喬治

（中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710054）

1 盾構(gòu)再制造的研究背景及重要性

1.1 適應(yīng)國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的要求

2010 年5 月，國(guó)家11 個(gè)部委聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》，將再制造產(chǎn)業(yè)作為國(guó)家新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)予以培育，并且在“十三五”規(guī)劃期間，將再制造列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)。國(guó)家一系列政策表明：推動(dòng)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，已成為中國(guó)可持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策。

1.2 綜合利用資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的需要

一般情況下，盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)壽命是掘進(jìn)總里程10km（10年），但設(shè)備的液壓部件和其他總成部件的壽命周期均大于產(chǎn)品總體壽命，再制造過程實(shí)現(xiàn)了廢舊產(chǎn)品的回收利用，最大程度地保護(hù)生態(tài)環(huán)境，滿足了對(duì)設(shè)備較高的產(chǎn)品功能需要，并且使盾構(gòu)再制造具有客觀的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 企業(yè)自身生存與發(fā)展戰(zhàn)略的需要

目前，企業(yè)達(dá)到10km 設(shè)計(jì)使用壽命的盾構(gòu)機(jī)以每年至少5 臺(tái)的數(shù)量在增加，如何處理這些設(shè)備，成為影響企業(yè)總體發(fā)展的重要問題。盾構(gòu)再制造無(wú)疑是眾多解決方式中經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙贏的最佳選擇，其充分利用現(xiàn)有資金、技術(shù)和資源等優(yōu)勢(shì)，依靠技術(shù)進(jìn)步，發(fā)揮企業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)的發(fā)展壯大注入新的活力，使企業(yè)立于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的有利地位而得以長(zhǎng)足生存和發(fā)展。

2 盾構(gòu)再制造行業(yè)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)盾構(gòu)再制造產(chǎn)業(yè)還是處于規(guī)劃發(fā)展期，盾構(gòu)設(shè)備廠家主要以新機(jī)制造銷售為主，從技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展前景來(lái)看，盾構(gòu)制造的市場(chǎng)已基本飽和，技術(shù)也在日趨向國(guó)產(chǎn)化發(fā)展，但對(duì)于盾構(gòu)的再制造，尚無(wú)一家企業(yè)作為規(guī)?；瘉?lái)發(fā)展，現(xiàn)有生產(chǎn)廠家的規(guī)模決定他們把目光大多放在眼前利潤(rùn)上，對(duì)盾構(gòu)再制造領(lǐng)域的研究甚少，沒有形成統(tǒng)一的再制造標(biāo)準(zhǔn)。

3 海瑞克S235 盾構(gòu)機(jī)再制造實(shí)施

3.1 實(shí)施再制造盾構(gòu)機(jī)介紹

海瑞克S-235 盾構(gòu)機(jī)是中鐵一局集團(tuán)于2003 年6 月購(gòu)置的一臺(tái)復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，實(shí)施再制造前已在華南地區(qū)7 個(gè)項(xiàng)目累計(jì)掘進(jìn)合計(jì)11334m，已達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命，掘進(jìn)地層主要以粉質(zhì)黏土、微風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖為主，設(shè)備故障率增多，難以滿足后續(xù)安全掘進(jìn)施工的要求。

3.2 盾構(gòu)再制造總體方案

再制造方案明確對(duì)刀盤、主軸承及主驅(qū)動(dòng)密封、環(huán)件等核心件進(jìn)行更換；對(duì)減速機(jī)、液壓泵、馬達(dá)、閥組、推進(jìn)油缸等液壓件返廠再制造或新制；對(duì)螺旋后閘門進(jìn)行雙閘門改造、皮帶系統(tǒng)（變頻/皮帶機(jī)角度改造）、泡沫系統(tǒng)(單管單泵/刀盤中心區(qū)沖洗改造)、膨潤(rùn)土系統(tǒng)（新增盾殼膨潤(rùn)土）、潤(rùn)滑系統(tǒng)（新增多點(diǎn)泵）等更換新件并進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)；對(duì)電控系統(tǒng)內(nèi)部電氣元件成套更換新件；對(duì)電機(jī)、變壓器及雙軌梁等電氣設(shè)備返廠再制造或成套更換；對(duì)喂片機(jī)、皮帶機(jī)、通風(fēng)設(shè)備等鋼結(jié)構(gòu)新制。

