徐長勝，張 軍，許 磊

（中建隧道盾構(gòu)分公司，湖南長沙 410004）

0 引言

盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)是主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的防護(hù)盾牌，如果在掘進(jìn)過程中失效，可能引起主軸承損壞，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為預(yù)防此現(xiàn)象發(fā)生，通常會(huì)依據(jù)設(shè)備掘進(jìn)里程及使用狀況進(jìn)行預(yù)防性維修，以降低掘進(jìn)過程施工風(fēng)險(xiǎn)。從便捷性方面考慮，一般選擇在平整的地面上，將盾構(gòu)機(jī)前盾翻身，使土倉朝上進(jìn)行密封的更換、跑道的調(diào)整或更換。對于平移過站或存在其他限制因素時(shí)，也可選擇在始發(fā)井下進(jìn)行主驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)的維修。

1 主驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

密封系統(tǒng)的主驅(qū)動(dòng)共有內(nèi)、外兩個(gè)密封系統(tǒng)，均由唇形密封、O 形圈、隔環(huán)、壓環(huán)組成。其中，外密封4 道，內(nèi)密封3 道。壓環(huán)在壓緊密封的同時(shí)，土倉與密封系統(tǒng)直接隔離，隔環(huán)將相鄰密封隔開以形成腔室

1.2 工作原理（圖1）

工作時(shí)，HBW 油脂通過氣動(dòng)油脂泵經(jīng)馬達(dá)分配器輸送至驅(qū)動(dòng)箱油脂孔，流入密封腔一，腔內(nèi)壓力大于土倉壓力，使油脂從壓環(huán)縫隙溢出，阻礙渣土進(jìn)入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。EP2 油脂通過氣動(dòng)油脂泵經(jīng)多點(diǎn)泵、驅(qū)動(dòng)箱油道，注入密封腔二，在提高密封效果的同時(shí)，對其進(jìn)行潤滑，減小磨損。齒輪油在氣體壓力下經(jīng)齒輪油罐輸送至驅(qū)動(dòng)箱油道，流向外密封腔三，腔內(nèi)壓力通常為0.2 bar[1]（0.02 MPa），主要用于對密封潤滑和散熱。檢測腔用于觀察是否存在油脂泄漏。內(nèi)外密封系統(tǒng)最內(nèi)側(cè)一道密封唇口方向均與掘進(jìn)方向相反，用于防止齒輪箱內(nèi)齒輪油泄漏，其余密封唇口方向均與掘進(jìn)方向一致。

圖1 主驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)局部

1.3 密封失效的表現(xiàn)

在掘進(jìn)過程中，當(dāng)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)箱油溫持續(xù)異常偏高、齒輪油液位和齒輪油泵出口壓力異常變化、油脂注入量異常增多等現(xiàn)象時(shí)，均可能是密封失效的預(yù)警，需立即停機(jī)查清原因，采取措施后方可繼續(xù)掘進(jìn)。當(dāng)檢測腔透明管中發(fā)現(xiàn)有油脂泄漏時(shí)，可以根據(jù)泄漏油脂類型，分析設(shè)備狀況或密封失效情況。

1.4 密封失效的原因

密封失效的原因主要有如下4 種。

（1）設(shè)計(jì)缺陷。主驅(qū)動(dòng)壓環(huán)與跑道間隙較大，跑道、唇形密封、O 形圈材質(zhì)選擇不當(dāng)或制造存在缺陷等，都會(huì)縮短密封系統(tǒng)使用壽命。

（2）安裝缺陷。密封安裝不平整、隔環(huán)變形、密封唇口方向錯(cuò)誤、密封O 形圈規(guī)格型號與設(shè)計(jì)要求不符等人為因素，均會(huì)影響主驅(qū)動(dòng)密封性能。

（3）使用不當(dāng)。土倉壓力過大、驅(qū)動(dòng)箱油溫偏高、密封腔油脂注入量過大或過小、主軸承齒輪油及濾芯污染嚴(yán)重、HBW 油脂質(zhì)量不合格等，均會(huì)破壞密封結(jié)構(gòu)，加速密封失效。

（4）正常磨損。跑道與密封長期相對旋轉(zhuǎn)，在摩擦力的作用下，二者均會(huì)磨損，表現(xiàn)為唇口壓縮量減小，跑道上出現(xiàn)一整圈劃痕與凹槽，使得密封與跑道不能緊密配合，腔體承壓能力降低。磨損程度與掘進(jìn)地質(zhì)、累計(jì)掘進(jìn)里程及油脂注入壓力等有關(guān)。

其中，因設(shè)計(jì)缺陷和安裝缺陷導(dǎo)致密封失效的可能性較小，使用不當(dāng)會(huì)縮短主驅(qū)動(dòng)密封使用的壽命周期，正常磨損是最常見的失效原因。

2 密封系統(tǒng)維修

下面對土壓平衡盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)內(nèi)密封系統(tǒng)在井下維修進(jìn)行介紹。外密封系統(tǒng)的維修與其類似。

2.1 密封與跑道拆除

（1）拆除流程：壓環(huán)拆除→第一道密封拆除→隔環(huán)拆除→第二道密封拆除→隔環(huán)拆除→第三道密封拆除→跑道拆除。

（2）安裝過程。

壓環(huán)拆除：壓環(huán)螺栓拆除后，在合適的螺栓孔處安裝吊環(huán)螺栓，通過切口環(huán)安裝的手拉葫蘆及吊帶，將壓環(huán)取出。

密封拆除：清理壓環(huán)與第一道唇形密封間的油脂，現(xiàn)場制作密封拆除專用工裝，伸入密封底部，將其取出。工裝頂部應(yīng)圓滑、無毛刺，防止將密封割破損壞。

