李守東
（中鐵三局四公司）

　　【摘　要】某盾構機在掘進過程中，主軸承（chéng）的外周密（mì）封損壞，泥砂不斷湧入盾（dùn）體，掘進無法進行（háng），通過在土倉內增加密封的措施，在掘進過程中不斷完善維修方案，Z終順利掘進完成剩餘（yú）的1472多米，經過分析發（fā）現該盾構（gòu）機主軸承密封裝配存在缺陷，在出（chū）洞後對（duì）密封進行維修、改（gǎi）造，提高其綜（zōng）合性能。

　　【關鍵（jiàn）詞】主軸承外周密封；大齒輪磨損；密封壓板；密封固定栓孔；密封襯套
　　前言
　　某盾構機在北京（jīng）地鐵某項目左線至238米時，主軸（zhóu）承的外周密（mì）封（fēng）損壞，掘進時泥砂不斷湧入盾體、齒輪箱、驅動減速機內，掘進無（wú）法進行，而此時盾構（gòu）機所處的位置正好在一汙水箱涵下（xià）方，情況異常危險，采取地麵加固，常壓開倉在土倉內增加2道VD密封，完成帶病掘（jué）進1472米（mǐ），出洞後對密封進行改造，更換。
　　工程地質及（jí）水文（wén）地質條件：
　　本標段盾構區間（jiān）穿越粘質粉土砂（shā）質粉土（tǔ）②層，粉質粘土②－2層，粉細砂③層、圓礫④層、粘質粉土④－1層，地層交錯混雜，卵（luǎn）石的粒徑一般在（zài）200mm以內；地層中（zhōng）富含地（dì）水下，隧道局部地段下（xià）部已進入承壓水中，這類地層雖然自身具有一定的穩定性，但由於粉細砂層和地下水的（de）存在（zài），開挖後較易發生意外（wài）。
　　根據區（qū）域水文地質資料，本標段（duàn）盾構區間穿越地層主要為料徑在30～90mm之間的卵石層，地下（xià）水類型為潛水，局部存在上層滯水，以及承壓水。潛水賦存於中下部卵（luǎn）石層（céng）中，水位標高11.5～32.0m，區間隧道（dào）底板埋（mái）深11.5～20.0m，已（yǐ）進入潛水～承壓（yā）水。地（dì）下水詳細情況如下：
　　（一）上層滯水：含水層（céng）岩性為粉土③層及粉細砂③3層，含水（shuǐ）層（céng）厚度（dù）0.6～3.2m，水位標高為（wéi）27.35～29.07m，水位埋深為5.50～7.53m。該層水透水性較差，主要接（jiē）受大氣降水及側向徑流補給，以（yǐ）蒸（zhēng）發、側向徑流（liú）、向下（xià）越流補給的方式排泄。
　　（二）潛水（shuǐ）：含水（shuǐ）層岩性（xìng）為粉細砂④3層及中粗砂④4層，含（hán）水層厚度0.5～6.4m，含水層頂部和（hé）底部均為粘性土隔水（shuǐ）層；水位標高為19.63～24.87m，水位埋深為11.20～13.76m。該層水透水性好，主要接受側（cè）向徑流及（jí）越（yuè）流補給，以側向徑流方式排泄。
　　（三）層間潛水：含水層岩性為圓礫卵石⑤層及中粗砂⑤1層，含水層（céng）厚度2.3～8.5m，含水層頂部和底部均為粘性土隔水層，水位標高為16.53～22.14m，埋深（shēn）為13.60～16.80m，局部有弱承壓性。含（hán）水層主要接受側向（xiàng）徑流及越（yuè）流補（bǔ）給，以側向徑流和人工開采的方式排泄（xiè）。
　　（四）承（chéng）壓水：含水層岩性為粉細砂⑦2層、中粗砂⑦1層及圓礫卵石（shí）⑦層，含水層厚度2.00～10.45m，含水層頂部和（hé）底部均為粘性土隔水層，水頭標高為9.87～11.39m，水位（wèi）埋深為23.17～26.20m，水頭高度0.5～4.2m。
　　一、盾構機（jī）主驅動泄漏故（gù）障：
　　盾構機在掘進至某區間238米時，刀盤扭矩增（zēng）大，作業工人發現從前盾處不斷湧出泥砂與泡沫的（de）混合物，經現場核查（chá）：盾構機主軸承外周密封損壞，泥沙進入齒（chǐ）輪箱，小齒輪磨損嚴重，管（guǎn）理人員下令停機進（jìn）行分析。
　　二、泄（xiè）漏原因分析：
　　盾（dùn）構機主軸承密封可見下圖：盾構機（jī）主軸承的內外周（zhōu）密封都是由外側的4道唇形密封與內（nèi）側的3道VD形密封組成，其中唇形密封采用（yòng）膠粘固定，VD形密封采用混合膠粘在密封槽內。4道唇形密封與3道VD形密封之間組成3個腔（qiāng），中間用持續不斷供給的潤滑油脂填充。

