勞懿斌

（上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司機(jī)械施工分公司，上海 200065）

1 概述

刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭安裝于刀盤(pán)中心后部并隨刀盤(pán)同步旋轉(zhuǎn)，是刀盤(pán)前方土體改良添加液若干壓注管道和刀盤(pán)液控仿形刀液壓管道的轉(zhuǎn)接樞紐。由于現(xiàn)代隧道施工常常遇到復(fù)雜地層及小曲率半徑的隧道線形，土體改良系統(tǒng)和仿形刀的正常工作與否往往成為工程順利進(jìn)行的關(guān)鍵之一，對(duì)刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭的密封可靠性提出了較高的要求。刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭出現(xiàn)的問(wèn)題主要是密封失效，在含砂量較多的地層中長(zhǎng)期使用，刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭的密封部件極易磨損，在掘進(jìn)過(guò)程中若出現(xiàn)失效基本上無(wú)法修復(fù)，需要在盾構(gòu)掘進(jìn)前進(jìn)行保養(yǎng)或更換。

中心回轉(zhuǎn)接頭是非標(biāo)定制的設(shè)備，盾構(gòu)制造商的設(shè)計(jì)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)口盾構(gòu)在掘進(jìn)一段距離后，必須重新向盾構(gòu)制造商進(jìn)口整套部件進(jìn)行更換，費(fèi)用高，采購(gòu)周期長(zhǎng)。因此，對(duì)進(jìn)口盾構(gòu)的刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行功能修復(fù)勢(shì)在必行。本文將通過(guò)一個(gè)實(shí)例，簡(jiǎn)單介紹刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭的工作原理及修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)。

2 工作原理與損壞形式

2.1 工作原理

刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭由旋轉(zhuǎn)分配軸、外殼體和若干組密封圈組成，旋轉(zhuǎn)分配軸與刀盤(pán)相連接并跟隨刀盤(pán)同步旋轉(zhuǎn)，而外殼體則固定于盾構(gòu)的密封隔倉(cāng)板上，如圖1所示。軸與外殼之間按照刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)速度做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速一般在0.3轉(zhuǎn)/min～3轉(zhuǎn)/min之間。

圖1 刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭示意圖

中心回轉(zhuǎn)接頭通常至少有三路添加材料通道，額定工作壓力3 MPa；四路仿形刀液壓通道，額定工作壓力21 MPa；兩路潤(rùn)滑油脂通道，工作壓力3 MPa。土倉(cāng)內(nèi)的土砂及各路流體介質(zhì)之間，由若干非標(biāo)密封圈相隔離。

2.2 損壞形式

在實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn)，刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭的損壞形式主要包括：（1）土砂密封失效，土砂侵入到軸承部件，使得軸承卡死；（2）旋轉(zhuǎn)分配軸被隔倉(cāng)間的密封圈磨出一道道溝槽，使各個(gè)通路的密封性降低，情況嚴(yán)重時(shí)發(fā)生穿通，特別是泥漿液體穿通到液壓通道，使仿形刀失效；（3）外筒體與軸體互相咬死；（4）管路堵死，使得仿形刀失效，或者使得添加劑無(wú)法注入土體。

3 主要部件的修復(fù)方案

3.1 土砂密封的修復(fù)

原設(shè)計(jì)采用了一道防塵圈，兩道密封圈的設(shè)計(jì)。如表1所列、

表1 土砂密封形式一覽表

在施工過(guò)程中，由于土砂密封失效，土砂突破了1道防塵圈、2道Y型密封圈的阻攔，進(jìn)入到軸承處。使得軸承失效。并最終侵入到了中心回轉(zhuǎn)接頭本體，使得中心回轉(zhuǎn)接頭卡死。

原因分析：由于這種盾構(gòu)機(jī)的中心回轉(zhuǎn)接頭的土砂密封比較簡(jiǎn)易；在一條隧道的推進(jìn)過(guò)程沒(méi)有潤(rùn)滑油脂的補(bǔ)充，在含砂量較大的復(fù)雜地層中，極易造成密封件磨損。因此，對(duì)密封形式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)（見(jiàn)圖2）。

圖2 土砂密封的修復(fù)示意圖

如圖2（b）所示，原來(lái)的1道防塵圈、2道軸用Y型密封圈的形式，只是套用油缸的密封圈，是標(biāo)準(zhǔn)件；改制后采用非標(biāo)定制的唇口式專(zhuān)用土砂密封，類(lèi)似刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)體的土砂密封，耐久性和適用性均大大提高。另外、專(zhuān)門(mén)增加工作壓力在2MPa左右的集中潤(rùn)滑油脂，用于在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中補(bǔ)充潤(rùn)滑油脂。另外，對(duì)于非標(biāo)唇口式密封圈的材質(zhì)選擇，由于丁晴橡膠（NBR）特點(diǎn)是：耐汽油和脂肪烴油類(lèi)的性能特別好，氣密性、耐磨及耐水性等均較好，糌結(jié)力強(qiáng)。缺點(diǎn)是耐臭氧性差彈性及耐酸性較差。比較適合盾構(gòu)機(jī)設(shè)備的使用狀況、工作環(huán)境。因此可選用邵氏硬度為80以上丁晴橡膠作為非標(biāo)唇口密封的材質(zhì)。

