淺談盾構洞內更換螺旋機工藝技術

王峰民，曾 沖

（中交天和機械設備制造有限公司，江蘇 常熟 215557）

隨著盾構法施工在工程中普遍應用，盾構所面對的工況也越來越復雜，地質條件和施工復雜環境導致盾構螺旋機突發性的損壞，修復和更換十分困難?？焖儆行У剡M行修復與更換，對于工藝技術、工裝設計合理性、便捷性具有重大意義。

螺旋機主要由驅動馬達、殼體、螺旋軸及葉片等部件組成。主要作用是將土倉內的渣土排出，通過螺旋機轉速控制出土量，調節倉內渣土的壓力值，使土倉內壓力與掘進面的土壓力保持動態平衡，進而避免對地層的擾動。螺旋機前端閘門與排土閘門均可防止水滲漏到盾構隧道內。

1 螺旋機情況介紹

螺旋機總長約15m，總重約42t，驅動部6t，螺旋葉片12.4t，螺旋機殼體重約23.6t。螺旋機軸斷裂處位于距前端1 400mm 處，軸和葉片均完全分離。掌子面為中風化花崗巖、土狀強風化花崗巖。

2 修復準備工作

1）盾尾、中盾、主機皮帶清理干凈，抽排水設置布置到位，保證盾尾無積泥積水，為避免長時間停機時地下水從盾尾密封滲入隧道，加強盾尾油脂的注入，如果發生滲水，采用注漿或者聚氨酯注漿來封閉盾尾。

2）備好更換螺旋機所需的材料、機具、工裝等物資。在螺旋機更換作業區域搭設臨時作業平臺，保證人員作業和通行貫通、腳下平整，防滑措施到位，拆除過程中搭設的支架、平臺護欄要安全、可靠，必要的時候加強防護措施。

3）對將要拆解的管線做好標識；拆解下的螺栓等要保存完好。門架工裝和吊耳焊接時要嚴格控制焊接質量，必要時進行探傷。減少施工期間地下水影響，對掌子面加固穩定和進行降水措施，并確認前端閘門、出口閘門的閉合情況，保證停機期間和作業時的安全。

3 工裝設計

采用拼裝機托梁為支撐，下部使用工裝墊實，為避免托梁受力帶來的影響，現場配割修整將間隙控制在2mm 以內。如圖1 所示，主體結構采用300H 鋼進行制作，經過計算完全滿足螺旋機吊裝所需強度。采用型材制作有效提高了制作速度。

圖1 工裝示意圖

4 螺旋機修復工藝

螺旋機修復流程如圖2 所示。

圖2 螺旋機修復流程圖

1）拆除防撞梁、喂片機、皮帶機和管線。將喂片機拆除后延長軌道，可將材料及工具直接運輸至拼裝機底部。斷開部件的管線拆除時做好標識，避免恢復時接入錯誤，同時提高管線連接效率（圖3、圖4）。

圖3 拆除喂片機、皮帶機示意圖

圖4 拆除喂片機實拍圖

2）搭設支撐門架工裝、安裝對應位置下方支撐。使用300×300H 鋼支撐在拼裝機托梁下方安裝，上方搭設支撐門架。連接橋下方焊接300×300H 鋼支撐，下方支撐采用弧形板工裝固定。連接橋支撐下方墊實固定。門架頂部采用弧形制作，整體為可拆卸設計（圖5）。

圖5 工裝安裝實拍圖

3）拆除拼裝機和連接橋橫檔。螺旋機拔出過程中拼裝機托梁橫檔、連接橋前段橫檔干涉，需拆除。根據需要安裝臨時支撐，防止開檔受力變形（圖6）。

圖6 連接橋橫檔拆除示意圖

4）為方便螺旋拔出，在圖7 所示位置處設置吊點，均采用以軸線為中心，左右對稱布置雙吊點形式。連接橋處吊點采用橫梁放置在頂部形式。

圖7 吊點示意圖

5）通過前后側觀察窗將葉片與殼體焊接型鋼進行固定，防止拔出過程中發生滑動。螺旋機驅動部重約6t，利用管片螺栓設置吊點，拆除驅動部后下放至底部。運輸至地面并做好保護。

6）螺旋機后側殼體確認葉片與殼體連接裝置焊接牢固后，分別在筒體前中后處連接對應吊點，將螺旋機殼體和軸緩慢移動拔出。固定式門型架主要承擔螺旋機倒運、降落任務。螺旋機后三節殼體&軸總重約34.5t（除去斷裂部分），吊點使用20t、10t 手拉葫蘆進行拔出、倒運、降落。通過模擬，剩余部分可直接拔出、降落。通過平板車運輸至地面，如圖8、圖9 所示。在螺旋機拔出過程中，注意吊點倒運時要相互約束好螺旋機運動方向。過程中可根據現場工況進行輔助吊點焊接，使用手拉葫蘆進行輔助工作。螺旋機拔出及平移過程中，應在螺旋機水平方向設置手拉葫蘆進行約束，防止螺旋機在拆除過程中的擺動和竄動。對于連接橋橫梁采用H 鋼進行加焊補強。

圖8 拆除螺旋機驅動部示意圖

圖9 螺旋機拆除示意圖

5 拔出過程校核

在拔出過程中，為方便螺旋機吊點轉換，在筒體兩側設置吊耳。螺旋機重約36t，拆除驅動部后重心在中心位置附近。螺旋機剛向外拔時各吊點手拉葫蘆水平夾角最小，此時受力最大（圖10）。三處吊點受力分別為F1、F2、F3。按照最惡劣的工況，以前側吊點和后側吊點為支點進行計算：取F2=30t，得F1=6.3t，F3=2.2t。吊點1 吊裝能力2×10t＞6.3t，吊點2 吊裝能力2×20t＞30t，吊點3吊裝能力2×10t＞2.2t。吊裝能力滿足要求。

圖10 螺旋機受力示意圖

6 更換螺旋機軸

更換前將螺旋機殼體放置地面，用方木墊起。組裝前在螺旋機殼體接縫處涂抹潤滑油。組裝前確保螺旋機密封到位。螺旋機部件吊裝時非吊裝人員禁止靠近。殼體B 油脂注入部位中應封入油脂（AP1，約0.5L）。

螺旋機殼體支撐穩固，螺旋機軸組裝前先進行清理，清理完成后用吊機從兩端吊起，吊至與殼體軸線水平，緩慢平移，將從動端從殼體C 處塞入，塞入一小部分后，用葫蘆將螺旋機軸主動端掛在殼體上，從側邊手動拉葫蘆，緩慢將軸拉入殼體，同時將靠近殼體的吊具緩慢往后移，以保證安全（圖11）。

圖11 螺旋機換軸示意圖

調整螺旋軸角度與驅動部進行試裝，試裝完成后做好標記，露出六角頭，將軸與筒體焊接固定，再拆除驅動部，便于井下驅動部順利安裝。

螺旋機運回主機內，通過各吊點平穩安裝到前筒體安裝位置。連接前將法蘭面清洗干凈，安裝O 型圈，將法蘭對接安裝，螺栓緊固扭矩達到圖紙要求。

7 結語

本文利用新的工裝設計完成了洞內盾構螺旋機的更換，驗證了此工藝技術方法可行性，全程無須斷開連接橋，無需將全部臺車后退，減少了現場工作量，縮短了工期。相對于將連接橋斷開、臺車后退的更換螺旋機方法，可節省約33%的工期，在材料重量相同的前提下，工裝面積強度增加1.8 倍，施工安全得到更大的保證。O