3.3 盾構(gòu)再制造創(chuàng)新實(shí)施做法

3.3.1 刀盤制新

針對(duì)華南地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)，新制造一個(gè)復(fù)合式刀盤，刀盤結(jié)構(gòu)型式為面板+輻條式，開挖直徑為6280mm，開口率40%，重量約56t，破巖能力230MPa 以上，能滿足高強(qiáng)度復(fù)合地層掘進(jìn)。優(yōu)化刀盤刀具布置，刀具軌跡、刀具配置、刀盤強(qiáng)度等方面較原機(jī)配置刀盤都得到了優(yōu)化及提升（圖1、2）。

圖1 刀盤再制造前

圖2 刀盤再制造后

3.3.2 主驅(qū)動(dòng)再制造

對(duì)主軸承進(jìn)行拆解勘驗(yàn)，根據(jù)勘驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，確定更換主軸承總成、主軸承內(nèi)外密封、內(nèi)密封滑環(huán)；傳動(dòng)齒探傷檢查；潤(rùn)滑油道清洗檢查；齒輪箱清洗檢查；8 臺(tái)行星減速機(jī)返回專業(yè)廠家進(jìn)行再制造。

3.3.3 推進(jìn)、鉸接系統(tǒng)再制造

根據(jù)整機(jī)再造方案對(duì)整機(jī)推進(jìn)油缸30 根、鉸接油缸14根全部進(jìn)行解體、拆解檢測(cè)，更換全套油缸密封，對(duì)所有油缸活塞桿及缸筒拋丸退鍍、修磨后重新鍍鉻，恢復(fù)至再制造標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)液壓閥組拆解流量標(biāo)定。

圖3 主驅(qū)動(dòng)再制造前

圖4 主驅(qū)動(dòng)再制造后

3.3.4 拼裝機(jī)再制造

對(duì)拼裝機(jī)進(jìn)行解體勘驗(yàn)，拼裝機(jī)行走輪更換新件，驅(qū)動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)校正，抓舉油缸關(guān)節(jié)軸承更換新件，回轉(zhuǎn)支承購(gòu)置新件，紅藍(lán)油缸鍍鉻修復(fù)，液壓鎖更換新件。

3.3.5 螺旋輸送機(jī)再制造

螺旋葉片按照原機(jī)螺旋幾何尺寸，對(duì)磨損的葉片進(jìn)行幾何尺寸、耐磨性修復(fù)，修復(fù)完成后進(jìn)行探傷及驗(yàn)收；螺旋閘門進(jìn)行再制造升級(jí)，由單開閘門改造為雙開閘門；螺旋球面回轉(zhuǎn)支撐、驅(qū)動(dòng)減速機(jī)解體檢測(cè)，對(duì)異常的軸承齒輪進(jìn)行修復(fù)、恢復(fù)至使用標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.6 注漿系統(tǒng)再制造

漿罐端頭升級(jí)改造，主動(dòng)端、被動(dòng)端增加一臺(tái)EG-2 型電動(dòng)潤(rùn)滑泵，將漿罐端頭改造為自動(dòng)潤(rùn)滑。

3.3.7 液壓系統(tǒng)再制造

對(duì)液壓系統(tǒng)泵、馬達(dá)、閥組全部拆解返廠至專業(yè)廠家進(jìn)行維修檢測(cè)，整機(jī)液壓系統(tǒng)管路、濾芯全部更換。液壓油箱內(nèi)部清洗并進(jìn)行氣密性檢測(cè)，檢測(cè)合格后加注新的液壓油。

3.3.8 油脂潤(rùn)滑系統(tǒng)再制造

對(duì)盾構(gòu)機(jī)原機(jī)配置的三臺(tái)氣動(dòng)油脂泵進(jìn)行更換，采購(gòu)三臺(tái)固瑞克氣動(dòng)油脂泵，通過12 個(gè)雙作用氣動(dòng)球閥向盾尾刷密封腔加注充足的盾尾油脂，再制造后油脂泵整體性能優(yōu)于原機(jī)出廠標(biāo)準(zhǔn)。

