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盾構掘進中主軸承密封的修復方法

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漏水平衡式盾構機在掘進過程中，刀盤主軸承密封損壞，對此提出3種修復方案。經分析對比，Z終選擇了從盾構機供漿管道向刀盤掘進面壓注改性泥漿，對掘進面進行封堵止水，維修人員帶壓進艙，更換密封與壓盤的方法。該方法無需在掘進面拆解刀盤、建豎井或工作廊道，施工難度小，修復速度快，費用低。文章重點介紹了盾構掘進中主軸承密封的修復方法及步驟。
　　關鍵詞：盾構機；主軸承密封；修復方法
　　1　故障概述
　　2007年3月在川氣東送管道過江隧道盾構法施工到360 m時，盾構機刀盤主軸承密封油脂供油壓力下降，經檢查盾構機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，必須進行修復后才能繼續掘進。掘進面位于江水底部的地層中，地質為砂礫卵石層，水壓0.24 MPa，易坍塌涌水。怎樣才能盡快修復損壞的主軸承密封，外方要求建工作井或人工作業廊道，人員才能進入，拆解刀盤，更換密封、壓盤。
　　2　修復方案對比分析
　　針對盾構機刀盤主軸承密封損壞問題，提出了3種修復方案。
　　（1）方案一：在江中建立一座豎井，豎井內直徑不小于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。
　　（2）方案二：在盾構機刀盤前方修建一段3 m長的工作廊道，通過在水面對江底地層進行地質改良，從盾構機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。
　　（3）方案三：從盾構機供漿管道向刀盤掘進面壓注改性泥漿，對掘進面進行無聲封堵止水，維修人員帶壓進艙作業，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，費用55萬元。
　　經過分析，Z終選擇了方案三。
　　3　修復方案實施
　　（1）從供漿管道上向刀盤內壓注改性泥漿，使掘進面砂礫卵石層與刀盤之間形成一道厚厚的泥漿黏膜，在氣壓的作用下達到止水止塌的目的，防止在處理密封全過程中涌水涌砂。
　　（2）設定人員進艙工作壓力為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，清除刀盤內的改性泥漿，具備人員進艙修復條件。
　　（4）采用8～10 mm鋼板從刀盤內側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，必須完全徹底反復清洗后才能進入下一步工作（購置1臺常規高壓清洗泵代用），但水溫應控制在40℃以上，不得超過50℃。
　　（6）將事前預制好的密封壓盤（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致密封損壞。
　　（9）為防止第三道密封內存有泥砂污染，可通過主軸承密封油脂壓入系統，再次加壓使主軸承第三道密封退出，進行清洗后再壓入。
　　（10）在第三道密封壓入到位后，安裝第四道新密封（應預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行粘合連接。完成對接粘接后采用絲綢布進行加固補強，密封壓盤均勻壓入，壓入到位后檢查各部間隙是否正常，經檢測確認，各部壓入尺寸到位后安裝并均勻緊固螺栓。
　　（11）增壓盤焊接應在密封安裝到位后進行，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，其外徑應比密封外徑大200 mm以上，焊接在盾構機體上，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。盾構機大刀盤主軸防水密封裝置修復結構如圖1所示。
　　4　實施效果
　　通過700 m連續掘進，并經過3次檢查與油脂壓力連續監測，油脂壓力、消耗量變化在正常范圍之內，密封工作正常，沒有發現滲漏，修復效果良好。本次修復直接費用17.9萬元，用時13天。
來源：《石油工程建設》第33卷第5期