摘要：结合项目的施工实例，介绍隧道内螺旋输送机驱动装置故障的拆解维修过程、注意事项及驱动方式的选择建议，对类似故障处理提供参考。
关键词：盾构机；螺旋输送机；驱动装置；焊接
1、螺旋输送机功能：
螺旋输送机是土压平衡盾构机的排土装置，主要功能是将刀盘切削下的渣土从土仓内传递到皮带机上，渣土在螺旋输送机筒体由内向外排出的过程中形成密封土塞，渣土压力由前之后依次递减，可保持土仓内压力稳定在一定范围内。通过对转速的调节控制出土量，调节土仓压力。螺旋输送机主要由筒体、驱动装置、带叶片的螺旋轴、出渣闸门组成。螺旋输送机筒体通过法兰倾斜固定在前盾底部，筒体上设置有多个观察口，必要时可打开观察口对螺旋输送机叶片进行检查、也可清理筒体内堵塞的渣石。
2、地层及故障介绍：
天南区间通过的断面基本在粉土、细砂、中粗砂层中，卵砾石层约占隧道50%。地下水埋深46.1-46.7米，盾构机埋深范围13.5-16.1米，盾构机掘进地层处于无水砂层。
项目使用铁建重工ZTE6250盾构机施工，在天南区间掘进223环过程中，螺旋输送机转速降低，扭矩增大，打开螺旋输送机观察口发现有泥砂堵塞，再次启动螺旋输送机已无法转动，驱动马达异响。根据所处地层与掘进里程分析，排除大直径混凝土渣石等卡螺旋输送机叶片现象。经拆除螺旋输送机驱动马达及减速箱发现其驱动齿轮箱已被泥砂堵塞，判断进泥砂原因为螺旋输送机驱动装置唇形密封失效。需要拆解螺旋输送机驱动装置驱动箱、检查旋转机构、更换唇形密封。
3、螺旋输送机构造：
螺旋输送机长12.18米，重18.9T（图1），螺旋轴的叶片末端焊接在回转套筒内壁上，马达通过回转套驱动螺旋输送机转动，驱动马达安装于出闸口前2.5米、距后端节末端4.2米，属于有轴式中部周边驱动，在旋转装置的上下两侧各装配三道唇形密封。隧道管片内径为5400mm，螺旋输送机在盾体内的安装角度为倾斜23°，后端节末端最高处距离隧道顶部约70cm。因空间限制，螺旋输送机的此种构造无法在隧道内进行拆解驱动装置更换密封。
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图1：螺旋输送机图纸
4、维修方案：
通常解决办法为将螺旋输送机整体拔出维修，此种方案需将设备桥至盾体的所有管线拆除、台车整体后移13米、拆除管片拼装机V型梁、利用管片平板车制作两台移动式吊装起升门架做临时吊装点拆卸螺旋输送机。此种方案工作量大，花费人工多、时间长，整体拆拔螺旋输送机安全风险高，且盾构机停机位置所处地层不适于长时间停机，故需考虑其他可行性方案。
盾构机停机所处地层为无水砂层，且螺旋输送机已通过检查口检查，其前半部已被渣土堵塞、起到对螺旋轴前段的浮动支撑效果，同时又起到止水密封效果。螺旋输送机的驱动装置下端距离后端节末端4米，伸缩油缸行程1米，采用在旋输送机的驱动装置下端将螺旋轴切断，把螺旋输送机后半段吊出的方案进行维修。
5、前期工作：
5.1、将管片拼装机前移至最前端；5.2、移除螺旋输送机后半段下方管路；5.3、拆除驱动装置的周边驱动马达与减速箱；5.4、断开皮带、拆除螺旋输送机下方皮带机机头；5.5、拆除一号台车防撞梁及管片吊起升横梁；
6、螺旋输送机拆除步骤：
6.1将螺旋输送机伸缩油缸伸出70cm，后端节顶部距离隧道顶部余30cm空间、尾部距设备桥顶部横梁约35cm。在后端节及驱动装置的两侧焊接四个吊耳，在这四个吊耳的上方选择合适管片螺栓孔安装四个吊耳，螺栓孔位置不能在同一块管片上、尽量保证四个吊耳上下垂直。在后端节位置安装5T手拉葫芦两个、在驱动装置位置安装10T手拉葫芦两个；6.2、关闭前闸门，拆除驱动装置前部法兰面螺栓；6.3、缓慢收回螺旋输送机伸缩油缸，使伸缩套筒与驱动装置分离，螺旋轴及叶片漏出（图2）。伸缩油缸完全收回时螺旋轴可漏出60cm，此空间足够进行螺旋轴和叶片的切割与焊接工作；6.4、将后端节两侧用#30工字钢焊接在设备桥横梁上用做固定；6.5、在后端节末端、驱动装置的中部及两侧分别做出3个定位点，并在设备桥上对应定位点的垂直、水平方向焊钢筋与定位点接触（图3）。此措施给螺旋输送机后半段切割与安装时做出定位，使拆装前后所处位置不变。