另外，將原主驅(qū)動(dòng)泵送式分散潤(rùn)滑改造為集中式多點(diǎn)潤(rùn)滑，擴(kuò)大了供脂范圍，滿足了盾構(gòu)機(jī)主軸承、螺旋回轉(zhuǎn)支承、螺旋球軸承及中心回轉(zhuǎn)共計(jì)21 個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)多點(diǎn)潤(rùn)滑的需要。電氣系統(tǒng)增加中間繼電器、交流接觸器，操作室面板上增加啟停按鈕，并對(duì)PLC 程序進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3.3.9 渣土改良系統(tǒng)再制造

對(duì)泡沫系統(tǒng)進(jìn)行單管單泵改造，將原來(lái)的1 臺(tái)泡沫泵供給4 路泡沫改造為4 臺(tái)泡沫泵單獨(dú)供給4 路泡沫，并增加了電控系統(tǒng)及模塊程序，方便操作室遠(yuǎn)程控制，提高了渣土改良效果。增加刀盤中心區(qū)自動(dòng)沖洗功能，在刀盤中心區(qū)域開孔，增加氣動(dòng)沖洗裝置，外接循環(huán)水，當(dāng)?shù)侗P結(jié)泥餅或渣土較干時(shí)可進(jìn)行沖刷。

為了減小盾體摩擦，增強(qiáng)盾體外殼與地層間的潤(rùn)滑，在盾體外圍開孔增加1 臺(tái)7.5kW 的擠壓泵，用于盾殼膨潤(rùn)土的注入，改造中布置球閥、單向閥、流量計(jì)、壓力傳感器、氣動(dòng)球閥等部件，并增加電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3.3.10 循環(huán)水系統(tǒng)再制造

此次再制造中，對(duì)冷卻循環(huán)系統(tǒng)各部分元件進(jìn)行拆解、勘驗(yàn)更換升級(jí)改造，新采購(gòu)一臺(tái)液壓油板式散熱器，在原有基礎(chǔ)上增大散熱面積為液壓油箱散熱；采購(gòu)一臺(tái)釬焊式散熱器為齒輪油散熱，提高了循環(huán)水系統(tǒng)的散熱效果。

3.3.11 皮帶輸送系統(tǒng)再制造

再制造重新對(duì)皮帶機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)改造，原皮帶電機(jī)的定頻電機(jī)，升級(jí)改造為37KW 變頻電機(jī)，實(shí)現(xiàn)0 ～3m/s 無(wú)級(jí)調(diào)速，當(dāng)渣土車滿編組列車前移時(shí)，可在不停止皮帶的情況下將電位計(jì)旋鈕旋轉(zhuǎn)至零位，再次啟動(dòng)節(jié)約時(shí)間，提高掘進(jìn)工效。另外，為了降低輸送帶在使用中的爬坡力，將原13.5°皮帶角度改進(jìn)為9.7°，降低了角度，更加有利于出渣。

3.3.12 入倉(cāng)系統(tǒng)再制造

入倉(cāng)是為常壓隧道到帶壓土倉(cāng)過渡提供的場(chǎng)所，此次再制造中，對(duì)入倉(cāng)儀表、氣動(dòng)單元、密封、管路、流量計(jì)及記錄儀等進(jìn)行全部更換，對(duì)入倉(cāng)安全閥委托專業(yè)機(jī)構(gòu)標(biāo)定，最大工作壓力為3bar,再制造完成后對(duì)入倉(cāng)進(jìn)行氣密性檢測(cè)。

3.3.13 雙軌梁系統(tǒng)再制造

將原機(jī)配置的兩臺(tái)3.2T STAHL 吊機(jī)，更換為兩臺(tái)4T 法蘭泰克吊機(jī)，負(fù)載起吊能力較原盾構(gòu)機(jī)配置的吊機(jī)有很大的提升。行走電機(jī)、減速機(jī)更換為德馬格最新式減速機(jī)，行走方式為膠輪驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步提高了吊機(jī)的吊運(yùn)能力。

3.3.14 電氣系統(tǒng)再制造

盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)主要由高壓供電、低壓供配電、PLC 控制系統(tǒng)、主控制室與人機(jī)界面、通訊與圖像監(jiān)控系統(tǒng)、地面與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成。此次再制造中，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)再制造方案對(duì)整機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，改造為中鐵裝備最新分布式I/O 控制，整機(jī)電氣元件進(jìn)行檢測(cè)更換損壞配件，電機(jī)委托專業(yè)廠家維修檢測(cè)。對(duì)盾構(gòu)機(jī)整機(jī)17 臺(tái)電機(jī)全部進(jìn)行拆解，拆解后返廠至專業(yè)廠家進(jìn)行檢測(cè)再制造。

