盾构机再制造成形修复技术工艺研究

盾构机再制造成形修复技术工艺研究

周振峰

中铁隧道股份有限公司 450001

摘要：近年来,随着国内地下空间利用的蓬勃发展,隧道施工里程逐年增加,对盾构机械的需求也在增加。由于盾构机使用条件差,负荷情况复杂,盾构机部分零部件已经存在退火现象,还有一些盾构机性能下降,逐渐接近使用寿命。作为大型投资设备,盾构机对技术和复杂的制造工艺具有很高的附加值,无论是废弃还是“回炉重造”,都大大造成了资源和能源的浪费。再制造不仅可以恢复盾构机的正常使用,而且可以根据不同的设计环境提高个别盾构机的适应性,因此实施再制造盾构机是降低企业设计成本,减少资源浪费和环境污染的有效途径,有利于促进我国可持续发展战略的实施。为了进一步推动盾构机修复技术的创新和发展,介绍了近年来我国盾构机修复生产的发展现状,总结了盾构机主轴承、刀盘、液压系统、减速机、螺旋输送机等关键部件修复生产的研究成果,介绍了激光熔化、热镀、冷镀、冷焊等修复技术在盾构机修复生产中的潜力,最后介绍了盾构机修复生产的发展趋势。

关键词：盾构机；再制造；修复技术

引言

盾构法施工作为地铁、公路、铁路和引水等隧道施工中一种重要且应用广泛的施工技术，与其他施工技术相比具有安全性强、效率高等优点。盾构机核心部件、主要部件及辅助部件的性能状态，直接影响整机的性能状态，这些部件一旦出现故障，会不同程度引发盾构施工风险。众多学者对盾构机施工风险与控制技术等进行了研究，但基本都是关于盾构施工过程中的风险及管控技术研究，而针对盾构机本身存在的风险点识别及风险管控技术涉及较少。基于此，本篇文章对盾构机再制造成形修复技术工艺进行研究，以供参考。

1盾构机再制造背景

再制造盾构机于2010年购买，使用寿命为10年或10，000公尺。标准处置规则是根据这两个指标制定的，到2020年，盾构将在四个项目中使用，共11年，无论是在一年的时间内还是在生产前超出盾构工程设计寿命的距离内，总开挖距离为12km，由于旧设备、组件老化、控制技术和兼容性差、过时的附件仅能保证正常工作，导致盾构机存在许多故障无法正常使用，不能够满足再使用的要求，按照惯例，该盾构机将在与相关专家协商后对整机作报废处理。

2盾构机风险识别

盾构机在施工过程中有较多风险，但对盾构机本身而言，按照风险的大小可分为重大风险源、重要风险源和一般风险源等三类。根据不同风险源，相关管理人员可按照不同类别制定不同管控方案，进而提高盾构施工的安全系数，风险源分类具体如下：重大风险源是指盾构机在使用过程中出现故障时导致盾构出现长时间停机，且难以修复或更换、易造成重大施工风险的部位。刀盘导致风险主要在于因刀盘适应性不足、刀盘结构强度不够、刀盘开挖尺寸不够等因素，导致盾构机在掘进过程中出现掘进困难、卡机及长时间停机修复刀盘或更换刀盘。对盾构施工带来工期滞后、成本增加及地面沉降、坍塌等施工风险发生。主驱动系统主要风险在于因密封损失效、润滑不足、长时间过载等因素导致主轴承、大齿圈损伤及相关附件出现异常，导致盾构机无法正常掘进，长时间停机修复或更换，造成工程风险。三大密封：主驱动密封失效将导致主轴承出现故障。采用适合的多道耐磨密封形式、功能完善可靠的润滑和冷却系统，是降低主轴承密封风险的重要因素。铰接密封是否可靠关系到泥沙是否涌进盾构机内的关键，尤其在高水压软弱地层中显得特别重要。可靠的盾尾密封，可防止泥沙进入到盾构机内，同时可确保同步注浆机管片环二次注浆质量。多道密封形式应设计合理，密封刷应耐磨可靠。重要风险源是指盾构机在使用过程中出现故障时导致盾构出现较长时间停机，且修复困难、易造成较大施工风险的部位。如主驱动减速机、马达或驱动电机损坏、保险轴或扭矩限制器等盾构机主驱动部分的关键部件，一旦出现故障或损坏，在隧道内部修复或更换难度非常大，容易造成较长时间停机。一般风险源是指盾构机在使用过程中出现故障时导致盾构机出现短时间停机，且修复简单、风险可控的部位。渣土改良系统、风水系统、注浆系统和油脂等辅助系统，在使用过程中若出现部件损坏、润滑不足、动力不足等问题，将直接影响盾构的使用寿命、使用效率等。这类故障排除较为简单，一般不会在短时间内造成施工风险。

