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王明亮，郭建明，宋俊岭，刘强，梁肖然
（河北冀科工程项目管理有限公司，河北 石家庄 050021)
摘 要：为解决全断面砂层 ZTE6250 土压盾构螺旋输送机应急处理及改造问题，文章以石家庄市轨道交通 1 号线二期工程福泽站至东上泽站区间盾构施工为依托，结合土压盾构机在全断面砂层施工特点，对采用中驱周边驱动的螺旋输送机减速机故障原因进行了分析，并总结了应急处理措施及改造方法，以期为类似盾构机在相似工程施工提供参考。
随着我国经济的不断发展，大量基础设施建设应运而生。基建过程中有大量隧道需要建设，盾构机因具有受环境限制小、高功效、自动化程度高等优点在隧道施工过程中得到了广泛应用。其中，土压平衡盾构机因其独特的优势，成为工程项目中应用的重点。
螺旋输送机作为土压平衡盾构机中最为关键的核心组成部分，具有技术复杂、价值高等特点；其性能的好坏直接影响盾构机掘进施工的安全性及作业效率，在掘进施工中维持掌子面稳定、控制地表沉降方面有不可替代的作用。深入研究螺旋输送机的工作原理及合理的设计方案，对我国基础设施建设具有重要意义。
1 工程概况
石家庄市轨道交通 1 号线二期工程是地铁 1 号线北延部分，工程起于洨河大道站，止于正定新区北端东洋站，沿秦岭大街和新城大道敷设，线路全长约 13.246km。福泽站～东上泽站盾构区间下穿老旧城区东上泽村，区间房屋较为密集， 多为 1 ～ 2 层房屋，房屋为砖混结构，基础较浅。隧道所处地层主要为粉细砂、中粗砂，采用的盾构机为中国铁建重工集团有限公司首批生产的 ZTE6250 土压平衡盾构机。
2 螺旋输送机概况
该项目盾构螺旋输送机采用中驱周边驱动的轴式螺旋输送方式出渣，螺旋轴中部固定，两端浮动支撑；驱动轴前后两侧各设 3 道唇形密封保护轴承，通过前后各 6 个孔注入 3 道密封油脂（EP2），盾构螺旋输送机驱动原理图如图 1 所示。在筒体上设有 3 个检修门，必要时可以打开检修门清理被卡在螺旋叶片间的碴土。螺旋机筒体上布置有 2 个注入口，以便盾构在砂层中掘进时，可通过这些孔注入膨润土或泡沫改善碴土的流塑性，减小摩擦阻力，降低螺旋输送机阻力和磨损。螺旋输送机参数详如表 1 所示。
3 螺旋输送机故障及原因分析
3.1 螺旋输送机故障
盾构机在掘进至 305 环时，盾构维保人员发现减速机内部有异响，而且机体发热，进而形成螺旋机运转不畅的现象。打开检查孔，发现螺旋机内部有油泥，判断是因为减速机密封失效，随后停机。打开螺旋输送机减速机齿轮油箱，发现密封已严重磨损，有泥沙流入减速机内部，造成减速机运转不畅，且减速机齿轮有损坏。
3.2 螺旋输送机故障原因分析
通过对盾构机下井前的维修保养情况、螺旋输送机工作原理、螺旋输送机故障的实际情况、对螺旋输送机相关部位的检查及相关施工经验进行分析，得出可能造成螺旋输送机减速机故障的四个原因。
（1）螺旋输送机组装不到位。盾构下井前，盾构机随机维保人员对螺旋输送机进行了拆卸维保；由于螺旋输送机技术复杂、专业性强，随机维保人员在组装过程中可能存在些许偏差。
（2）螺旋输送机为中驱周边驱动模式。驱动轴叶片末端焊接在回转体上，减速机通过带动回转体驱动螺旋轴，回转体与筒体之间通过唇形密封圈密封；唇形密封圈在筒体的最外周，摩擦长度大，在螺旋输送机长期运转过程中，容易造成过度磨损。
