主驱动内外检测腔密封翻边故障及处理

主驱动内外检测腔密封翻边故障及处理

夏云

四川公路桥梁建设集团有限公司公路隧道分公司  四川  成都 610000

摘要：某地铁施工项目所用盾构主驱动密封出现故障，盾构主驱动密封泄漏检测腔发生齿轮油进入现象，导致主驱动齿轮油油箱液位异常降低。经现场故障排查，原因分析，将泄漏腔与主驱动油箱串联，在保障安全的前提下，通过加强巡查及监测，保证盾构掘进段顺利贯通。盾构返厂维修，拆检主驱动密封，确定事故主要原因为主驱动密封发生翻边现象，导致齿轮油通过密封进入泄漏检测腔。分析盾构主驱动密封发生翻边的原因，对检修工艺及质量检验标准进行优化。通过改进措施将主驱动密封的检测、维修、记录等流程标准化、信息化。从盾构维保巡查、施工过程监控、工厂检修流程及检修人员配置要求等方面进行改进；从对造成本次事故的分析原因着手提出相应的预防措施，防止此类事故的发。根据现场实际情况出发，在不具备维修条件的情况下，保证施工及设备安全的同时，顺利完成掘进。

关键词：盾构 ，主驱动密封， 事故原因 ，改进措施

盾构主驱动是盾构刀盘切削土层的驱动单元，若主驱动出现故障则会导致盾构无法进行掘进，而主驱动密封是保护主驱动的关键屏障，密封失效，将导致主轴承受损，而对于穿越江河的隧道、海底的隧道、地面上存在庞大的建筑物的隧道或隧道上方存在复杂的管线的隧道，地面缺乏设置竖井的条件造成无法进行现场维修或吊运至工厂维修，这将直接影响到施工生产，甚至会导致工程失败。而主驱动密封是保护某轨道交通施工项目中盾构主驱动出现的故障现象，拆解主驱动密封，分析主驱动密封出现故障的具体原因及危害。通过分析，优化完善生产检修工艺、增强质量管控能力、落实维保改进措施，从而保障盾构安全施工、项目顺利完成。

1. 工程及设备概述

工程概况：

盾构机用于盾构某城市地铁某区间右线施工，截至目前掘进382环（571米）贯通出洞。

区间工程概况 ：

区间最小平曲线半径为1000m，区间最大纵坡为5.696‰，线路纵向坡度呈“一”字型坡。区间覆土厚度约18.2m～22.2m，隧道主要穿越14-2-3中风化白云岩层。本区间以三叠系安顺组（T1a）岩层组合为主，位于复式向斜的西翼，岩层产状为90o∠40o。根据区域水文地质资料和勘察结果，三叠系安顺组富水性中等，有岩溶揭露，拟建区段为岩溶中等发育；沿线岩溶水具有一定的承压性。

盾构始发端地层为：中风化白云岩

图 1-1区间地质纵断面图

设备概况：

盾构机为复合式土压平衡盾构机，由中铁装备集团有限公司设计制造，于2014年11月26日出厂，该盾构机开挖直径Φ6480mm，整机长度约80m，其履历如下所示：

2015年1月-2015年11月，用于某城市轨道交通1号线三工区莲坂站-莲花路口站右线，共掘进846米，残积砂质粘性土、中粗沙、强风化强风化粘性土、全强风化花岗岩；

2015年12月-2016年6月，用于某城市轨道交通1号线三工区莲花路口站-吕厝站右线，共掘进745米，残积砂质粘性土、中粗沙、强风化强风化粘性土、全强风化花岗岩；

2016年7月-2017年10月，福建省漳州市龙海区港尾镇盛沣食品厂院内存放；

2017年11月-2018年7月，福建省漳州市龙海区港尾镇盛沣食品厂院内维修；

2018年9月-2019年8月，用于某城市轨道交通3号线2标林前站-洋塘站，共掘进1170米，粉质黏土，砺质粘性土，全、强、中、微风化花岗岩，辉绿岩；

共累计掘进2761米。

2、故障现象

2020年7月5日晚，盾构掘进现场服务人员发现主驱动齿轮油箱液位降低、为不影响施工掘进，现场补加320号齿轮油。针对此现象，7月6日现场组织机修人员利用设备停机时间对设备主驱动系统进行检查，发现外密封检测腔透明管存在齿轮油，检测腔透明管液位高于主驱动齿轮油箱液位。

通过现场排查及结合主驱动图纸分析，第一道和第二道之间的密封腔内注入的是EP2油脂，油脂通过环区的定距环不停地将油脂分配出去；第二道与第三道密封之间的密封腔注入的是齿轮油，能够保持一定的压力（一般设置为0.2Bar）并对密封唇口进行润滑；内密封第二道与第三道密封之间作为泄漏检测腔；外密封第三道与第四道密封之间作为泄漏检测腔。目前泄漏检测腔进入齿轮油，分析认为有两个途径会产生此现象：1.透明管及检测腔内原本就存在齿轮油；2.外密封第三道出现损坏或者翻边、外密封跑道环磨损及跑道环背部密封条损坏等原因导致齿轮油进入检测腔及透明管中。为探究故障发生的真正原因，采取以下措施：将透明管内齿轮油排放干净，打开透明管低处接口，接口处齿轮油一直排放不断，存在持续性滴漏现象，观察主驱动齿轮箱液位没有变化，为不影响设备掘进，随后将检测腔透明管恢复至原来位置，管路恢复后，并做上液位记号，以便设备运转后观察油液位置。同时将现场环境清理干净，收集的废油油液转移至洞外危废间。待盾构机恢复掘进后，观察发现驱动箱齿轮油液位下降3cm，检测腔透明管液位管液位上升7cm,现场据此判定检测腔齿轮油来自于驱动箱。通过与盾构机厂家技术部进一步沟通联系，故障暂判断为主驱动外密封唇口发生翻边或外密封跑道环磨损量过大、跑道环背部密封条失效导致驱动箱内部齿轮油进入泄漏检测腔。