隔環(huán)拆除：在隔環(huán)頂絲孔上，對稱安裝6 個(gè)絲桿并同時(shí)向外拔出，保證隔環(huán)受力均衡，移動(dòng)距離相同，以防隔環(huán)變形或卡住。

跑道拆除：在跑道調(diào)整螺栓孔上，均勻安裝10 根頂絲向外頂出，頂絲應(yīng)對稱同步擰緊，每個(gè)頂程保持在5 mm，偏差不超過2 mm，在頂出跑道一半長度后，為防止頂絲承受跑道自重而變形，在跑道左右兩側(cè)各掛一個(gè)手拉葫蘆，頂部用加工的專用卡具臨時(shí)穩(wěn)固，及時(shí)調(diào)整手拉葫蘆導(dǎo)鏈，保證跑道平穩(wěn)拆出。

2.2 磨損檢測

（1）檢測方式。使用鋼直尺、電子游標(biāo)卡尺，在每道密封與跑道接觸的磨損位置處，選取至少4 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測量，以最大測量值作為磨損量。

（2）維修方式。從經(jīng)濟(jì)性和工期方面考慮，對磨損寬度小于6 mm 或深度小于1 mm 的跑道，可通過調(diào)整跑道位置，使跑道上磨損的劃痕與密封的接觸位置錯(cuò)開，讓新的光滑摩擦面與密封唇口配合。從安全性考慮，對超過磨損限值的跑道必須進(jìn)行更換。

2.3 密封與跑道安裝

（1）安裝流程：跑道安裝→第一道密封安裝→隔環(huán)安裝→第二道密封安裝→隔環(huán)安裝→第三道密封安裝→壓環(huán)安裝

（2）安裝過程。

跑道安裝：內(nèi)跑道安裝前，對驅(qū)動(dòng)盤進(jìn)行清潔，預(yù)先標(biāo)記跑道位置，使跑道上油脂孔與驅(qū)動(dòng)箱油道一一對應(yīng)。安裝時(shí)，通過調(diào)整手拉葫蘆使跑道向槽內(nèi)逐步靠近，然后使用頂絲頂進(jìn)，安裝到位后預(yù)加HBW、EP2 油脂，確保油脂可以流出后，清理油道溢出的油脂。

隔環(huán)安裝：使用尼龍棒對稱敲擊壓環(huán)，待安裝到位后，用壓入工裝壓緊隔離環(huán)，使其處于合適的安裝位置，并用游標(biāo)卡尺，檢查安裝深度是否一致。

密封安裝：密封安裝時(shí)，應(yīng)使唇口方向與設(shè)計(jì)圖紙一致，用尼龍棒將其壓入腔內(nèi)并輕錘到位。

2.4 靜態(tài)保壓檢測

密封與隔環(huán)安裝完畢后，在壓環(huán)安裝前，先在壓環(huán)底部與跑道頂部的空間中，安裝Φ20 mm 的橡膠密封條，同時(shí)封堵油脂溢出通道，分別向HBW 油脂腔、EP2 油脂腔、齒輪油腔充入壓縮空氣，當(dāng)壓力達(dá)到1 bar（0.1 MPa）時(shí)停止充氣，30 min 內(nèi)壓降值小于0.2 bar[2]，則安裝質(zhì)量良好，密封性能合格。

3 密封系統(tǒng)維護(hù)

（1）定期更換齒輪油。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)使用說明書，每半年進(jìn)行一次齒輪油及濾芯的更換，并定期對齒輪油取樣檢測，分析油樣成分，根據(jù)檢測報(bào)告決定是否更換[1]。對于新設(shè)備，磨合運(yùn)轉(zhuǎn)期間，齒輪箱內(nèi)金屬屑會(huì)增加，一般掘進(jìn)50 環(huán)即進(jìn)行更換[3]。

（2）選用優(yōu)質(zhì)HBW 油脂。選用優(yōu)質(zhì)的油脂，以防馬達(dá)分配器頻繁堵塞，甚至出現(xiàn)HBW 油脂腔中存在結(jié)塊纖維，阻礙油脂正常溢出。

（3）保證最佳冷卻效果。保證外循環(huán)水壓在4～8 bar（0.4～0.8 MPa），水溫不超過25 ℃，內(nèi)循環(huán)水壓在3～5 bar（0.3～0.5 MPa）[1]。保持循環(huán)水池干凈，儲(chǔ)水量充足，定期清洗外循環(huán)水濾芯，定期對內(nèi)外水散熱器維護(hù)。

（4）保證最佳掘進(jìn)狀態(tài)。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)埋深和地質(zhì)變化，適時(shí)調(diào)整土倉壓力、油脂注入量及注入脈沖次數(shù)、改善渣土性能等，土倉壓力最大一般不大于3 bar[1]。

4 結(jié)語

熟悉盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)工作原理，了解導(dǎo)致密封失效的原因，有助于主驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)的正確維護(hù)，有利于保證主驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)的使用壽命。盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)密封系統(tǒng)用于井下維修技術(shù)，可有效解決施工工期緊、地面場地小等問題，對類似工程有一定參考意義。