TBM主軸承密封滑道環(huán)洞內(nèi)免更換快速修復(fù)技術(shù)

劉宏志

摘 要：作為TBM的核心部件，主軸承對(duì)TBM工作機(jī)況起著決定性作用。主軸承價(jià)值高昂，而且更換工藝復(fù)雜，需要較長(zhǎng)周期。為改善這一狀況，在新疆吐庫(kù)二線中天山隧道施工中，對(duì)TBM主軸承創(chuàng)新性地采用了免更換快速修復(fù)技術(shù)。實(shí)踐表明，該技術(shù)可有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)TBM主軸承的修復(fù)，節(jié)省大量維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間，提高了工效。文中對(duì)TBM主軸承密封滑道環(huán)修復(fù)技術(shù)及程序做了介紹，可為類似工程的施工提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：TBM 主軸承 密封滑環(huán) 免更換 快速修復(fù)

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（a）-0026-02

TB880E型開敞式全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱TBM）1997年從德國(guó)引進(jìn)，在我國(guó)鐵路隧道建設(shè)中應(yīng)用始于西康鐵路秦嶺隧道建設(shè)。2007年10月，TBM運(yùn)抵新疆吐庫(kù)二線鐵路中天山隧道，進(jìn)行組裝調(diào)試，于12月2日開始工作。

2010年4月29日跟蹤監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)齒輪油機(jī)械雜質(zhì)和水分等理化指標(biāo)超標(biāo)，機(jī)械雜質(zhì)達(dá)到0.13%，水分大于0.2%。更換齒輪油和過濾器后，情況仍沒有得到解決；2010年5月13日再次換油后故障依然存在，技術(shù)人員對(duì)主軸承相關(guān)外部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)外圈迷宮密封出脂情況良好，而內(nèi)圈常有齒輪油從出脂口流出，后拆檢發(fā)現(xiàn)TBM主軸承有粉塵、水份通過唇形密封和防塵密封進(jìn)入主軸承和齒輪箱內(nèi)，齒輪油有從內(nèi)圈出脂口流出的現(xiàn)象。為了確保TBM能順利完成此工程，必須停機(jī)對(duì)主軸承進(jìn)行修復(fù)。在該次對(duì)TBM主軸承的修復(fù)中，創(chuàng)新性地采用了TBM主軸承密封滑道環(huán)洞內(nèi)免更換快速修復(fù)技術(shù)。實(shí)踐表明，該技術(shù)可有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)TBM主軸承的修復(fù)，節(jié)省大量維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間，提高了工效。

1 刀盤固定

1.1 準(zhǔn)備工作

（1）選擇圍巖地質(zhì)情況比較好停機(jī)。達(dá)到Ⅲ級(jí)以上圍巖類別，必須保證撐靴能夠牢固支撐起主機(jī)，刀盤周邊能夠穩(wěn)定地支撐錨固刀盤。（2）確保人員、工具、材料、配件及時(shí)到位，以保證維修質(zhì)量，縮短工期。（3）刀盤固定方案合理全面，以主軸承整修為主，穿插刀盤整修。

1.2 刀盤固定總體方案及工藝流程

刀盤的固定主要采用錨桿索固、鋼板墊塊和面板焊工字鋼固定。在刀盤面板加焊工字鋼，起抵住撐子面的作用，利用刀盤的上部的3個(gè)刮碴孔向周邊巖壁進(jìn)行鉆孔，埋設(shè)φ22錨桿，然后利用錨固好的錨桿與刀盤焊接連成一體，起到索固刀盤的作用；利用下部3個(gè)刮碴孔，在刀盤下部安設(shè)鋼板墊塊，起到支撐刀盤的作用。刀盤加固工藝流程如下。

刀盤定位→刀盤面板與撐子面位置固定→刀盤底部墊塊安設(shè)→刀盤內(nèi)搭設(shè)司鉆平臺(tái)→鉆孔→錨桿安設(shè)→錨桿與刀盤焊接固定→主機(jī)脫離臨界狀態(tài)時(shí)的姿態(tài)測(cè)量→主機(jī)后退。