3修复技术在盾构机再制造工程中的应用

3.1主轴承再制造

主轴承系统是作为动力转换和刀盘输出的中心，同时支持刀盘并绕着岩石旋转是主驱动系统的核心，其寿命通常决定着整个盾构机的使用寿命，而主要的损坏形式有滚子、滚子跑道磨损、大齿损坏、保持架变形、唇形密封失效等，再制造方法的选择主要取决于主轴承的失效方式和损伤程度。对于主轴承密封、滚子、滚子跑道和其他零部件，通常使用的是切削修整、新制加工或修复搭接焊缝的方法，针对损伤程度严重的不可修复零部件以及保持架、密封圈等修复技术难度大且质量要求高的零部件，一般采用换件修理法。采用修理尺寸法和堆焊修复工艺可修复主轴承密封跑道磨损、主轴承滚道锈蚀以及主轴承齿圈裂纹等表面损伤，但修理尺寸法存在零件互换性差、可修复次数有限、修复效率较低等问题；堆焊工艺对热输入较大，易导致工件开裂、变形，修复层质量和再制造效率较低。主轴承作为主驱动系统的核心部件，修复质量关系到整台盾构机的性能，要实现盾构机主轴承的高质量、高效率修复，未来还需引入先进修复技术，如激光熔覆、冷喷涂等增材修复技术，以不断提高再制造修复质量和再制造效率。

3.2刀盘

盾构机再制造工程是以盾构机全寿命周期设计和管理为指导，以实现废旧盾构机性能提升为目标。在盾构机再制造过程中，旧部件清洗包括两方面：一是拆解前的初步清洗，主要是去除盾构机表面堆积的泥沙、尘土与油泥；二是拆解后的深度清洗，主要是去除拆解后零件表面上的锈蚀、油漆、粉尘与油污，并彻底清洁各个零件，以便后续测量零件表面磨损量、变形量及关键焊缝探伤等工作，便于进行必要的再制造加工。第一，清理清洗刀盘、刀具表面的残余渣土、石块及管路油污。第二，对刀盘法兰清洗打磨、涂防锈油以及贴油纸防护。第三，拆卸螺栓、螺母、垫片、销，清理表面油脂、杂物，并在擦拭干净后分类装箱。第四，拆解疏通泡沫喷口总成（含保护块）。第五，拆卸可更换刀具。第六，打磨主梁与小环梁，主梁与刀盘大圆环、切刀刀座、边刮刀刀座，牛腿与辅梁、刀盘法兰，环筋与主梁、辅梁等焊缝，打磨主梁、牛腿及大圆环等母材位置。刀盘的修复以尺寸恢复和性能提升为基础，根据刀盘刀具的实际损伤和损坏情况提供修复方案。刀盘变形严重时，根据变形区域，割除相关部件，重新焊接，并加支撑防止变形，焊后采用退火方式去除应力。对于变形较轻的情况，可烤热变形区域，使用千斤顶矫正到正确尺寸，采用冷却局部退火去除应力。与主要焊缝修复不同，次要焊缝裂纹修复在焊接完成后不需要加热至300℃，直接使用岩棉盖在焊缝周围，对焊缝保温5～6h。

3.3螺旋输送机

经检测，螺旋输送机的螺旋筒耐磨层磨损严重；螺旋叶片存在磨损、断裂的现象；通过采用堆焊修复技术，对螺旋筒耐磨层和螺旋叶片进行修复。修复后增加了螺旋输送机叶片和螺旋筒耐磨层的耐磨性，加强了螺旋输送机叶片整体刚度与强度，保证施工效率。盾构机螺旋

输送机在使用过程中，出现筒体磨穿、螺旋轴断裂、驱动端损坏等现象，会造成隧道内涌泥、涌砂等险情。

结束语

形状修复与加工技术已成功应用于盾构机械的再制造,赋予盾构机械新的生命,最大限度地发挥其原有的特性,并大大降低再制造成本,未来将在其他再制造领域发挥重要作用,具有可观的经济效益和社会效益。

参考文献

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