TBM主轴承密封滑道环洞内免更换快速修复技术

刘宏志

摘 要：作为TBM的核心部件，主轴承对TBM工作机况起着决定性作用。主轴承价值高昂，而且更换工艺复杂，需要较长周期。为改善这一状况，在新疆吐库二线中天山隧道施工中，对TBM主轴承创新性地采用了免更换快速修复技术。实践表明，该技术可有效地实现对TBM主轴承的修复，节省大量维护保养时间，提高了工效。文中对TBM主轴承密封滑道环修复技术及程序做了介绍，可为类似工程的施工提供借鉴和参考。

关键词：TBM 主轴承 密封滑环 免更换 快速修复

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（a）-0026-02

TB880E型开敞式全断面硬岩隧道掘进机（以下简称TBM）1997年从德国引进，在我国铁路隧道建设中应用始于西康铁路秦岭隧道建设。2007年10月，TBM运抵新疆吐库二线铁路中天山隧道，进行组装调试，于12月2日开始工作。

2010年4月29日跟踪监测，发现齿轮油机械杂质和水分等理化指标超标，机械杂质达到0.13%，水分大于0.2%。更换齿轮油和过滤器后，情况仍没有得到解决；2010年5月13日再次换油后故障依然存在，技术人员对主轴承相关外部进行检查，发现外圈迷宫密封出脂情况良好，而内圈常有齿轮油从出脂口流出，后拆检发现TBM主轴承有粉尘、水份通过唇形密封和防尘密封进入主轴承和齿轮箱内，齿轮油有从内圈出脂口流出的现象。为了确保TBM能顺利完成此工程，必须停机对主轴承进行修复。在该次对TBM主轴承的修复中，创新性地采用了TBM主轴承密封滑道环洞内免更换快速修复技术。实践表明，该技术可有效地实现对TBM主轴承的修复，节省大量维护保养时间，提高了工效。

1 刀盘固定

1.1 准备工作

（1）选择围岩地质情况比较好停机。达到Ⅲ级以上围岩类别，必须保证撑靴能够牢固支撑起主机，刀盘周边能够稳定地支撑锚固刀盘。（2）确保人员、工具、材料、配件及时到位，以保证维修质量，缩短工期。（3）刀盘固定方案合理全面，以主轴承整修为主，穿插刀盘整修。

1.2 刀盘固定总体方案及工艺流程

刀盘的固定主要采用锚杆索固、钢板垫块和面板焊工字钢固定。在刀盘面板加焊工字钢，起抵住撑子面的作用，利用刀盘的上部的3个刮碴孔向周边岩壁进行钻孔，埋设φ22锚杆，然后利用锚固好的锚杆与刀盘焊接连成一体，起到索固刀盘的作用；利用下部3个刮碴孔，在刀盘下部安设钢板垫块，起到支撑刀盘的作用。刀盘加固工艺流程如下。

刀盘定位→刀盘面板与撑子面位置固定→刀盘底部垫块安设→刀盘内搭设司钻平台→钻孔→锚杆安设→锚杆与刀盘焊接固定→主机脱离临界状态时的姿态测量→主机后退。

1.3 质量要求

（1）钻孔深度必须达到2.5 m以上，以保證锚杆锚固长度。（2）锚固剂塞填饱满，锚杆锚固牢固，必须在锚杆锚固时间达到4 h以上，才可进行主轴承的脱离。（3）锚杆与刀盘搭接焊接长度不小于10 cm，双面焊接，焊缝饱满，焊接牢固。（4）支撑垫块安设之前，需将岩面上的虚碴清理干净，保证垫块与完整的岩面接触。（5）精确量测，以保证主轴承与刀盘重新对位安装时，偏差不超过±1 mm。

2 刀盘与主驱动分离及部件拆卸

在刀盘垫好，没有完全固定以前，将刀盘与主轴承其他联接螺栓逐个松动再紧固一遍，消除可能存在的内应力，防止机体与刀盘分离时产生突发的位移现象。刀盘固定后，拆除剩下的刀盘螺栓，采用两个50 t千斤顶装设在刀盘后端钢板与护盾之间，同时进行加力使刀盘与主轴承指扣脱离。内凯后退1.2 m，以提供更换密封所需的作业空间。后退内凯时工班长及主要值班领导必须在场，确保刀盘与主轴承平稳脱离。