（3）螺杆变形。在上个区间隧道掘进过程中，螺杆出现过断裂事故，在该区间盾构下井前对螺杆进行的重新焊接， 有可能出现螺杆中心不直，变形现象。回转体实际运转过程中不能使螺旋轴处于悬臂状态，造成唇形密封与腔体间隙变大，使齿轮油从唇形密封间隙流失，泥沙流入减速机腔体内。
（4）密封油脂（EP2）注入量不足。此区间采用的螺旋输送机驱动设备前后密封腔共 12 个油脂注入孔，通过多点泵根据设计压力均匀注入进行密封。在盾构掘进过程中，螺旋机内部的水土压力值大于设计值，致使泥沙、水进行减速机内部，并对唇形密封造成了不可逆转的磨损，进而形成了减速机内部与筒体间的通道。
4 螺旋输送机应急处理
该区间上方房屋较为密集，且螺旋机故障所在处正上方为民居房，盾构机不能在此处长时间停机，出土和保持土压稳定又是螺旋输送机的核心功能，需要进行应急处理。由于地面情况复杂，在施工的不同阶段采取了不用的措施。
4.1 渣土改良
根据全断面砂层地质工况，选择更优的泡沫剂，改善渣土的流塑性。使其不仅方便土体开挖、兼具润滑效果，更能改善螺旋输送机内部土压力的作用，平衡唇形密封内外压差。
4.2 减速机维修
对减速机内部全方位清理、清洗，更换齿轮油、更换减 速机备用齿轮，并在掘进过程中根据实际情况不断进行清洗、 齿轮油更换。
4.3 增加密封油脂注入量
减速机与筒体内部已有渗漏通道，为了加强密封性，进 一步调高密封油脂（EP2）注入压力，加强其密封性，防止泥沙再次流入减速机内部。在实际掘进过程中，由于密封渗漏通道的存在，密封油脂注入压力的增强，使减速机舱体内部也充满了密封油脂，在此种情况下仍出现了泥沙的渗入现象，影响减速机运转。
4.4 密封油脂类型
盾构掘进至 320 环时，减速机与筒体内部渗漏通道有所增大，齿轮油的更换频率已影响到正常掘进。根据盾构厂家技术人员建议，将 3 道密封油脂（EP2）中外侧两道更换为HBW 密封油脂，同时布置 HBW 密封油脂管路与适配器。通过此种应急处理，盾构机掘进至 336 环，脱离了地面民房区域。
5 螺旋输送机改造
由以上应急措施可以看出，在隧道内未进行唇形密封更换。因为螺旋输送机中部驱动结构有一重大缺陷，周边驱动相关部件损坏后无法在隧道内解体修复。在隧道施工过程中， 螺旋输送机在长期运转下，周边驱动模式极易出现过度磨损现象。为了从根本上提高螺旋输送机的适应性，满足盾构施工实际需求，减少并便于维保工作，对螺旋输送机及皮带输送机进行以下改造。
（1）中驱改为后驱，由周边驱动模式改为中心轴带动整个螺旋轴回转模式。此种改造后驱动轴直接与螺旋轴采用轴销连接，驱动或密封出现故障后可直接在隧道内拆卸、更换，便于维修保养；且相对于原结构，减少了回转周长，增加了实际使用寿命。
（2）出土口由原驱动上部出土改为驱动下部出土，降低泥沙流入密封内部概率；将单闸门改为双闸门，提高在富水地层的适应性。
（3）皮带输送机相应的向前延伸，适应出土口位置改造。
6 结束语
文章对 ZTE6250 土压平衡盾构机螺旋输送机应急处理及改造的描述，基本形成了一种类似盾构螺旋输送机应急及改造方法。在中国盾构机技术飞速发展，推陈出新的当下，通过对旧设备的适应性改造，能实现其价值最大化，并减少成本， 提高企业经济效益和节约社会资源。
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