王明亮，郭建明，宋俊嶺，劉強，梁肖然
（河北冀科工程項目管理有限公司)
摘 要：為解決全斷面砂層 ZTE6250 土壓盾構螺旋輸送機應急處理及改造問題，文章以石家莊市軌道交通 1 號線二期工程福澤站至東上澤站區間盾構施工為依托，結合土壓盾構機在全斷面砂層施工特點，對采用中驅周邊驅動的螺旋輸送機減速機故障原因進行了分析，并總結了應急處理措施及改造方法，以期為類似盾構機在相似工程施工提供參考。
隨著我國經濟的不斷發展，大量基礎設施建設應運而生。基建過程中有大量隧道需要建設，盾構機因具有受環境限制小、高功效、自動化程度高等優點在隧道施工過程中得到了廣泛應用。其中，土壓平衡盾構機因其獨特的優勢，成為工程項目中應用的重點。
螺旋輸送機作為土壓平衡盾構機中關鍵的核心組成部分，具有技術復雜、價值高等特點；其性能的好壞直接影響盾構機掘進施工的安全性及作業效率，在掘進施工中維持掌子面穩定、控制地表沉降方面有不可替代的作用。深入研究螺旋輸送機的工作原理及合理的設計方案，對我國基礎設施建設具有重要意義。
1 工程概況
石家莊市軌道交通 1 號線二期工程是地鐵 1 號線北延部分，工程起于洨河大道站，止于正定新區北端東洋站，沿秦嶺大街和新城大道敷設，線路全長約 13.246km。福澤站～東上澤站盾構區間下穿老舊城區東上澤村，區間房屋較為密集， 多為 1 ～ 2 層房屋，房屋為磚混結構，基礎較淺。隧道所處地層主要為粉細砂、中粗砂，采用的盾構機為中國鐵建重工集團有限公司首批生產的 ZTE6250 土壓平衡盾構機。
2 螺旋輸送機概況
該項目盾構螺旋輸送機采用中驅周邊驅動的軸式螺旋輸送方式出渣，螺旋軸中部固定，兩端浮動支撐；驅動軸前后兩側各設 3 道唇形密封保護軸承，通過前后各 6 個孔注入 3 道密封油脂（EP2），盾構螺旋輸送機驅動原理圖如圖 1 所示。在筒體上設有 3 個檢修門，必要時可以打開檢修門清理被卡在螺旋葉片間的碴土。螺旋機筒體上布置有 2 個注入口，以便盾構在砂層中掘進時，可通過這些孔注入膨潤土或泡沫改善碴土的流塑性，減小摩擦阻力，降低螺旋輸送機阻力和磨損。螺旋輸送機參數詳如表 1 所示。
3 螺旋輸送機故障及原因分析
3.1 螺旋輸送機故障
盾構機在掘進至 305 環時，盾構維保人員發現減速機內部有異響，而且機體發熱，進而形成螺旋機運轉不暢的現象。打開檢查孔，發現螺旋機內部有油泥，判斷是因為減速機密封失效，隨后停機。打開螺旋輸送機減速機齒輪油箱，發現密封已嚴重磨損，有泥沙流入減速機內部，造成減速機運轉不暢，且減速機齒輪有損壞。
3.2 螺旋輸送機故障原因分析
通過對盾構機下井前的維修保養情況、螺旋輸送機工作原理、螺旋輸送機故障的實際情況、對螺旋輸送機相關部位的檢查及相關施工經驗進行分析，得出可能造成螺旋輸送機減速機故障的四個原因。
（1）螺旋輸送機組裝不到位。盾構下井前，盾構機隨機維保人員對螺旋輸送機進行了拆卸維保；由于螺旋輸送機技術復雜、專業性強，隨機維保人員在組裝過程中可能存在些許偏差。
（2）螺旋輸送機為中驅周邊驅動模式。驅動軸葉片末端焊接在回轉體上，減速機通過帶動回轉體驅動螺旋軸，回轉體與筒體之間通過唇形密封圈密封；唇形密封圈在筒體的外周，摩擦長度大，在螺旋輸送機長期運轉過程中，容易造成過度磨損。