3 内密封支撑环耐磨钢带更换

3.1 耐磨钢带接缝部位凹槽的加工

（1）清除支撑环表面含粉尘的润滑脂，用抛光机（纸砂片）把支撑环受损部位打磨光滑平整；并在支撑环凹槽两侧上标示出F3和O2油道位置，测量并记录油道孔的尺寸，便于下一步重新打孔定位。（2）利用汽油及洗衣粉清洗干净支撑环表面，并保证表面无油脂等污染物。（3）在无螺栓孔和无油道部位用磁力钻在支撑环前侧面上钻两个5 mm、间距40 mm、深160 mm的孔，用抛光机打磨出宽5 mm，深3 mm，长120 mm的凹槽，在凹槽中部打两个φ5 mm向下的孔与侧面相通；并在侧面注胶孔攻M6的内螺纹，便于安装注胶接头和注完胶后封堵用的堵头。（4）对于支撑环上唇形密封磨损的凹槽，用可塑钢修补剂涂沫在上面，并用钢板尺刮平支撑环表面涂沫的可塑钢修补剂，根据可塑钢修补剂说明书的生效时间，生效后用手砂轮打磨平支撑环表面的可塑钢修补剂。

3.2 耐磨钢带的切割

（1）耐磨钢带的准备工作：加工8个专用夹具（用氧气乙炔切割20 mm厚的钢板，每个夹具上焊接能夹住钢带两个边的M20的螺母，配两个M20的螺栓）。将耐磨钢带起始端打磨平整，起始端的边线应与侧边垂直，并做好记号；将耐磨钢带与支撑环的粘结面用抛光轮打毛（粗糙的表面粘结效果才好），清除钢带表面打磨所产生的灰尘。（2）耐磨钢带长度的确定：将起始端由人用手沿顺时针按入支撑环最顶端的凹槽内，在离耐磨钢带端头1.1 m处用两个专用夹具垫小钢板加胶皮压紧；然后，将这一整条耐磨钢带逐步的按入支撑环凹槽，每2 m上一个专用夹具，当耐磨钢带两端重叠在一块时，检查耐磨钢带与支撑环凹槽的间隙，确保整条耐磨钢带压紧在支撑环凹槽上；在两端的搭接处用划针划出耐磨钢带的切割位置；原则是切割后钢带两端应有焊接用的2 mm接缝间隙。（3）将耐磨钢带需切割端的夹具松开1/3左右，并注意防护灰尘等的污染，严格按照长度标记用切割机将耐磨钢带切割，留出1 mm左右的余量进行打磨平整，使整个耐磨钢带是矩形，并再次将耐磨钢带固定在支撑环凹槽内，检查两端的间隙是否是2 mm。（4）支撑环凹槽外的表面用光滑粘胶带粘贴，防止粘结胶溢出污染其他表面如图1所示。

3.3 耐磨钢带涂粘结胶、安装紧固

（1）安装前清洁耐磨钢带和支撑环凹槽，确保两者涂胶的粘结面无污染。（2）把1895粘结胶按1∶1的比例混合调和，用灰刀把混合后的粘结胶均匀涂抹在耐磨钢带打磨粗糙的粘结面上，两端预留30 mm不涂粘结胶，以确保下一步干净的接缝焊接操作；混合后的粘结胶尽快使用，1 h内必须用完。（3）耐磨钢带的接缝位置应在加工的两注胶孔正中间，从接缝位置再顺时针方向按入耐磨钢带起始端。用专用夹具夹住起始端，再将耐磨钢带连续地按入凹槽，协助人员朝圆周方向拉耐磨钢带，再将其压入凹槽。每隔两米用专用夹具固定耐磨钢带。（4）在耐磨钢带中心线位置，安置宽度约32 mm的打包机弹簧钢带；安装打包机在接缝位置两端，打包机弹簧钢带下放置橡胶棒或者两块胶皮，确认打包机拉紧后再松开专用夹具，如打包机钢带拉紧力不够，则可增加吊带和倒链，使耐磨钢带能拉紧。（5）用橡胶锤从起始端逐步的敲击一遍耐磨钢带，使耐磨钢带与的支撑环凹槽表面贴紧在一块，视耐磨钢带松紧情况增加专用夹具或拉紧打包机或倒链。

