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盾构掘进中主轴承密封的修复方法

2013-09-27

李胜新
（中国石油天然气管道局第四工程公司，河北廊坊　065000）
　　摘　要：德制AVN3080漏水平衡式盾构机在掘进过程中，刀盘主轴承密封损坏，对此提出3种修复方案。经分析对比，Z终选择了从盾构机供浆管道向刀盘掘进面压注改性泥浆，对掘进面进行封堵止水，维修人员带压进舱，更换密封与压盘的方法。该方法无需在掘进面拆解刀盘、建竖井或工作廊道，施工难度小，修复速度快，费用低。文章重点介绍了盾构掘进中主轴承密封的修复方法及步骤。
　　关键词：盾构机；主轴承密封；修复方法
　　1　故障概述
　　2007年3月在川气东送管道过江隧道盾构法施工到360 m时，盾构机刀盘主轴承密封油脂供油压力下降，经检查盾构机刀盘主轴承密压盘螺栓全部断裂，压盘外移变形，二道密封损坏，必须进行修复后才能继续掘进。掘进面位于江水底部的地层中，地质为砂砾卵石层，水压0.24 MPa，易坍塌涌水。怎样才能尽快修复损坏的主轴承密封，外方要求建工作井或人工作业廊道，人员才能进入，拆解刀盘，更换密封、压盘。
　　2　修复方案对比分析
　　针对盾构机刀盘主轴承密封损坏问题，提出了3种修复方案。
　　（1）方案一：在江中建立一座竖井，竖井内直径不小于5 m，深度30 m，其中15 m在水中，竖井建成后拆解刀盘，更换密封、压盘。施工难度大，施工周期5个月，需要投资360万元。
　　（2）方案二：在盾构机刀盘前方修建一段3 m长的工作廊道，通过在水面对江底地层进行地质改良，从盾构机刀盘开口部向外修建工作廊道，拆解刀盘，更换密封、压盘。施工难度大，施工周期4个月，需要投资270万元。
　　（3）方案三：从盾构机供浆管道向刀盘掘进面压注改性泥浆，对掘进面进行无声封堵止水，维修人员带压进舱作业，采取不拆解刀盘的方法，更换密封与压盘。施工难度小，操作简单，施工周期15天，费用55万元。
　　经过分析，Z终选择了方案三。
　　3　修复方案实施
　　（1）从供浆管道上向刀盘内压注改性泥浆，使掘进面砂砾卵石层与刀盘之间形成一道厚厚的泥浆黏膜，在气压的作用下达到止水止塌的目的，防止在处理密封全过程中涌水涌砂。
　　（2）设定人员进舱工作压力为0.25 MPa，编制人员气压工作时间计划与保障措施。
　　（3）完成注浆封水后，清除刀盘内的改性泥浆，具备人员进舱修复条件。
　　（4）采用8～10 mm钢板从刀盘内侧焊接堵住刀盘开口部分，防止在处理密封全过程中砂砾卵石层坍塌。
　　（5）采用高压清洗泵对轴承密封部位进行彻底清洗，并检查密封安装部位有无砂土污染，必须完全彻底反复清洗后才能进入下一步工作（购置1台常规高压清洗泵代用），但水温应控制在40℃以上，不得超过50℃。
　　（6）将事前预制好的密封压盘（新加工的密封压盘）对切成两半套入主轴上，再将接口处焊接成一体（在安装前应先打磨45°坡口，保留2～3 mm的钝边）。
　　（7）将压盘焊接成一体，但应控制其圆弧面与端面的变形量，防止因变形造成压盘对密封的损坏。
　　（8）采用改制的顶丝，将原来退出的其他三道密封压入到位，但应注意在压入过程中采取等距离平衡压入，防止密封压盘变形而导致密封损坏。
　　（9）为防止第三道密封内存有泥砂污染，可通过主轴承密封油脂压入系统，再次加压使主轴承第三道密封退出，进行清洗后再压入。
　　（10）在第三道密封压入到位后，安装第四道新密封（应预先将新密封圈在某部位切断，切口部形成45°角接口，保持接口光滑平整打磨备用），将切断的密封圈套在主轴上，夹具夹紧密封两端断口进行粘合连接。完成对接粘接后采用丝绸布进行加固补强，密封压盘均匀压入，压入到位后检查各部间隙是否正常，经检测确认，各部压入尺寸到位后安装并均匀紧固螺栓。
　　（11）增压盘焊接应在密封安装到位后进行，压盘焊接可采用J422焊条，间断焊，每隔100 mm，焊接100 mm，焊缝高度不小于12 mm。
　　（12）为防止卵石对压盘再次造成损坏，在密封压盘外再新增加厚度不小于30 mm的压盘，其外径应比密封外径大200 mm以上，焊接在盾构机体上，焊接坡口为U型，坡口角度为30°，坡口深度为15 mm，但在焊接新增压盘时，必须使压盘与主轴承密封压盘螺栓孔安装端面的间隙不小于2 mm。盾构机大刀盘主轴防水密封装置修复结构如图1所示。
　　4　实施效果
　　通过700 m连续掘进，并经过3次检查与油脂压力连续监测，油脂压力、消耗量变化在正常范围之内，密封工作正常，没有发现渗漏，修复效果良好。本次修复直接费用17.9万元，用时13天。
来源：《石油工程建设》第33卷第5期
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