3.2 旋轉(zhuǎn)分配軸的修復(fù)

原設(shè)計(jì)主要要求：直徑方向公差h6；表面光潔度 0.4；同心度0.021。

在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于外殼的材料和旋轉(zhuǎn)分配軸的材料是同牌號(hào)的材料，并且間隙較小，因此造成兩種材料發(fā)生親合作用而燒咬損傷積瘤（形成了很毛糙高低不平的凹槽）后粘連燒死現(xiàn)象。另外、密封圈在中心軸上碾磨成了溝槽，造成密封性變差引起泄漏。

修復(fù)方案如下：

（1）對(duì)旋轉(zhuǎn)分配軸先進(jìn)行退鉻處理。

（2）對(duì)旋轉(zhuǎn)分配軸再進(jìn)行冷焊焊補(bǔ)（可防止旋轉(zhuǎn)分配軸變形）。

（3）對(duì)旋轉(zhuǎn)分配軸進(jìn)行鍍硬鉻處理。

（4）按配合尺寸對(duì)旋轉(zhuǎn)分配軸進(jìn)行磨削處理。

（5）對(duì)旋轉(zhuǎn)分配軸進(jìn)行鉗工處理（每道工序進(jìn)行檢查）。

修復(fù)前后情況如圖3所示。

圖3 修復(fù)前后的旋轉(zhuǎn)分配軸實(shí)景

3.3 組合式外筒體連接塊A和外筒體連接塊B的修復(fù)

原設(shè)計(jì)主要要求：內(nèi)孔公差：+0.55～+0.65；凸榫：光潔度1.6、公差0～-0.006。

實(shí)際損壞情況為外壁銹蝕，內(nèi)孔局部磨損。

修復(fù)方案如下：

（1）對(duì)外筒體連結(jié)塊A的內(nèi)孔進(jìn)行柔性磨削。如圖4所示。

圖4 連接塊A內(nèi)孔柔性磨削實(shí)景

（2）對(duì)外筒體連結(jié)塊B的內(nèi)槽進(jìn)行修復(fù)，使損傷的部位達(dá)到合圖紙上的要求。

（3）檢查修理后外筒體連結(jié)塊B的各部位的尺寸和表面粗糙度。如圖5所示。

圖5 修復(fù)后的連結(jié)塊B

3.4 組合式外筒體連接塊C

原設(shè)計(jì)主要要求：內(nèi)孔公差：+0.12～+0.15；榫槽：光潔度1.6、公差0～+0.009。

由于外筒體連接塊3和中心軸是相同的牌號(hào)，因此在使用中造成燒咬的現(xiàn)象。

修復(fù)方案如下：

（1）對(duì)外筒體連結(jié)塊C的內(nèi)孔改裝加槽，如圖6所示。

圖6 外筒體連結(jié)塊C加工溝槽后實(shí)景

（2）對(duì)外筒體連結(jié)塊C的內(nèi)孔加裝耐磨的填充材料，如圖7所示。

圖7 外筒體連結(jié)塊C加裝耐磨環(huán)后實(shí)景

（3）對(duì)外筒體連結(jié)塊C的內(nèi)孔加裝耐磨的填充材料進(jìn)行加工到與旋轉(zhuǎn)分配軸外圓的配合尺寸。

4 組裝與試壓

如圖8所示，所有部件修復(fù)及檢測(cè)合格后，采用全新密封圈及軸承部件，完成刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭的裝配，然后分別用油堵工裝堵塞油口，每個(gè)油口進(jìn)行試油壓，試驗(yàn)壓力21 MPa，保壓30 min應(yīng)無(wú)泄漏現(xiàn)象（同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)接頭）。每個(gè)水口進(jìn)行試水壓，試驗(yàn)壓力3 MPa，保壓30 min應(yīng)無(wú)泄漏現(xiàn)象（同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)接頭）。

圖8 壓力測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

5 總結(jié)和改進(jìn)

采取本文所述的修復(fù)及優(yōu)化改進(jìn)措施，刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭的密封可靠性和土體適應(yīng)性分別得到了提高和拓展。在實(shí)際使用中，通過(guò)增加集中潤(rùn)滑系統(tǒng)，如圖9所示，進(jìn)一步提高了刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭的密封可靠性，同時(shí)，有效地延長(zhǎng)了其實(shí)際使用壽命。

圖9 集中潤(rùn)滑示意圖

刀盤(pán)中心回轉(zhuǎn)接頭是土壓平衡盾構(gòu)功能得到充分發(fā)揮的關(guān)鍵部件，建議不僅在施工過(guò)程中需要精心維護(hù)，而且在區(qū)間隧道推進(jìn)結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行有效的拆卸保養(yǎng)或維修，以確保盾構(gòu)在下一區(qū)間隧道推進(jìn)中保持原有的設(shè)計(jì)性能。