1.3 質(zhì)量要求

（1）鉆孔深度必須達(dá)到2.5 m以上，以保證錨桿錨固長(zhǎng)度。（2）錨固劑塞填飽滿，錨桿錨固牢固，必須在錨桿錨固時(shí)間達(dá)到4 h以上，才可進(jìn)行主軸承的脫離。（3）錨桿與刀盤搭接焊接長(zhǎng)度不小于10 cm，雙面焊接，焊縫飽滿，焊接牢固。（4）支撐墊塊安設(shè)之前，需將巖面上的虛碴清理干凈，保證墊塊與完整的巖面接觸。（5）精確量測(cè)，以保證主軸承與刀盤重新對(duì)位安裝時(shí)，偏差不超過±1 mm。

2 刀盤與主驅(qū)動(dòng)分離及部件拆卸

在刀盤墊好，沒有完全固定以前，將刀盤與主軸承其他聯(lián)接螺栓逐個(gè)松動(dòng)再緊固一遍，消除可能存在的內(nèi)應(yīng)力，防止機(jī)體與刀盤分離時(shí)產(chǎn)生突發(fā)的位移現(xiàn)象。刀盤固定后，拆除剩下的刀盤螺栓，采用兩個(gè)50 t千斤頂裝設(shè)在刀盤后端鋼板與護(hù)盾之間，同時(shí)進(jìn)行加力使刀盤與主軸承指扣脫離。內(nèi)凱后退1.2 m，以提供更換密封所需的作業(yè)空間。后退內(nèi)凱時(shí)工班長(zhǎng)及主要值班領(lǐng)導(dǎo)必須在場(chǎng)，確保刀盤與主軸承平穩(wěn)脫離。

3 內(nèi)密封支撐環(huán)耐磨鋼帶更換

3.1 耐磨鋼帶接縫部位凹槽的加工

（1）清除支撐環(huán)表面含粉塵的潤(rùn)滑脂，用拋光機(jī)（紙砂片）把支撐環(huán)受損部位打磨光滑平整；并在支撐環(huán)凹槽兩側(cè)上標(biāo)示出F3和O2油道位置，測(cè)量并記錄油道孔的尺寸，便于下一步重新打孔定位。（2）利用汽油及洗衣粉清洗干凈支撐環(huán)表面，并保證表面無油脂等污染物。（3）在無螺栓孔和無油道部位用磁力鉆在支撐環(huán)前側(cè)面上鉆兩個(gè)5 mm、間距40 mm、深160 mm的孔，用拋光機(jī)打磨出寬5 mm，深3 mm，長(zhǎng)120 mm的凹槽，在凹槽中部打兩個(gè)φ5 mm向下的孔與側(cè)面相通；并在側(cè)面注膠孔攻M6的內(nèi)螺紋，便于安裝注膠接頭和注完膠后封堵用的堵頭。（4）對(duì)于支撐環(huán)上唇形密封磨損的凹槽，用可塑鋼修補(bǔ)劑涂沫在上面，并用鋼板尺刮平支撐環(huán)表面涂沫的可塑鋼修補(bǔ)劑，根據(jù)可塑鋼修補(bǔ)劑說明書的生效時(shí)間，生效后用手砂輪打磨平支撐環(huán)表面的可塑鋼修補(bǔ)劑。

