王峰民，曾 沖
（中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司，江蘇 常熟 215557）
隨著盾構(gòu)法施工在工程中普遍應(yīng)用，盾構(gòu)所面對(duì)的工況也越來越復(fù)雜，地質(zhì)條件和施工復(fù)雜環(huán)境導(dǎo)致盾構(gòu)螺旋機(jī)突發(fā)性的損壞，修復(fù)和更換十分困難。快速有效地進(jìn)行修復(fù)與更換，對(duì)于工藝技術(shù)、工裝設(shè)計(jì)合理性、便捷性具有重大意義。
螺旋機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、殼體、螺旋軸及葉片等部件組成。主要作用是將土倉內(nèi)的渣土排出，通過螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速控制出土量，調(diào)節(jié)倉內(nèi)渣土的壓力值，使土倉內(nèi)壓力與掘進(jìn)面的土壓力保持動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)而避免對(duì)地層的擾動(dòng)。螺旋機(jī)前端閘門與排土閘門均可防止水滲漏到盾構(gòu)隧道內(nèi)。
螺旋機(jī)總長約15m，總重約42t，驅(qū)動(dòng)部6t，螺旋葉片12.4t，螺旋機(jī)殼體重約23.6t。螺旋機(jī)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(fēng)化花崗巖、土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。
1）盾尾、中盾、主機(jī)皮帶清理干凈，抽排水設(shè)置布置到位，保證盾尾無積泥積水，為避免長時(shí)間停機(jī)時(shí)地下水從盾尾密封滲入隧道，加強(qiáng)盾尾油脂的注入，如果發(fā)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(jī)所需的材料、機(jī)具、工裝等物資。在螺旋機(jī)更換作業(yè)區(qū)域搭設(shè)臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)，保證人員作業(yè)和通行貫通、腳下平整，防滑措施到位，拆除過程中搭設(shè)的支架、平臺(tái)護(hù)欄要安全、可靠，必要的時(shí)候加強(qiáng)防護(hù)措施。
3）對(duì)將要拆解的管線做好標(biāo)識(shí)；
拆解下的螺栓等要保存完好。門架工裝和吊耳焊接時(shí)要嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，必要時(shí)進(jìn)行探傷。減少施工期間地下水影響，對(duì)掌子面加固穩(wěn)定和進(jìn)行降水措施，并確認(rèn)前端閘門、出口閘門的閉合情況，保證停機(jī)期間和作業(yè)時(shí)的安全。
采用拼裝機(jī)托梁為支撐，下部使用工裝墊實(shí)，為避免托梁受力帶來的影響，現(xiàn)場配割修整將間隙控制在2mm 以內(nèi)。如圖1 所示，主體結(jié)構(gòu)采用300H 鋼進(jìn)行制作，經(jīng)過計(jì)算完全滿足螺旋機(jī)吊裝所需強(qiáng)度。采用型材制作有效提高了制作速度。
圖1 工裝示意圖
螺旋機(jī)修復(fù)流程如圖2 所示。
圖2 螺旋機(jī)修復(fù)流程圖
1）拆除防撞梁、喂片機(jī)、皮帶機(jī)和管線。將喂片機(jī)拆除后延長軌道，可將材料及工具直接運(yùn)輸至拼裝機(jī)底部。斷開部件的管線拆除時(shí)做好標(biāo)識(shí)，避免恢復(fù)時(shí)接入錯(cuò)誤，同時(shí)提高管線連接效率（圖3、圖4）。
圖3 拆除喂片機(jī)、皮帶機(jī)示意圖
圖4 拆除喂片機(jī)實(shí)拍圖
2）搭設(shè)支撐門架工裝、安裝對(duì)應(yīng)位置下方支撐。使用300×300H 鋼支撐在拼裝機(jī)托梁下方安裝，上方搭設(shè)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(shí)固定。門架頂部采用弧形制作，整體為可拆卸設(shè)計(jì)（圖5）。
圖5 工裝安裝實(shí)拍圖
3）拆除拼裝機(jī)和連接橋橫檔。螺旋機(jī)拔出過程中拼裝機(jī)托梁橫檔、連接橋前段橫檔干涉，需拆除。根據(jù)需要安裝臨時(shí)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(shè)置吊點(diǎn)，均采用以軸線為中心，左右對(duì)稱布置雙吊點(diǎn)形式。連接橋處吊點(diǎn)采用橫梁放置在頂部形式。