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图2：螺旋轴及叶片
在螺旋轴与伸缩套筒内壁上间隔一定角度焊接20mm厚钢板，对螺旋轴进行定固定，目的是在切割之后前半段的螺旋轴在筒体内位置不变，确保螺旋叶片与筒壁内径间隙一致；6.6、切割螺旋输送机叶片与螺旋轴，使螺旋输送机在伸缩套筒与驱动装置之间断开，用安装好的手拉葫芦把螺旋输送机的后半段吊放到管片车上运输至井口。螺旋输送机的后半段重约12T，四个手拉葫芦的吊点基本呈垂直状态，承重约30T，完全能承受其重量；6.7、在地面拆解后端节时对螺旋叶片与驱动箱体做出定位，确保安装时角度不变，便于井下焊接时叶片的对正。对驱动装置齿轮箱进行拆解、清理，更换耐磨衬套、回转支撑、唇形密封；6.8、清理切割点附近的渣土，对螺旋轴及叶片切割点进行处理，将螺旋轴及叶片刨成45°坡口并打磨，为焊接做准备；
7、螺旋输送机安装步骤：
7.1用安装的手拉葫芦提升修复好的螺旋输送机后半段，按照切割前的定位点对其位置进行调整，其定位点与切割前焊接的钢筋接触，此时螺旋输送机后端节、驱动装置的高度与水平位置即与切割前一致，此时螺旋轴与叶片均可对正（图4）；7.2、用#506药芯焊丝对螺旋轴及叶片进行堆焊，在焊接处用20mm厚钢板做四道加强筋板，并对螺旋轴及叶片上増焊耐磨网；7.3、焊接完成后，对焊缝进行磁粉及超声波检测，检测等级Ⅱ级，确保焊接质量；7.4、割除螺旋轴与伸缩套筒内壁上焊接的固定钢板并将内壁打磨处理。7.5、伸出螺旋输送机伸缩油缸，安装驱动装置前部法兰面螺栓；7.6、对螺旋输送机筒壁内泥砂进行清理，连接管线、安装螺旋输送机驱动，测试螺旋输送机伸缩及旋转功能，使螺旋输送机恢复正常。
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图3：后端节顶部定位点
8、隧道内作业安全措施：
8.1、在施工前对所有作业人员进行技术交底，对维修方案的各个步骤进行了解；8.2、在螺旋输送机前部注入聚氨酯进行密封止水；8.3、在停机过程中，确保盾尾油脂的注入量，保证盾尾密封；8.4、安排测量人员在地面对停机位置定时监测；8.5、螺旋输送机的螺旋轴气割与焊接作业前，将螺旋输送机周围杂物清理，安排专人监察作业点，在设备桥的两侧增加灭火器，两侧的管线上包裹防火棉。在一号台车上加装小型通风机，保证作业面空气流通。
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图4：螺旋轴与叶片对正
9、驱动形式对比：
中部周边驱动的螺旋输送机成本低，此种设计存在的缺陷是回转体及唇形密封在隧道内磨损后无法在隧道内解体驱动端进行修复，只适用于粉土、淤泥质软土及短距离施工的工程。采用中心驱动方式的螺旋输送机（以项目另外一个区间使用的海瑞克盾构机为例），由一个液压马达带动一个行星减速机，行星减速机上连接一个球型关节轴承，螺旋轴与关节轴承连接，该关节轴承可保证整个驱动部分的轴线与螺旋轴轴线一致，避免螺旋输送机因重力原因对驱动产生额外扭矩，此种驱动形式的螺旋输送机造价高，性能好，对驱动起到保护作用，适用于砂层等磨损恶劣地质及长距离掘进工程。为避免维修风险，在盾构机选配时建议不要选择中部周边驱动形式的螺旋输送机。
结语：
盾构施工中，隧道空间受限，螺旋输送机作为盾构机的主要部件出现故障后必须停机，维修困难，消耗时间长。在施工过程中应加强对螺旋输送机的检查与保养，避免大型故障发生。螺旋输送机维修时，合理选择维修方案、做好应急措施，以降低安全风险、减少停机时间。
参考文献：
1、蔡骏，陈馈。盾构螺旋输送机隧道内拆解与维修（J）建筑机械化，2009，,30（5）：68-70.
2、李普庆，卓兴建。土压平衡盾构机螺旋输送机驱动装置，（J）建筑机械化，2012.
3、李旭辉。盾构机螺旋输送机结构及其减速器故障紧急处理方法（J）工程机械与维修，2015（3）104-105.
论文作者:张红雨
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/29
标签：螺旋输送机论文; 螺旋论文; 盾构论文; 叶片论文; 装置论文; 管片论文; 隧道论文; 《基层建设》2020年第2期论文;