关键词：盾构机 检修通道 维修 方案
一、盾构机故障情况
某地铁区间右线已贯通，左线盾构机掘进至第575环时出现机械故障停机，刀盘扭矩突然增大，盾体内出现剧烈震动和异响，推进速度减为零，无法正常掘进，现场采取停机检查措施，并联系盾构机生产厂家，双方共同检查发现盾构机存在以下故障：盾构机旋转接头位置偏离；刀盘扭矩异常；内环密封移位；启动刀盘，盾体内震动剧烈，伴随异响；主轴承齿轮运转正常但刀盘转速为零。
综合以上分析盾构机故障为刀盘旋转环和主驱动轴承连接螺栓断裂，导致刀盘无法运转，需要停机维修。
二、维修总体方案
经研究确定，由已完工右线区间向左线开挖导洞，施工至左线盾构机刀盘前方约3m处开挖正洞，在正洞内由盾构机生产厂家专业维修人员将刀盘前移，更换刀盘旋转螺栓并检查维修其他机械故障。随后进行盾构机调试及推进、导洞回填及洞门恢复。导洞开挖采用台阶法，正洞开挖采用小导洞法，均只进行初期支护，无二次衬砌，总体施工步骤如下：土仓保压，注入粉煤灰，提高土仓压力；由右线开洞门，向左线台阶法开挖导洞；用台阶法开挖正洞，同时对刀盘临时固定；扶正刀盘并焊接门架和滑轨；刀盘和旋转环整体前移；取丝并更换断裂螺栓；清理和检查主驱动内部，更换损坏件；刀盘整体后移、安装；盾构机调试、导洞回填及洞门恢复。
三、检修通道施工方案
检修通道由导洞及主洞构成，导洞断面形式为矩形、顶部设拱，由单层初支构成，无二次衬砌，初支厚度为25cm，内部净宽1.8m，内部净高为8.68m，长度为17.09m，由右线洞门位置开挖至左线盾构机线路中心线外侧横向4.89m。正洞断面形式为圆形、双层初支，外层初支结构厚度为35cm，内层初支结构厚度为30cm，内层初支形成的净空半径为3440mm，盾构机半径为3140mm，四周预留300mm安全距离，纵向长度为从盾构机刀盘前方沿盾构机推进方向3m。
1.检修通道施工时首先要架设检修通道管片临时支架。导洞进洞3m及洞门两侧各4m范围内采用深孔注浆方式利用管片手孔及钻机钻孔对土体进行加固，以保证开洞门过程中土体的稳定，同时防止地下水沿管片背面流到洞门。
2.在达到加固效果后，切割管片，扩大开挖断面，开挖顺序从右线往左线单向开挖，根据地层的情况，采用上下短台阶法施工，开挖过程中及时支护和施做临时仰拱。当上台阶位于砂层时，应对上台阶掌子面进行前小导管注浆加固，然后开挖上台阶土体，预留核心土，架设上台阶格栅钢架，施做土钉并喷射混凝土，最后进行土钉注浆。因受限于导洞尺寸，无法施做深孔注浆，同时考虑到导洞初支的支护效果及地层土质情况，不对导洞对应正洞部分远离盾构机一侧的边墙外侧进行深孔注浆。
3.正洞施工时采用水泥-水玻璃进行深孔注浆加固，加固范围为盾构机轮廓外2.45m。开挖时采用小导洞法进行开挖，每个小导洞整体开挖，不分台阶，开挖过程中及时支护并封闭成环。每个小导洞开挖时，每步进尺0.5m，同格栅间距，水平中隔壁上部小导洞预留核心土，核心土两侧预留格栅及中隔壁安装、喷锚施工的工作空间，施工时首先架设外层初支格栅钢架并挂网喷射35cm厚C25混凝土，然后施做竖向中隔壁并喷射30cm厚C25混凝土，随后挖除核心土，施做水平中隔壁并喷射30cm厚C25混凝土，使小导洞外层初支及时封闭成环，然后架设内层初支格栅钢架并挂网喷射30cm厚C25混凝土。上一小导洞施工完毕后进行下一小导洞施工，正洞上部的小导洞进行外层格栅钢架架设时需打设锁脚锚杆，外层初支混凝土喷射完成后进行土钉注浆。
4.在初期支护全部封闭成环后进行背后注浆，导洞对应正洞部分远离盾构机一侧的边墙采用钢格栅，钢格栅外侧对应盾构机掌子面的区域内加设一层玻璃纤维筋网并喷射10cm厚C15早强混凝土，作为后续盾构机推进时破除导洞钢格栅后的土体临时支撑措施。
四、盾构机维修方案
1.盾构机刀盘临时固定
由于刀盘与主驱动装置间没有联接关系，处于浮动状态，为了避免人工开挖隔板舱及掌子面时，刀盘出现倾斜或旋转等动作，采用焊接6块联接板的方式，临时固定刀盘与前盾的位置，保证隔板舱及土仓内的作业安全。
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2.施做预埋件