（3）螺桿變形。在上個區間隧道掘進過程中，螺桿出現過斷裂事故，在該區間盾構下井前對螺桿進行的重新焊接， 有可能出現螺桿中心不直，變形現象。回轉體實際運轉過程中不能使螺旋軸處于懸臂狀態，造成唇形密封與腔體間隙變大，使齒輪油從唇形密封間隙流失，泥沙流入減速機腔體內。
（4）密封油脂（EP2）注入量不足。此區間采用的螺旋輸送機驅動設備前后密封腔共 12 個油脂注入孔，通過多點泵根據設計壓力均勻注入進行密封。在盾構掘進過程中，螺旋機內部的水土壓力值大于設計值，致使泥沙、水進行減速機內部，并對唇形密封造成了不可逆轉?磨損，進而形成了減速機內部與筒體間的通道。
4 螺旋輸送機應急處理
該區間上方房屋較為密集，且螺旋機故障所在處正上方為民居房，盾構機不能在此處長時間停機，出土和保持土壓穩定又是螺旋輸送機的核心功能，需要進行應急處理。由于地面情況復雜，在施工的不同階段采取了不用的措施。
4.1 渣土改良
根據全斷面砂層地質工況，選擇更優的泡沫劑，改善渣土的流塑性。使其不僅方便土體開挖、兼具潤滑效果，更能改善螺旋輸送機內部土壓力的作用，平衡唇形密封內外壓差。
4.2 減速機維修
對減速機內部全方位清理、清洗，更換齒輪油、更換減 速機備用齒輪，并在掘進過程中根據實際情況不斷進行清洗、 齒輪油更換。
4.3 增加密封油脂注入量
減速機與筒體內部已有滲漏通道，為了加強密封性，進 一步調高密封油脂（EP2）注入壓力，加強其密封性，防止泥沙再次流入減速機內部。在實際掘進過程中，由于密封滲漏通道的存在，密封油脂注入壓力的增強，使減速機艙體內部也充滿了密封油脂，在此種情況下仍出現了泥沙的滲入現象，影響減速機運轉。
4.4 密封油脂類型
盾構掘進至 320 環時，減速機與筒體內部滲漏通道有所增大，齒輪油的更換頻率已影響到正常掘進。根據盾構廠家技術人員建議，將 3 道密封油脂（EP2）中外側兩道更換為HBW 密封油脂，同時布置 HBW 密封油脂管路與適配器。通過此種應急處理，盾構機掘進至 336 環，脫離了地面民房區域。
5 螺旋輸送機改造
由以上應急措施可以看出，在隧道內未進行唇形密封更換。因為螺旋輸送機中部驅動結構有一重大缺陷，周邊驅動相關部件損壞后無法在隧道內解體修復。在隧道施工過程中， 螺旋輸送機在長期運轉下，周邊驅動模式極易出現過度磨損現象。為了從根本上提高螺旋輸送機的適應性，滿足盾構施工實際需求，減少并便于維保工作，對螺旋輸送機及皮帶輸送機進行以下改造。
（1）中驅改為后驅，由周邊驅動模式改為中心軸帶動整個螺旋軸回轉模式。此種改造后驅動軸直接與螺旋軸采用軸銷連接，驅動或密封出現故障后可直接在隧道內拆卸、更換，便于維修保養；且相對于原結構，減少了回轉周長，增加了實際使用壽命。
（2）出土口由原驅動上部出土改為驅動下部出土，降低泥沙流入密封內部概率；將單閘門改為雙閘門，提高在富水地層的適應性。
（3）皮帶輸送機相應的向前延伸，適應出土口位置改造。
6 結束語
文章對 ZTE6250 土壓平衡盾構機螺旋輸送機應急處理及改造的描述，基本形成了一種類似盾構螺旋輸送機應急及改造方法。在中國盾構機技術飛速發展，推陳出新的當下，通過對舊設備的適應性改造，能實現其價值化，并減少成本， 提高企業經濟效益和節約社會資源。
（來源：中天重工）
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