3.3.15 鋼結(jié)構(gòu)再制造

對(duì)盾構(gòu)機(jī)盾體、臺(tái)車鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘驗(yàn)檢測(cè)測(cè)量，對(duì)變形、銹蝕嚴(yán)重的鋼結(jié)構(gòu)全部在現(xiàn)場(chǎng)加工新件進(jìn)行更換，盾體鋼結(jié)構(gòu)變形部位通過熱工校正工藝進(jìn)行校正后，恢復(fù)至盾構(gòu)再制造使用標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)整機(jī)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐噴涂，噴涂嚴(yán)格按照涂裝通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

圖5 再制造后盾構(gòu)機(jī)

4 盾構(gòu)再制造后使用情況

4.1 海瑞克S235 盾構(gòu)機(jī)再制造完成后，投入廣州市軌道交通8 號(hào)線北延1 標(biāo)使用。項(xiàng)目包括華林寺～陳家祠盾構(gòu)區(qū)間及4 個(gè)盾構(gòu)洞門和1 座聯(lián)絡(luò)通道（不含廢水泵房）土建施工，其中區(qū)間左線隧道長(zhǎng)度832.355m，右線隧道長(zhǎng)度830.893m，海瑞克S235 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)右線隧道。

4.2 工程地質(zhì)情況

【華林寺～陳家祠站區(qū)間】線路平面最小曲線半徑為450m，最大坡度20‰，隧道頂部覆土18 ～24m，區(qū)間隧道地層以粉細(xì)砂層、泥質(zhì)粉砂巖全風(fēng)化帶、泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)風(fēng)化帶為主，最大強(qiáng)度60MPa。

4.3 盾構(gòu)機(jī)使用情況描述

盾構(gòu)機(jī)再制造完成后，2018 年11 月14 日始發(fā)，2019年4 月30 日貫通，共計(jì)掘進(jìn)830.893 米，平均掘進(jìn)速度151.07 米/月。掘進(jìn)過程中設(shè)備機(jī)況良好，未出現(xiàn)重大故障，能夠完全滿足華南地區(qū)復(fù)合地層掘進(jìn)安全、可靠的要求。

圖6 盾構(gòu)區(qū)間工程概況示意圖

5 盾構(gòu)再制造經(jīng)濟(jì)效益分析

海瑞克S235 盾構(gòu)機(jī)再制造共計(jì)花費(fèi)費(fèi)用1496 萬(wàn)元，預(yù)計(jì)再制造后可再掘進(jìn)6 公里。目前，購(gòu)置一臺(tái)同類型號(hào)的新制盾構(gòu)機(jī)，約需要4300 萬(wàn)元，按照10 公里設(shè)計(jì)壽命攤銷，購(gòu)置新機(jī)掘進(jìn)6 公里約需要投資2580 萬(wàn)元，在同等條件下盾構(gòu)再制造可為企業(yè)節(jié)省投資1084 萬(wàn)元。

6 盾構(gòu)再制造工作開展存在的問題

（1）技術(shù)研發(fā)投入不足、人才短缺。盾構(gòu)再制造工作存在研發(fā)投入不足,核心技術(shù)壁壘無(wú)法突破，人才短缺等問題，企業(yè)自主創(chuàng)新能力較弱，先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和高科技成果難以有效轉(zhuǎn)化。

（2）實(shí)施再制造的質(zhì)量控制體系尚未建立。由于再制造尚屬新興產(chǎn)業(yè)，缺乏相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)在舊件檢測(cè)、再制造修復(fù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)沒有建立完善的質(zhì)量控制體系，掣肘了行業(yè)的發(fā)展。

（3）舊件再制造率低。目前，國(guó)內(nèi)大部分盾構(gòu)再制造企業(yè)主要還是采用換件法和尺寸修理法進(jìn)行再制造，大量磨損的關(guān)鍵零部件無(wú)法自主修復(fù)，導(dǎo)致再制造產(chǎn)品的舊件再利用率低。