主驱动故障暂时排除方法

考虑到施工进度压力，而施工掘进剩余段只有468米，结合设备故障的实际影响情况，综合考虑后决定：1.排出泄漏检测腔油液，采集泄漏检测腔齿轮油样本进行油样检测；2.油样检测合格后，将泄漏检测腔最低点出油口与油泵连接，通过油泵将泄漏检测腔的齿轮油抽入主驱动齿轮油箱，以此维持主驱动正常运行，并增派人员持续跟踪观察；待设备掘通该区间后，对盾构机主驱动进行拆机检修。

通过以上方法保证了盾构机安全有效的掘进，顺利完成盾构区间作业。

3、拆解及原因分析

为了保证盾构机下一个区间正常工作，设备施工掘进完成后，于2020年09月10日，组织专业技术队伍在地铁项目工点对此盾构机主驱动内外密封进行现场拆解检查。通过检查发现内外密封泄漏检测腔第三道密封已翻边，其余密封工作正常，具体如图所示。

内密封检测腔第三道密封翻边情况

外密封检测腔第四道密封翻边情况

通过拆解并结合图纸分析判断，密封发生翻边的现象可能是内第三道密封、外第四道密封在检修安装时未安装到位，密封垂直面未与前盾完全贴合，在主驱动工作时，接触面的相互运动导致内第三道密封、外第四道密封翻边，对齿轮箱齿轮油未起到良好的密封作用，同时加上驱动箱内部有约0.2bar压力，使驱动箱内部齿轮油通过密封间隙进入泄漏检测腔，如下图所示。

内密封检测腔第三道密封翻边示意图

外密封检测腔第四道密封翻边示意图

4、处理措施：

针对现场盾构机主驱动密封的拆解情况及原因分析，采取以下措施保障修复质量：

4.1对内外密封外观检查，未发现老化、破损情况；对内外密封径向尺寸B测量，未发现异常磨损，内外密封压缩量合格，满足使用要求，可继续使用。

4.2对内外隔环进行检查，无变形、磨损情况，满足使用要求，可继续使用。对内外跑道环进行检查，无异常磨损，满足使用要求，可继续使用。

4.3按照主驱动检修规程，技术人员现场质量卡控，对主驱动内外密封所有油脂孔进行疏通，清除残余油脂，清理内外密封、隔环、压环及沟槽并进行安装，内外隔环与压环上O型密封条全部换新，详见安装报告，安装过程如图所示。

O型密封条                       密封磨损量测量

内外密封安装

内外密封压环安装

4.4主驱动内外密封安装后，对主驱动内外密封保压实验，保压合格，详见保压报告。

4.5拆解检查驱动箱磁性滤芯情况，滤芯内部正常;对滤芯进行清洗并回装。

5.经验教训及改进

本次事故通过日常巡查及时发现主驱动密封问题，未造成盾构机核心部件主轴承受损、或者出现密封失效、油脂管路堵塞等情况。由于盾构停机地面不具备开挖竖井的条件，不考虑洞内修复的问题，同时通过对现场设备的实际情况进行分析，在保证安全的前提下，因地制宜改造设备，保证了项目顺利推进。通过采取有效措施保证了盾构在受控的条件下正常掘进，使得地铁施工项目能按照原计划执行。

发生此次事故也充分暴露出盾构设备在工厂检修安装的过程中，未严格按照密封安装流程及检验流程，做好设备检修工作。工厂的检验制度需要做更多更细致的工作。另外，从设备检修安装的工艺及检测技术手段上需要做更多探索。

针对此次事故产生的原因分析后，对主驱动密封的安装技术，在工艺方面做了如下改进：

工具工装方面：

1. 制作了更易于安装密封的密封铲，保证密封安装到位；
2. 制作了带摄像头的检测工装，每道密封安装完成后，利用检测工装能仔细观测到密封的每一部分是否安装到位，并做好视频记录。

工艺工序方面的改进：

1. 增加了密封安装完成后对密封安装位置的测量工序，采用游标卡尺多点测量密封安装位置深度，并将误差控制在1mm内。
2. 要求密封安装前须保证安装环境干净，清理密封及跑道环后将黄油均匀涂抹于密封背面，便于密封安装。
3. 要求密封安装时应该由三名工人同时操作，并由一名技术工程师现场指导、监督。
4. 密封安装完成后，要求对密封腔体进行保压测试并将保压时间由原来的一次5分钟2bar气压保压，改进为第一次5分钟2bar气压保压并记录、第二次升压至2.5bar并保压20分钟，记录。压降控制在0.2bar以内。

分析本次事故，做的好的方面需要坚持，做的不好的方面需要改进。为防止此类事故的发生，提出以下建议：

（1）设备巡查和维保工作需要细致化的进行，严格按照设备检查保养规程办事。

（2）设备的临时改进，需要进一步考虑现场的实际需求，并加强技术管控 。

（3）加强盾构的日常维保工作。针对盾构的主要部件，尤其是主驱动系统，要严格按照维保指南来执行，要做到每日必检，提高设备维护保养质量。

（4）对于盾构的改造及大修要严格按照维修手册及相关工艺执行。设备维修改造过程需要对过程进行影像记录，加强质量控制。

（5）加强盾构油样检测工作，要做到每个月或者掘进200环后，对盾构机所用油进行检测。

参考文献

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