淺談盾構機被水泡后應急處置技術措施及相關修復方法

楚現柱

（中國電建集團鐵路建設有限公司，北京100080）

盾構法施工在國內地鐵建設中已廣泛應用，由于地鐵施工水文地質條件、外部環境復雜，突發狀況較多，時有發生盾構機水淹事故，由于盾構機操作系統繁瑣，精密電氣元件種類繁多、價格昂貴、數量大、涉及領域廣、制造周期長，所以在泡水事故發生后采取科學合理的應急處置措施，制定切實有效的修復方案，實現盾構機快速修復，降低經濟損失，減少工期影響，是值得研究和摸索的方向。

1 盾構機泡水后的總體修復思路

1.1 及時抽排隧道內積水，減少盾構機泡水時間，采取烘干措施，降低相關電氣元件的損耗；同時加裝臨時的氣體保壓系統、膨潤土保壓系統、盾尾油脂系統和黃油潤滑系統，保證現場盾構機停機時隧道掌子面和洞內隧道的安全性；

1.2 對盾構機的刀盤系統、主驅動系統、盾體主機系統、螺旋機系統、拼裝機系統內的機械、電氣、液壓部件進行現場維修，主驅動馬達和減速機、超挖刀泵系統等需要拆卸后送至專業廠家進行檢修；

1.3 對橋架和6 節拖車后配套返回工廠維修，關鍵性的部件如泵站、高壓系統、導向系統、空氣保壓系統等需要拆卸送至專業廠家進行檢修；

1.4 對現場無法拆卸的關鍵性部件，如主驅動、推進油缸、鉸接油缸、拼裝機回轉支撐等，為保證后續的使用壽命，在盾構設備出洞后送至專業廠家維修。

2 盾構機浸泡水的應急處置措施

2.1 地鐵隧道內積水抽排及盾構機元器件烘干措施

根據隧道內的積水量，合理配備抽水泵數量，完成抽水時間應控制在24h 內，盡量減少盾構機泡水時間，防止積水通過呼吸閥進入液壓油管路，造成液壓系統和主驅動系統進泥沙。事故發生后現場采用在電瓶車的管片小車上焊接臨時工裝，懸掛污水泵進行抽排水作業，同時利用隧道內循環水管將積水排至隧道外，如若循環水管不能滿足抽排水要求，可在走道板上敷設排水管路。若隧道過長，水管壓力較大，建議采用透明PVC鋼絲管，防止爆管，影響抽水效率。

圖1 空氣保壓系統原理圖

當盾構體及后配套露出水面后，安排人員及時對盾構機外表面泥沙進行清理，并將電機配線盒及配電柜打開，采用氧氣吹掃和干抹布擦拭等措施對相關電氣元件進行清理，同時加強隧道內通風，并做好隧道內有毒要害氣體檢測，當相關氣體含量超標時立即停止作業。電氣元件清理完畢后，立即采用碘鎢燈、電熱器、抽風機等設備進行烘干處理，降低電氣元件因泡水受潮、腐蝕造成損壞，減少盾構機修復工作量和經濟損失。

2.2 盾構機停機安全保障措施

由于泡水盾構機處于停機狀態，為保證盾構機掌子面的穩定，增加一套臨時的氣體保壓系統和一套膨潤土加壓系統；增加盾尾油脂注入系統，保證盾體主機和隧道的安全性；為保障盾構機主驅動主軸承和拼裝機軸承的正常使用，增設臨時的黃油潤滑系統。

盾構機橋架和后配套拖車需返廠維修，盾體主機的空間有限，為保證盾體主機的減速機、馬達等設備的拆卸和運輸空間，要求維修廠家將一節臺車進行改造，臺車左側放置膨潤土系統和盾尾油脂系統的設備，臺車右側放置空氣保壓系統的設備，既保證設備有存放的空間，也保留了電瓶車運輸設備的中間通道。

（1）氣體保壓系統

針對本盾構機現場需要恢復保壓功能，需設置37KW 空壓機兩臺（一用一備），儲氣罐一件（配安全閥），其余按照原系統配置。

（2）膨潤土加壓系統

采用獨立的膨潤土加壓系統，使用PLC 及變頻器控制膨潤土泵，保證隧道掌子面維持恒定的壓力，同時增加了方便控制的觸摸屏。在保壓系統控制方式上，可分為自動與手動模式。為保證系統運行正常，程序內設置斷線檢測、低液位檢測、管路壓力流量監控、電機運行狀態檢測并配備聲光報警作為警示。