3.4 接缝焊接

（1）耐磨钢带夹紧之后，用氩弧焊机和CastoWIG4554焊条，将耐磨钢带两端的2 mm接缝进行焊接，先将耐磨钢带两侧焊接70 mm，再拆掉打包机的弹簧钢带（或吊带、倒链专用夹具），然后将整个焊缝焊满。（2）由于焊缝高于耐磨钢带，需对焊缝进行仔细的打磨，最后一道打磨工序应为油石和研磨膏来打磨，使焊缝与耐磨钢带一样平，耐磨钢带焊缝光洁度较高。（3）焊缝冷却后，将与高压黄油枪相配的接头拧入M6的孔，将新混合的胶合剂与金属切屑混合，加入高压黄油枪中，通过注胶孔注入耐磨钢带接缝部位，注满后用堵头把两个口堵住并使起不突出支撑环前侧面。（4）胶变硬后（约24 h），去除其它表面保护用的粘胶带和粘结胶残留物。（5）根据原来F3和O2油道孔的标识，在钢带与支撑环对应的位置用磁力钻打出F3和O2油道孔，耐磨钢带上的孔径应与油道孔尺寸一致，油道再泵出少量的油脂，排出打孔产生的铁屑，清洁各工作面。

4 内圈迷宫压板整修、密封更换与安装

（1）取出内圈密封的内侧迷宫压板固定螺栓M16×35-8.8断在盖板里面的部分，如螺栓孔状况不好，则在盖板上重新钻孔，扩成M18×45-8.8螺栓用的螺丝孔。并根据损坏情况在原螺栓之间增加固定螺栓，将内圈迷宫压板进行校平，将迷宫压板磨损较多的部位进行二保焊堆焊并打磨，将其固定内六角的台阶孔整修好。（2）把盖板安装到位，在安装过程中防止對密封损坏。（3）将状况较好的内外圈唇形密封从洞外倒进来，依次安装内、外圈密封组件，在安装好每道密封后，在其唇口内涂满油脂；唇形密封在装以前在密封安装缝隙处涂抹适量润滑脂，以保证密封顺利安装。（4）利用专用工具依次安装好迷宫压板。（5）安装防尘密封。根据挡边的磨损及修复情况确认密封的大小（φ13 mm或φ14 mm的O型密封条），利用胶水把密封与密封槽粘接在一起，防止密封移位，并在密封面上涂抹润滑脂。

5 联结刀盘

（1）在主轴承盖板与连接法兰面的间隙部位塞石棉线、Ο型圈、泡沫板，以减少间隙。（2）拆除作业平台，清洁结合面卫生。（3）把定位销安装到位，推进主驱动，结合刀盘与主轴承迷宫，结合过程中注意对正人工标记。（4）利用倒链调整联接渣筒与主轴承对接，紧固渣筒与主轴承联接螺栓。（5）利用螺栓拉伸器十字方向安装刀盘的联接螺栓，对称预紧后最终紧固到位，每个方向4颗，其余依次安装。（6）恢复原油脂润滑系统。（7）拆除刀盘固定装置，恢复掘进状态。

6 结语

经过维修的主轴承系统，经试运转状态良好。通过新疆吐库二线中天山隧道TBM主轴承密封滑道环洞内免更换快速修复技术的实践表明，该技术可有效地实现对TBM主轴承的修复，节省大量维护保养时间，提高了工效。由此产生的社会效益、经济效益不可估量。对缩短长大隧道施工工期，降低工程成本有着重大的意义。

参考文献

[1] 王梦恕.岩石隧道掘进机（TBM）施工及工程实例[M].北京：中国铁道出版社，2004.

[2] 中国铁路工程总公司西康铁路指挥部.秦岭特长隧道建设技术总结[Z].2001.

[3] 中铁隧道集团有限公司.南疆吐库二线SK2标总体实施性施工组织[Z].2007.