3.2 耐磨鋼帶的切割

（1）耐磨鋼帶的準(zhǔn)備工作：加工8個(gè)專用夾具（用氧氣乙炔切割20 mm厚的鋼板，每個(gè)夾具上焊接能夾住鋼帶兩個(gè)邊的M20的螺母，配兩個(gè)M20的螺栓）。將耐磨鋼帶起始端打磨平整，起始端的邊線應(yīng)與側(cè)邊垂直，并做好記號(hào)；將耐磨鋼帶與支撐環(huán)的粘結(jié)面用拋光輪打毛（粗糙的表面粘結(jié)效果才好），清除鋼帶表面打磨所產(chǎn)生的灰塵。（2）耐磨鋼帶長(zhǎng)度的確定：將起始端由人用手沿順時(shí)針按入支撐環(huán)最頂端的凹槽內(nèi)，在離耐磨鋼帶端頭1.1 m處用兩個(gè)專用夾具墊小鋼板加膠皮壓緊；然后，將這一整條耐磨鋼帶逐步的按入支撐環(huán)凹槽，每2 m上一個(gè)專用夾具，當(dāng)耐磨鋼帶兩端重疊在一塊時(shí)，檢查耐磨鋼帶與支撐環(huán)凹槽的間隙，確保整條耐磨鋼帶壓緊在支撐環(huán)凹槽上；在兩端的搭接處用劃針劃出耐磨鋼帶的切割位置；原則是切割后鋼帶兩端應(yīng)有焊接用的2 mm接縫間隙。（3）將耐磨鋼帶需切割端的夾具松開1/3左右，并注意防護(hù)灰塵等的污染，嚴(yán)格按照長(zhǎng)度標(biāo)記用切割機(jī)將耐磨鋼帶切割，留出1 mm左右的余量進(jìn)行打磨平整，使整個(gè)耐磨鋼帶是矩形，并再次將耐磨鋼帶固定在支撐環(huán)凹槽內(nèi)，檢查兩端的間隙是否是2 mm。（4）支撐環(huán)凹槽外的表面用光滑粘膠帶粘貼，防止粘結(jié)膠溢出污染其他表面如圖1所示。

3.3 耐磨鋼帶涂粘結(jié)膠、安裝緊固

（1）安裝前清潔耐磨鋼帶和支撐環(huán)凹槽，確保兩者涂膠的粘結(jié)面無污染。（2）把1895粘結(jié)膠按1∶1的比例混合調(diào)和，用灰刀把混合后的粘結(jié)膠均勻涂抹在耐磨鋼帶打磨粗糙的粘結(jié)面上，兩端預(yù)留30 mm不涂粘結(jié)膠，以確保下一步干凈的接縫焊接操作；混合后的粘結(jié)膠盡快使用，1 h內(nèi)必須用完。（3）耐磨鋼帶的接縫位置應(yīng)在加工的兩注膠孔正中間，從接縫位置再順時(shí)針方向按入耐磨鋼帶起始端。用專用夾具夾住起始端，再將耐磨鋼帶連續(xù)地按入凹槽，協(xié)助人員朝圓周方向拉耐磨鋼帶，再將其壓入凹槽。每隔兩米用專用夾具固定耐磨鋼帶。（4）在耐磨鋼帶中心線位置，安置寬度約32 mm的打包機(jī)彈簧鋼帶；安裝打包機(jī)在接縫位置兩端，打包機(jī)彈簧鋼帶下放置橡膠棒或者兩塊膠皮，確認(rèn)打包機(jī)拉緊后再松開專用夾具，如打包機(jī)鋼帶拉緊力不夠，則可增加吊帶和倒鏈，使耐磨鋼帶能拉緊。（5）用橡膠錘從起始端逐步的敲擊一遍耐磨鋼帶，使耐磨鋼帶與的支撐環(huán)凹槽表面貼緊在一塊，視耐磨鋼帶松緊情況增加專用夾具或拉緊打包機(jī)或倒鏈。