圖2 膨潤土加壓系統原理圖

（3）盾尾油脂注入系統、黃油潤滑系統

利用氣動油脂泵，對盾尾刷和鉸接密封外側注入油脂。氣動油脂泵出口管路連接到盾構機H 梁處管路，現場更換盾尾油脂氣動換向閥，換向閥閥線與壓力傳感器閥線更換新件。油脂注入系統電氣系統增加一個盾尾油脂控制箱，采用西門子S7-200SMART 系列PLC 和MCGS 觸摸屏對盾尾油脂注入系統實現自動控制（與盾構機推進時控制方式相同）與手動控制，觸摸屏可以設置盾尾油脂注入壓力。鉸接密封處盾尾油脂的注入，向盾尾P3 處注入油脂，將P3 處的堵頭拆下，注意拆卸時防止泥沙涌出，依次注入盾尾油脂。

利用多點泵對主驅動密封進行黃油潤滑，將驅動密封內的殘留的泥沙盡快排出。將多點泵13 路并聯到一起，接到主驅動黃油分配閥上，多點泵的供油量為38ml/min，向主驅動打油1 小時，約注入2L 黃油即可（注入油脂時檢查分配閥出口油脂是否正常打出），可滿足對驅動密封的完全潤滑與養護；對主驅動內密封采用手動黃油泵注入油脂，注入量為每個點15-20ml。

3 盾構機維修技術措施

首先對盾體主機及管路線纜表面進行清潔養護。專業維修廠家對盾構機設備、器件，在保證盾構機安全性的前提下可修復的盡量修復，損壞或對盾構后續掘進有較大安全隱患的必須進行更換。

3.1 主機系統維修措施

（1）主驅動系統

主驅動齒輪箱內有泥沙進入，殘留的泥沙隨著齒輪油的流動會對主軸承的滾柱、保持架、滾道、主軸承大齒圈、主驅動小齒輪、以及小齒輪兩端的軸承等都會帶來損傷，影響主驅動的使用壽命。首先采取齒輪油進行沖洗齒輪箱和黃油擠壓主驅動密封進行清理；其次安裝臨時工裝將主驅動馬達、減速機拆除后送專業廠家進行檢修，同時加裝8 塊臨時封板防止雜物進入；然后主驅動齒輪箱采用齒輪油泵循環沖洗，用內窺鏡進行檢查，合格后注滿齒輪油進行養護；最后將主驅動齒輪箱呼吸器、齒輪油過濾器等進行更換。

（2）拼裝機系統維修

拼裝機提升紅藍油缸，行走油缸、微調油缸被水浸泡，需要進行專業的檢修；拼裝機回轉支撐內部水和泥沙先通過打黃油將泥沙排出。

回轉部分檢查托輪、軸向支撐輪，如有損壞則修復或更換；回轉驅動裝置檢查回轉制動器的零部件如摩擦片、彈簧、密封件等是否完好，否則須更換，恢復保養后的回轉制動器須用管片實物進行制動能力試驗。

檢測安裝平移部分的移導軌和提升部分的紅、藍缸的磨損、銹蝕情況，嚴重的要進行維修或重新制作，安裝后分別進行空載和負載試車，保證平移動作平滑不卡滯；同時將密封件及防塵圈等予以全部更換。

（3）推進和交接系統維修

推進油缸和鉸接油缸被水浸泡，需要進行專業的檢修。先對推進閥組和鉸接閥組表面的泥沙進行清潔，需要對閥組和線圈、閥線等進行檢查；對活塞桿伸出部分的泥污進行清理后涂抹潤滑脂，對推進和鉸接油缸行程傳感器通電測試，損壞件則更換外置傳感器，同時采購內置傳感器作為備件，出洞后更換。

（4）螺旋輸送機維修

將螺旋機驅動馬達和減速機拆卸后進行檢修，檢查筒體內壁磨損情況，根據具體情況修復或更換；更換殼體法蘭連接處的密封圈，檢查疏通注水口及注水球閥；對排渣門行程傳感器進行檢測和標定，視情況決定是否更換；驅動裝置更換齒輪箱齒輪油，檢查齒輪是否存在點蝕、裂紋等破壞現象，根據具體情況維修或更換。

3.2 后配套臺車

本工程中后配套臺車中電氣設備較多，隧道內作業空間有限，維修效率不高，通過焊接牛腿、鋪設軌道，采用電瓶車拖運至盾構井處，吊裝運至維修廠內，進行系統的檢測和維修。

（1）油脂系統維修

本系統包括盾尾密封注脂系統、主驅動密封注脂系統、油脂潤滑系統。維修前要先對設備進行完整性檢查，先對注脂泵站、分配閥控制閥、注脂管路、傳感器進行拆解、清理、更換損壞配件；清洗或更換多點泵泵芯，對油脂泵和氣動馬達密封維修包進行檢查，更換油脂泵壓盤密封；清理所有分配器和控制閥的外表，疏通保養系統中的分配器，接油脂泵進行功能試驗，動作靈活，功能齊全、可靠。

