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盾構(gòu)掘進(jìn)中主軸承密封的修復(fù)方法

2013-09-27

李勝新
（中國石油天然氣管道局第四工程公司，河北廊坊　065000）
　　摘　要：德制AVN3080漏水平衡式盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，刀盤主軸承密封損壞，對此提出3種修復(fù)方案。經(jīng)分析對比，Z終選擇了從盾構(gòu)機(jī)供漿管道向刀盤掘進(jìn)面壓注改性泥漿，對掘進(jìn)面進(jìn)行封堵止水，維修人員帶壓進(jìn)艙，更換密封與壓盤的方法。該方法無需在掘進(jìn)面拆解刀盤、建豎井或工作廊道，施工難度小，修復(fù)速度快，費(fèi)用低。文章重點(diǎn)介紹了盾構(gòu)掘進(jìn)中主軸承密封的修復(fù)方法及步驟。
　　關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；主軸承密封；修復(fù)方法
　　1　故障概述
　　2007年3月在川氣東送管道過江隧道盾構(gòu)法施工到360 m時，盾構(gòu)機(jī)刀盤主軸承密封油脂供油壓力下降，經(jīng)檢查盾構(gòu)機(jī)刀盤主軸承密壓盤螺栓全部斷裂，壓盤外移變形，二道密封損壞，必須進(jìn)行修復(fù)后才能繼續(xù)掘進(jìn)。掘進(jìn)面位于江水底部的地層中，地質(zhì)為砂礫卵石層，水壓0.24 MPa，易坍塌涌水。怎樣才能盡快修復(fù)損壞的主軸承密封，外方要求建工作井或人工作業(yè)廊道，人員才能進(jìn)入，拆解刀盤，更換密封、壓盤。
　　2　修復(fù)方案對比分析
　　針對盾構(gòu)機(jī)刀盤主軸承密封損壞問題，提出了3種修復(fù)方案。
　　（1）方案一：在江中建立一座豎井，豎井內(nèi)直徑不小于5 m，深度30 m，其中15 m在水中，豎井建成后拆解刀盤，更換密封、壓盤。施工難度大，施工周期5個月，需要投資360萬元。
　?。?）方案二：在盾構(gòu)機(jī)刀盤前方修建一段3 m長的工作廊道，通過在水面對江底地層進(jìn)行地質(zhì)改良，從盾構(gòu)機(jī)刀盤開口部向外修建工作廊道，拆解刀盤，更換密封、壓盤。施工難度大，施工周期4個月，需要投資270萬元。
　?。?/span>3）方案三：從盾構(gòu)機(jī)供漿管道向刀盤掘進(jìn)面壓注改性泥漿，對掘進(jìn)面進(jìn)行無聲封堵止水，維修人員帶壓進(jìn)艙作業(yè)，采取不拆解刀盤的方法，更換密封與壓盤。施工難度小，操作簡單，施工周期15天，費(fèi)用55萬元。
　　經(jīng)過分析，Z終選擇了方案三。
　　3　修復(fù)方案實施
　?。?）從供漿管道上向刀盤內(nèi)壓注改性泥漿，使掘進(jìn)面砂礫卵石層與刀盤之間形成一道厚厚的泥漿黏膜，在氣壓的作用下達(dá)到止水止塌的目的，防止在處理密封全過程中涌水涌砂。
　?。?）設(shè)定人員進(jìn)艙工作壓力為0.25 MPa，編制人員氣壓工作時間計劃與保障措施。
　　（3）完成注漿封水后，清除刀盤內(nèi)的改性泥漿，具備人員進(jìn)艙修復(fù)條件。
　?。?）采用8～10 mm鋼板從刀盤內(nèi)側(cè)焊接堵住刀盤開口部分，防止在處理密封全過程中砂礫卵石層坍塌。
　　（5）采用高壓清洗泵對軸承密封部位進(jìn)行徹底清洗，并檢查密封安裝部位有無砂土污染，必須完全徹底反復(fù)清洗后才能進(jìn)入下一步工作（購置1臺常規(guī)高壓清洗泵代用），但水溫應(yīng)控制在40℃以上，不得超過50℃。
　　（6）將事前預(yù)制好的密封壓盤（新加工的密封壓盤）對切成兩半套入主軸上，再將接口處焊接成一體（在安裝前應(yīng)先打磨45°坡口，保留2～3 mm的鈍邊）。
　　（7）將壓盤焊接成一體，但應(yīng)控制其圓弧面與端面的變形量，防止因變形造成壓盤對密封的損壞。
　　（8）采用改制的頂絲，將原來退出的其他三道密封壓入到位，但應(yīng)注意在壓入過程中采取等距離平衡壓入，防止密封壓盤變形而導(dǎo)致密封損壞。
　　（9）為防止第三道密封內(nèi)存有泥砂污染，可通過主軸承密封油脂壓入系統(tǒng)，再次加壓使主軸承第三道密封退出，進(jìn)行清洗后再壓入。
　　（10）在第三道密封壓入到位后，安裝第四道新密封（應(yīng)預(yù)先將新密封圈在某部位切斷，切口部形成45°角接口，保持接口光滑平整打磨備用），將切斷的密封圈套在主軸上，夾具夾緊密封兩端斷口進(jìn)行粘合連接。完成對接粘接后采用絲綢布進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，密封壓盤均勻壓入，壓入到位后檢查各部間隙是否正常，經(jīng)檢測確認(rèn)，各部壓入尺寸到位后安裝并均勻緊固螺栓。
　?。?1）增壓盤焊接應(yīng)在密封安裝到位后進(jìn)行，壓盤焊接可采用J422焊條，間斷焊，每隔100 mm，焊接100 mm，焊縫高度不小于12 mm。
　　（12）為防止卵石對壓盤再次造成損壞，在密封壓盤外再新增加厚度不小于30 mm的壓盤，其外徑應(yīng)比密封外徑大200 mm以上，焊接在盾構(gòu)機(jī)體上，焊接坡口為U型，坡口角度為30°，坡口深度為15 mm，但在焊接新增壓盤時，必須使壓盤與主軸承密封壓盤螺栓孔安裝端面的間隙不小于2 mm。盾構(gòu)機(jī)大刀盤主軸防水密封裝置修復(fù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　4　實施效果
　　通過700 m連續(xù)掘進(jìn)，并經(jīng)過3次檢查與油脂壓力連續(xù)監(jiān)測，油脂壓力、消耗量變化在正常范圍之內(nèi)，密封工作正常，沒有發(fā)現(xiàn)滲漏，修復(fù)效果良好。本次修復(fù)直接費(fèi)用17.9萬元，用時13天。
來源：《石油工程建設(shè)》第33卷第5期