　　當這些密封完好時，腔內的油脂持續不斷的供（gòng）給能形成一定的壓力（lì），可以阻止（zhǐ）土倉內的水、泥砂及添加劑的混合（hé）物進入密（mì）封艙及齒輪箱內。
　　當唇形密封在連續運轉（zhuǎn）摩擦後，溫度升高，橡膠材料容易軟化，從而降低了其材（cái）料的硬度，使其（qí）與周邊鋼襯套密封（fēng）間隙變大，同時密封鋼襯套與膠（jiāo）粘部分容易分離擠壓變形，這時大大降低了其密封（fēng）的效（xiào）果，外部泥沙很容易進入密封艙內。
　　當VD形密封由於粘接不牢，主軸承不（bú）斷旋轉摩擦（cā），VD形密封很容易被擠壓變形、拉斷，注入的密封油脂會從VD密封斷裂處流入驅動齒輪箱，這時注入密封腔內的油脂不能全部供給前麵的唇形密封，導致唇形密封供脂不足，密封壓力急劇降低，泥砂輕易從土倉內軸承環處進入，穿過唇形密封、VD密封，進入主驅動（dòng）大齒輪箱，隨著不斷（duàn）推進大齒輪（lún）箱內的泥（ní）砂越積越多，並填滿大（dà）齒輪箱，Z後通過位於3號、4號減速機之間的1個檢查口及大齒輪箱Z下方的2個排汙水口湧入盾體（如圖（tú）所示）。主軸承和齒輪在轉（zhuǎn）動中，帶動泥沙嚴重的磨損密封（唇形密封（fēng）、VD密封）、襯套、齒輪（軸承大齒輪、電機小（xiǎo）齒輪），會造（zào）成諸（zhū）多不可嚴重後（hòu）果：①密（mì）封損壞、泥砂直（zhí）接（jiē）湧入齒輪箱，大齒輪（lún）嚴重磨損、無法齧合；②襯套磨損嚴重軸（zhóu）承滾珠外（wài）漏，軸承報廢。而此時仍有1472米未掘進，給接下來的施工造（zào）成了很大的困難。
　　三、製定整修改裝方案：
　　經施工方、盾構機設計製造方及業（yè）內專家共同研究決定以下整修、改裝方案：
　　1、對主軸承密（mì）封進行洞內（nèi）常壓開倉維修，通過在主軸承外外周土倉壁處增（zēng）設2道VD型密封、更換驅動小（xiǎo）齒輪，阻止土倉（cāng）內的水和泥沙進入（rù）到密（mì）封艙和齒輪箱內，保證主軸承、大齒輪不被（bèi）繼續磨（mó）損，完成剩餘1472米掘進，維修（xiū）方法（fǎ）如下圖所示：

　　2、出洞後進（jìn）行主軸承（含大齒輪）、密封更換，主軸承唇（chún）形密（mì）封安裝時增設（shè）壓板，通（tōng）過螺（luó）栓、壓板將密（mì）封牢（láo）固的（de）安裝在密封襯套上，改變其安裝方法（fǎ）。如下圖：改造後的密封。