3.4 接縫焊接

（1）耐磨鋼帶夾緊之后，用氬弧焊機(jī)和CastoWIG4554焊條，將耐磨鋼帶兩端的2 mm接縫進(jìn)行焊接，先將耐磨鋼帶兩側(cè)焊接70 mm，再拆掉打包機(jī)的彈簧鋼帶（或吊帶、倒鏈專用夾具），然后將整個(gè)焊縫焊滿。（2）由于焊縫高于耐磨鋼帶，需對(duì)焊縫進(jìn)行仔細(xì)的打磨，最后一道打磨工序應(yīng)為油石和研磨膏來打磨，使焊縫與耐磨鋼帶一樣平，耐磨鋼帶焊縫光潔度較高。（3）焊縫冷卻后，將與高壓黃油槍相配的接頭擰入M6的孔，將新混合的膠合劑與金屬切屑混合，加入高壓黃油槍中，通過注膠孔注入耐磨鋼帶接縫部位，注滿后用堵頭把兩個(gè)口堵住并使起不突出支撐環(huán)前側(cè)面。（4）膠變硬后（約24 h），去除其它表面保護(hù)用的粘膠帶和粘結(jié)膠殘留物。（5）根據(jù)原來F3和O2油道孔的標(biāo)識(shí)，在鋼帶與支撐環(huán)對(duì)應(yīng)的位置用磁力鉆打出F3和O2油道孔，耐磨鋼帶上的孔徑應(yīng)與油道孔尺寸一致，油道再泵出少量的油脂，排出打孔產(chǎn)生的鐵屑，清潔各工作面。

4 內(nèi)圈迷宮壓板整修、密封更換與安裝

（1）取出內(nèi)圈密封的內(nèi)側(cè)迷宮壓板固定螺栓M16×35-8.8斷在蓋板里面的部分，如螺栓孔狀況不好，則在蓋板上重新鉆孔，擴(kuò)成M18×45-8.8螺栓用的螺絲孔。并根據(jù)損壞情況在原螺栓之間增加固定螺栓，將內(nèi)圈迷宮壓板進(jìn)行校平，將迷宮壓板磨損較多的部位進(jìn)行二保焊堆焊并打磨，將其固定內(nèi)六角的臺(tái)階孔整修好。（2）把蓋板安裝到位，在安裝過程中防止對(duì)密封損壞。（3）將狀況較好的內(nèi)外圈唇形密封從洞外倒進(jìn)來，依次安裝內(nèi)、外圈密封組件，在安裝好每道密封后，在其唇口內(nèi)涂滿油脂；唇形密封在裝以前在密封安裝縫隙處涂抹適量潤(rùn)滑脂，以保證密封順利安裝。（4）利用專用工具依次安裝好迷宮壓板。（5）安裝防塵密封。根據(jù)擋邊的磨損及修復(fù)情況確認(rèn)密封的大?。é?3 mm或φ14 mm的O型密封條），利用膠水把密封與密封槽粘接在一起，防止密封移位，并在密封面上涂抹潤(rùn)滑脂。

5 聯(lián)結(jié)刀盤

（1）在主軸承蓋板與連接法蘭面的間隙部位塞石棉線、Ο型圈、泡沫板，以減少間隙。（2）拆除作業(yè)平臺(tái)，清潔結(jié)合面衛(wèi)生。（3）把定位銷安裝到位，推進(jìn)主驅(qū)動(dòng)，結(jié)合刀盤與主軸承迷宮，結(jié)合過程中注意對(duì)正人工標(biāo)記。（4）利用倒鏈調(diào)整聯(lián)接渣筒與主軸承對(duì)接，緊固渣筒與主軸承聯(lián)接螺栓。（5）利用螺栓拉伸器十字方向安裝刀盤的聯(lián)接螺栓，對(duì)稱預(yù)緊后最終緊固到位，每個(gè)方向4顆，其余依次安裝。（6）恢復(fù)原油脂潤(rùn)滑系統(tǒng)。（7）拆除刀盤固定裝置，恢復(fù)掘進(jìn)狀態(tài)。

6 結(jié)語

經(jīng)過維修的主軸承系統(tǒng)，經(jīng)試運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好。通過新疆吐庫(kù)二線中天山隧道TBM主軸承密封滑道環(huán)洞內(nèi)免更換快速修復(fù)技術(shù)的實(shí)踐表明，該技術(shù)可有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)TBM主軸承的修復(fù)，節(jié)省大量維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間，提高了工效。由此產(chǎn)生的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益不可估量。對(duì)縮短長(zhǎng)大隧道施工工期，降低工程成本有著重大的意義。

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