進行勘驗檢測測量，對變形、銹蝕嚴重的鋼結構全部在現場加工新件進行更換，盾體鋼結構變形部位通過熱工校正工藝進行校正后，恢復至盾構再制造使用標準。對整機鋼結構進行防腐噴涂，噴涂嚴格按照涂裝通用技術標準執行。

圖5 再制造后盾構機

4 盾構再制造后使用情況

4.1 海瑞克S235 盾構機再制造完成后，投入廣州市軌道交通8 號線北延1 標使用。項目包括華林寺～陳家祠盾構區間及4 個盾構洞門和1 座聯絡通道（不含廢水泵房）土建施工，其中區間左線隧道長度832.355m，右線隧道長度830.893m，海瑞克S235 盾構機掘進右線隧道。

4.2 工程地質情況

【華林寺～陳家祠站區間】線路平面最小曲線半徑為450m，最大坡度20‰，隧道頂部覆土18 ～24m，區間隧道地層以粉細砂層、泥質粉砂巖全風化帶、泥質粉砂巖強風化帶為主，最大強度60MPa。

4.3 盾構機使用情況描述

盾構機再制造完成后，2018 年11 月14 日始發，2019年4 月30 日貫通，共計掘進830.893 米，平均掘進速度151.07 米/月。掘進過程中設備機況良好，未出現重大故障，能夠完全滿足華南地區復合地層掘進安全、可靠的要求。

圖6 盾構區間工程概況示意圖

5 盾構再制造經濟效益分析

海瑞克S235 盾構機再制造共計花費費用1496 萬元，預計再制造后可再掘進6 公里。目前，購置一臺同類型號的新制盾構機，約需要4300 萬元，按照10 公里設計壽命攤銷，購置新機掘進6 公里約需要投資2580 萬元，在同等條件下盾構再制造可為企業節省投資1084 萬元。

6 盾構再制造工作開展存在的問題

（1）技術研發投入不足、人才短缺。盾構再制造工作存在研發投入不足,核心技術壁壘無法突破，人才短缺等問題，企業自主創新能力較弱，先進的設計理念和高科技成果難以有效轉化。

（2）實施再制造的質量控制體系尚未建立。由于再制造尚屬新興產業，缺乏相應的行業標準，企業在舊件檢測、再制造修復等關鍵環節沒有建立完善的質量控制體系，掣肘了行業的發展。

（3）舊件再制造率低。目前，國內大部分盾構再制造企業主要還是采用換件法和尺寸修理法進行再制造，大量磨損的關鍵零部件無法自主修復，導致再制造產品的舊件再利用率低。