（2）同步注漿系統維修

系統包括尾盾注漿管、注漿控制閥組、注漿泵、注漿箱、注漿液壓系統、注漿管。人工進行盾尾注漿管速通，對注漿控制閥組拆解、清洗，通氣、電試驗，保證動作靈活，密封性能可靠；將注漿泵拆解，清理泵內殘留漿，著重檢查活塞，桶壁及漿液抽送球頭磨損情況，更換損壞配件，重新裝配，接液壓站通電打水試驗，保證動作靈活，功能齊全、可靠；對所有注漿壓力傳感器進行測試，并標定其精度；注漿液壓系統通過目測與儀器測量，進行壓力參數測定和流量參數測定，應滿足泵設計參數和設定參數要求，否則整體報廢，更換新泵。

（3）油樣檢測

對刀盤驅動減速箱、主軸承箱、螺旋輸送機減速箱、主油箱、拼裝機油箱、同步注漿動力箱等部位進行油樣采集。主要對油樣的粘度、水份、清潔度、PH 值等四項主要指標進行檢測，這四個指標任一指標不合格均需更換新油。

（4）電氣系統維修

電氣系統分為高壓供電系統、低壓配電系統、PLC 控制系統、計算機數據采集系統、機械液壓系統控制系統。電氣系統一旦出現故障，就會導致盾構機整機不能工作，因此對泡水的電氣元件的處理應嚴格按照規定要求進行檢測和修復，從而確保盾構機電氣系統可以安全、正常的運轉和使用。

盾構設備包含的電氣元件數量和種類眾多，需要全部拆卸，為避免混亂及方便后續安裝，拆除元器件時必須做好標識工作包括元器件標識、線號標識等。電氣元件清洗作業安排專人負責，須按方案要求的作業方法、作業流程進行作業，避免對電氣元件造成二次損害。元器件清洗完成后，統一放入烘烤室內進行烘干。

①高壓變壓器柜修復。打開柜門、高壓變壓器、銅排、冷卻風扇、溫控儀進行清潔工作，宜采用吸塵器、抹布、無水乙醇，忌用空壓機除塵和回絲擦抹，以免回絲落入高壓變壓器線圈內；用酒精將電纜接頭擦拭干凈，并進行烘烤，直到接頭內干燥無水為止；邀請具有相應資質的檢測單位對高壓配電柜進行檢測，如若不能滿足使用要求，立即進行更換，避免影響后期整機調試。

②低壓電器系統修復。主配電柜、電容補償柜、操作室內部電氣元件、空壓機電控系統（操作面板和內部元器件），人倉刀盤控制箱、油脂控制箱、管片吊機控制箱、螺旋機控制箱、水管卷盤控制箱、皮帶機控制箱、污水泵控制箱、注漿控制箱、二次注漿控制箱內部，所有傳感器、低壓電纜線接頭清理烘干檢測，受損無法使用的進行更換。

③電機修復。整機41 個電機拆卸后運至地面，進行拆解，將電機內積水排出，定子和轉子分開，用酒精將定子和轉子上的污漬、灰塵清理干凈，再初步檢測線圈有無破損、短路情況，有損壞的立即委外維修。之后放入烘箱內進行烘干。烘烤完畢后，用搖表進行檢測，相間及對地阻值要達到500MΩ 以上為合格，烘烤檢測完畢的電機要及時進行裝配，避免潮氣再次浸入。

④土倉壓力傳感器的維修。拆卸所有的土壓力傳感器，做好標記，并連同安裝螺栓清理防銹處理；拆卸過程中應注意保護傳感器的防水密封圈，檢查傳感器電氣元件腔體內的密封狀況；進行土壓力傳感器的性能測試，測試后的土壓力傳感器如超出檢測標準值，則應進行校驗調整，調整后的傳感器如還不能達到檢測標準的應禁止再次使用；安裝土壓力傳感器應注意傳感器的端頭密封，并將傳感器周身和安裝螺栓涂適量的黃油或者防銹油脂以便日后維護便于拆卸。

⑤電磁閥線圈插頭，壓力傳感器插頭，溫度傳感器插頭的拆卸檢查，主要檢查連接端子有無松動，氧化腐蝕情況，如果氧化腐蝕嚴重時，應更換新的連接端子，清潔連接端子的污垢，完成后用電氣密封膠或硅膠密封處理，防止水分進入插頭內部，連接端子再次氧化腐蝕，并緊固安裝螺絲。

4 結論

本臺盾構機整機被水淹后，由于采取合理的應急措施措施，24 小時內完成積水抽排工作，及時進行了清理和烘干，有效減少了元器件的受損程度。采用一系列切實可行的修復工藝，僅45 天時間就完成盾構機修復工作，期間地面沉降和盾構機姿態均在規范要求范圍內。本文中對搶險應急處置措施、盾構修復技術方法和新工藝的探索與實踐，不但在修復期間形成了強有力的修理能力，同時縮短了修復工期，大大降低了修復成本，而且在后續施工中，盾構設備的功能和性能得以連續的發揮，為最終隧道的貫通，提供了可靠的設備保障。通過本次盾構機泡水后搶險、修復工作的總結為今后類似問題的處理有一定借鑒參考意義。