　　四（sì）、洞內主軸承（chéng）密（mì）封整（zhěng）修方法（fǎ）：
　　1、由於238米處上方有汙水箱函，無法進行地麵加固，選擇在區間315米時停機，在地麵打5排C15素樁，素樁在盾構機前50cm，成C型，然後打4眼深28米的降水井進行（háng）降水；盾構機掘進至加固區後，通過注（zhù）漿（jiāng）係（xì）統向（xiàng）土倉注入C15素灰，36小時後常壓打開人閘倉，人工對土倉內的C15素灰進行清除。
　　2、將提前加工好的VD密封內外周鋼型密封襯（chèn）套各分為6塊組合成環形焊接在主（zhǔ）軸承外圈土（tǔ）倉壁側，將2道VD密封裝入密封襯套內，同時在密封艙內（nèi）設置了2道油路（lù），采（cǎi）用注入30~35MPa盾尾（wěi）油脂（zhī）不斷填充來阻止泥砂進入。
　　3、清理（lǐ）大（dà）齒輪箱內泥砂，更換驅動電機小齒輪，聯軸器，增設一台盾尾油（yóu）脂泵和一台集中潤滑油脂泵，掘進（jìn）中不斷進行油脂補給。
　　4、在掘（jué）進過程中派3人專門負責齒輪箱內觀察，將主軸承（chéng）密封內留存進入到齒（chǐ）輪箱了（le）得泥沙不斷進行清理，並采用清水不斷衝洗大齒輪箱，避免齒（chǐ）輪（lún）被泥砂進一步磨損。
　　5、推進過程中，仍有少量泥砂湧入到大齒輪箱，同時用來密封的盾尾油脂也不斷的（de）湧入大（dà）齒輪箱（xiāng），由於油脂粘稠，清水無法將油脂（zhī）帶出，將下部（bù）5、6號驅動電機及減速（sù）機整體拆除，采（cǎi）用8台電機驅動，每次（cì）掘進（jìn）完成以後通過減速機孔人工清理盾尾油脂和泥砂（shā）混（hún）合物（wù），同（tóng）時上部（bù）采用循環清水進行齒輪箱不斷清洗。在全體（tǐ）人員的共同努力下（xià），順利（lì）完成剩餘1395米掘進。
　　五、出洞主軸承密封改造方法：
　　1、盾（dùn）構機出洞後，將電機、主驅（qū）動拆解，在主軸承3道VD密封和4道唇形密封安（ān）裝環麵上（shàng）鑽72個Ф10x20的螺（luó）栓孔。
　　2、製（zhì）作（zuò）剛性環形密封壓緊條，並（bìng）在壓緊條與密封安裝環對應孔位打孔。
　　3、安裝VD及唇形密封時，采用黏貼和螺栓壓（yā）緊（jǐn）條裝置固定，保證（zhèng）密封不（bú）被擠壓變形、不會脫落，大大提高密（mì）封效果和使用壽命。
　　結論：通過土倉增加VD密封盾尾油脂密封可以（yǐ）有效阻止泥砂（shā）進入密封和齒輪箱，及時清洗齒輪箱，能夠（gòu）使盾（dùn）構機安全順利掘（jué）進完剩（shèng）餘1395米成功出洞。成為有效（xiào）的補救辦法。
　　經實踐（jiàn）證（zhèng）明：對主軸承VD、唇形密封裝配方法進行改造，采用螺栓壓（yā）板固定，可以有效（xiào）的、大幅度提高密（mì）封的牢固性（xìng）與穩定性，使其在使用過程中更安全、可靠（kào）。
　　參考文獻（xiàn）
　　[1]朱科峰.盾構法隧道施工背後注（zhù）漿技術.廣東（dōng）土木與建築，2003，19-21.
　　[2]張鳳祥，傅德明，楊國祥，項兆池.《盾構隧道施工手冊（cè）》［M］.北京：人民交通出版（bǎn）社，2005.

來源：《城市建設理論研究》2014年12期