二次初支过程中，按照《刀盘平移方案》中尺寸预埋钢板，单个钢板尺寸为30x500x500，拼接焊，钢板底部设钩爪，与初支内部钢筋网骨架勾连。二次初支过程中，预埋工字钢140两条，要求工字钢轨面与刀盘本体一致，工字钢径向位置参考始发盾体轨道角度。
3.焊接辅助门架
将主机向前推进1m左右，使得盾壳进入加固的洞室，有效保证盾体内的施工操作，根据现场刀盘的实际位置，确定辅助门架的具体尺寸，确保滑轨穿过刀盘且不与两侧辐条、刀具等干涉，焊接辅助门架，将门架与预埋钢板焊牢，将滑轨与盾体和门架焊接。
4.刀盘垂直调正
在刀盘及前盾下方焊接钢板，用于刀盘调正辅助支撑，并在下方放置千斤顶，同时在刀盘及前盾上半焊接吊耳，并用手拉葫芦拉紧；拆除刀盘临时固定板，将刀盘及刀盘毂整体与前盾固定处分离，通过手拉葫芦及千斤顶等工具将刀盘调正。
在刀盘内部辐条间焊接HW300型钢横梁，要求横梁在两条滑轨上方，两面平齐贴紧，并在滑轨两侧焊好挡块，避免刀盘平移时左右窜动。
5.刀盘及刀盘毂整体前移
放出主驱动中润滑油。在门架与刀盘上安装手拉葫芦、刀盘后方滑轨上焊接辅助筋板（用于安装千斤顶），通过手拉葫芦及不断调整千斤顶位置使刀盘沿滑轨向前平移，平移过程中需重复焊接辅助筋板，筋板拆下后需将焊接处打磨平整，防止刀盘复装时造成干涉，将刀盘和刀盘毂整体向前平移1.5米，为取出折断螺栓留出空间，同时检查刀盘毂密封是否有破损及变形严重的区域，若有则需更换密封。
6.主轴承断头螺柱取出
用磁力钻及φ8高强度合金钻头在螺栓断面钻3-5mm深预孔，采用磁力吸头吸出铁屑；用磁力钻及φ16高强度合金钻头在预孔上继续扩钻，深度为18-20mm，扩钻过程注意勤喷钻头冷却液，勤排铁屑，防止合金钻头尖部因高温损坏；用磁力吸头配合手电筒，吸净孔内铁屑，用抹布擦净孔内侧及周围的污渍；如螺柱折断处在M42螺纹孔内，则采用进口M42丝锥对裸露在外的螺纹进行过扣处理，以防螺柱无法旋出；将断头螺栓取出器逆时针旋入φ16光孔内，采用活扳手配合加长扳手，缓慢将断头螺栓取出；采用活扳手及管钳子将取出器与断头螺栓拆开，螺柱取出后，将所有M42螺纹孔进行过扣处理；用磁力吸头吸出铁屑并用清洗剂彻底清理螺纹内的污渍，用抹布擦干净，用风吹干。
7.刀盘毂清理与复装
清理刀盘毂及主轴承各孔，将其与主轴承接触表面沟痕打磨光滑、无棱角，在主轴承上圆周方向对称选取2处M42螺纹孔，装配M42刀盘毂导向杆。刀盘毂和刀盘整体退回之前，在与刀盘毂导向杆对应位置取出两根刀盘毂中折断螺栓，若无法在刀盘毂背面取出，允许在刀盘法兰面气焊掏孔，通过此孔取出螺栓。利用手拉葫芦及千斤顶辅助，将刀盘毂和刀盘整体退回，使刀盘毂沿导向杆装配至主驱动内，此时至少将刀盘毂装入一半。
拆开刀盘与刀盘毂：在前盾隔板适当位置焊接吊耳，用手拉葫芦、布带绳兜住刀盘毂，拆除刀盘上螺栓保护板，拆卸M42螺钉。将刀盘推出适当距离，留出足够空间便于单独装配刀盘毂。
装配刀盘毂：刀盘毂与主轴承装配时，检查结合面处，均匀涂满胶水，理论用量10ml/m2，不可涂抹到内圈结合面上，涂抹前需用合适的清洁溶剂去除表面的油或油脂。装配O型密封条和双头螺柱M42-330，双头螺柱按十字分两次交叉预紧，第一次预紧力达502KN，第二次预紧力达837KN，并做好标记，在胶固化之前完成双头螺柱的拧紧。
8.刀盘复装
在刀盘毂上圆周方向选取2处M42螺纹孔，装配M42刀盘导向杆，然后安装O型密封条。利用手拉葫芦及千斤顶辅助，使刀盘沿导轨向后平移，接近导向杆时通过旋转主驱动对正孔位，继续复装至与刀盘毂表面贴合，装配M42螺钉，需十字交叉预紧，预紧过程分两次进行，第一次拧紧力矩达3000Nm，第二次拧紧力矩达5012Nm，并做标记，安装拆卸下的螺栓保护板等其他附属零部件。
维修完成后进行盾构机调试、通道回填、盾构机推进及洞门恢复施工。
参考文献：
1.刘宏志.TBM主轴承密封滑道环洞内免更换快速修复技术.科技创新导报，2016年34期
2.?余定进.略谈浅埋暗挖地下通道施工质量控制要点.城市建设理论研究，2013年3期
论文作者:郑理
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年1期
论文发表时间:2020/3/25
标签：盾构论文; 螺栓论文; 格栅论文; 滑轨论文; 主轴论文; 千斤顶论文; 管片论文; 《工程管理前沿》2020年1期论文;