圖7 吊點(diǎn)示意圖
5）通過前后側(cè)觀察窗將葉片與殼體焊接型鋼進(jìn)行固定，防止拔出過程中發(fā)生滑動(dòng)。螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)部重約6t，利用管片螺栓設(shè)置吊點(diǎn)，拆除驅(qū)動(dòng)部后下放至底部。運(yùn)輸至地面并做好保護(hù)。
6）螺旋機(jī)后側(cè)殼體確認(rèn)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(duì)應(yīng)吊點(diǎn)，將螺旋機(jī)殼體和軸緩慢移動(dòng)拔出。固定式門型架主要承擔(dān)螺旋機(jī)倒運(yùn)、降落任務(wù)。螺旋機(jī)后三節(jié)殼體&軸總重約34.5t（除去斷裂部分），吊點(diǎn)使用20t、10t 手拉葫蘆進(jìn)行拔出、倒運(yùn)、降落。通過模擬，剩余部分可直接拔出、降落。通過平板車運(yùn)輸至地面，如圖8、圖9 所示。在螺旋機(jī)拔出過程中，注意吊點(diǎn)倒運(yùn)時(shí)要相互約束好螺旋機(jī)運(yùn)動(dòng)方向。過程中可根據(jù)現(xiàn)場工況進(jìn)行輔助吊點(diǎn)焊接，使用手拉葫蘆進(jìn)行輔助工作。螺旋機(jī)拔出及平移過程中，應(yīng)在螺旋機(jī)水平方向設(shè)置手拉葫蘆進(jìn)行約束，防止螺旋機(jī)在拆除過程中的擺動(dòng)和竄動(dòng)。對(duì)于連接橋橫梁采用H 鋼進(jìn)行加焊補(bǔ)強(qiáng)。
圖8 拆除螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)部示意圖
圖9 螺旋機(jī)拆除示意圖
在拔出過程中，為方便螺旋機(jī)吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換，在筒體兩側(cè)設(shè)置吊耳。螺旋機(jī)重約36t，拆除驅(qū)動(dòng)部后重心在中心位置附近。螺旋機(jī)剛向外拔時(shí)各吊點(diǎn)手拉葫蘆水平夾角最小，此時(shí)受力最大（圖10）。三處吊點(diǎn)受力分別為F1、F2、F3。按照最惡劣的工況，以前側(cè)吊點(diǎn)和后側(cè)吊點(diǎn)為支點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算：取F2=30t，得F1=6.3t，F(xiàn)3=2.2t。吊點(diǎn)1 吊裝能力2×10t＞6.3t，吊點(diǎn)2 吊裝能力2×20t＞30t，吊點(diǎn)3吊裝能力2×10t＞2.2t。吊裝能力滿足要求。
圖10 螺旋機(jī)受力示意圖
更換前將螺旋機(jī)殼體放置地面，用方木墊起。組裝前在螺旋機(jī)殼體接縫處涂抹潤滑油。組裝前確保螺旋機(jī)密封到位。螺旋機(jī)部件吊裝時(shí)非吊裝人員禁止靠近。殼體B 油脂注入部位中應(yīng)封入油脂（AP1，約0.5L）。
螺旋機(jī)殼體支撐穩(wěn)固，螺旋機(jī)軸組裝前先進(jìn)行清理，清理完成后用吊機(jī)從兩端吊起，吊至與殼體軸線水平，緩慢平移，將從動(dòng)端從殼體C 處塞入，塞入一小部分后，用葫蘆將螺旋機(jī)軸主動(dòng)端掛在殼體上，從側(cè)邊手動(dòng)拉葫蘆，緩慢將軸拉入殼體，同時(shí)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(jī)換軸示意圖
調(diào)整螺旋軸角度與驅(qū)動(dòng)部進(jìn)行試裝，試裝完成后做好標(biāo)記，露出六角頭，將軸與筒體焊接固定，再拆除驅(qū)動(dòng)部，便于井下驅(qū)動(dòng)部順利安裝。
螺旋機(jī)運(yùn)回主機(jī)內(nèi)，通過各吊點(diǎn)平穩(wěn)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(duì)接安裝，螺栓緊固扭矩達(dá)到圖紙要求。
本文利用新的工裝設(shè)計(jì)完成了洞內(nèi)盾構(gòu)螺旋機(jī)的更換，驗(yàn)證了此工藝技術(shù)方法可行性，全程無須斷開連接橋，無需將全部臺(tái)車后退，減少了現(xiàn)場工作量，縮短了工期。相對(duì)于將連接橋斷開、臺(tái)車后退的更換螺旋機(jī)方法，可節(jié)省約33%的工期，在材料重量相同的前提下，工裝面積強(qiáng)度增加1.8 倍，施工安全得到更大的保證。O
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