浅谈土压平衡盾构机螺旋机轴隧道内断裂分析及处理措施

1、 浅谈土压平衡盾构机螺旋机轴隧道内断裂分析及处理措施 摘要:本文以某盾构机使用于地铁施工，区间主要穿越硬塑粘土、粉细砂土、中密砂土、细砂土、粘土、细砂土、亚粘土地层，掘进过程中发生螺旋机轴发生断裂，现场判断为螺旋机前端节轴断裂。关键词: 盾构机、螺旋机轴、断裂0引言盾构机现场施工情况，总里程约 1.5km，现掘进里程约 340m，现土仓内顶部土压 1.8bar，盾构掘进地层处于粘土层，土体自稳性较差。掘进过程中盾构司机观察发现螺旋机出碴不畅现象：螺旋机转动但无渣土排出，故打开前部检修口进行检查，发现螺旋轴前端存在断裂，螺旋轴断裂位置距前端约 1500mm。断裂位置如下图所示：1.总体解决方案现

2、场通过外部专家的咨询及内部专家的讨论，综合考虑后期施工风险、工期等因素，断轴问题拟通过两个方面处理：首先现场对盾构机前端地层进行加固处理，保障隧道内施工安全；其次，判断断裂位置，做好准备，进行焊接处理。2.现场组织处理2.1准备工作（1）打开观察口检查螺旋机轴断裂情况，检查螺旋机断轴各在什么位置；（2）清理泥渣，使用水冲或掏泥方式将断轴位置的泥渣清理干净，方便后续焊接工作；（3）核实掘进地层掌子面稳固情况，是否具备将螺旋机断轴拔出条件，加固处理的地层较为稳固，可进行断轴拔出并进行焊接；（4）工具准备；具体详见下表序号名称规格型号单位数量备注1销轴无缝钢管 152*18/q345b件12工艺筋板

3、钢板 20/q345b件53加强筋钢板 20/q345b件44卸扣5t件55螺旋扣3t件56气保焊机zx7-630s件17直磨机带磨片件18手割枪 g01-300g01-300件1带气压表9线盘件110风机件111气刨枪一套件112焊条j507 4包813焊丝e-506 1.2kg4014混合气瓶按需15氧气乙炔（瓶装）瓶按需16碳棒8*355mm包517石棉布kg2018角磨机带磨片件119尖嘴钳 6”件120扁凿 22mm件121防堵剂盒122碳弧气刨枪件123焊工劳保用品套若干2.2断轴修复（1）加工销轴 1 件、工艺筋板 5（200mm*30mm*20mm/q345b）、加强筋板5件（

4、200mm*30mm*20mm/q345b）；如下图所示（2）打开轴断裂位置检修口，开启时需确保无喷涌情况发生。通过开启的检修口，清理两段轴周边的碴土，并将两侧轴端部使用火焰进行烘干处理；（3）现场使用管片螺栓或其它钢结构件用作临时吊耳，将吊耳分别焊接至上、下段螺旋轴上，并将上段轴尽量往前伸，但需保证留有足够的人员操作空间。使用钢丝绳、卸扣等将吊耳两端进行固定；（4）关闭开启的检修口，并保证密封完好。通过伸缩油缸将螺旋输送机缩回，待螺旋机完全缩回后，并关闭防涌门；缩回时注意观察盾体土仓压力变化，若盾体土仓内有明显压力变化，在后续开启 检修门时需注意防止喷涌造成的人员。通过开启前部检修门观察螺旋

5、轴断裂处与筒体的位置关系。拆卸固定节位置上部泡沫管路，在断裂位置上部筒体增开检修口，检修口需覆盖断裂位置前后区域，检修口成扇形，切割弧宽约 0.8m，长约 1m（可从距固定节法兰端部 0.3m 处开始切割），切割时需注意避开泡沫孔座及检修门框；（5）通过检修口清理螺旋机内碴土，尽量将碴土清理干净，并使用火焰进行烘干处理，刨除两段轴之间的连接吊耳。观察两段轴断裂位置及周边区域有无裂纹，若存在裂纹需将裂纹区域进行割除；（6）将两段轴及叶片切割平整，并进行初次对接，对接时可通过旋转后段轴来与前段轴进行校对，仅需保证轴与轴、叶片与叶片之间均能通过焊接确保强度即可。将断裂处叶片与轴刨开，刨开长度需大于

6、50mm，将两段轴、叶片开坡口，轴上坡口为 3630，叶片坡口为双边 1430，坡口刨完后需打磨、清理，保证对接位置焊接性能；（7）使用直磨机将轴内部进行打磨除锈，将加工的销轴分别尝试插入上下两段轴确保销轴能插入螺旋轴内，将销轴一半长度插入上段轴中，并使用焊丝将其点焊固定在上段轴中，使用螺旋扣等将下段轴与筒体进行固定，但需保证能进行稍微调整下段轴位置；（8）通过伸缩油缸将上段轴缓慢前伸，通过调整螺旋扣，将上、下段轴通过销轴进行连接，尽量保证轴与轴、叶片与叶片之间间隙不大于 30mm。对接完成后，使用工艺板将上、下段轴进行固定，然后去除下段轴与筒体之间的螺旋扣等；工艺板轴上均匀焊接 3 件，叶片

7、两侧面各焊接 1 件。通过慢速反转确认下段螺旋轴的同轴度，若下段轴与筒体之间摩擦严重，需重新通过螺旋扣进行调整；（9）焊接螺旋轴与叶片：通过对称焊接（需不断旋转螺旋轴），将螺旋轴与叶片焊接完成，需保证焊前预热，焊后保温；焊接完成后割除工艺板，将工艺板焊接位置焊接平整；焊接完成后加焊加强筋。焊接完成后使用石棉布进行包裹保温，保温时间不低于 10h，将切割的固定节检修口恢复。2.3技术事项（1）焊前预热，使用氧乙炔火焰对待焊接处预热，温度:100150，预热区应在焊缝两侧，每侧宽度不应小于焊件厚度的两倍且不小于 100mm；后热温度为 200250，并用保温棉进行保温缓慢冷却。多层多道焊，控制立焊

8、单道焊缝宽度不超过 18mm；（预热、后热温度可采用温度测量仪检测）；（2）保持焊接区域的干燥，务必清理焊接区域的泥污、水等杂物；焊接过程出现滴水等情况时，应先使用割枪烘干后方可继续焊接；（3）立焊：焊接工艺参数：j507nima，4，i=130170a，焊前焊条需经 380烘焙 1 小时（可用火焰烘烤），随烘随用；采用短弧操作，窄道焊方法；焊接完成后或中间停止焊接作业进行后热处理；4. 焊后去焊渣，飞溅物，焊缝打磨光整；待焊缝（轴对接焊缝及叶片对接焊缝）冷却后，对其进行探伤，优先考虑超声波探伤，如条件不允许，则采用渗透探伤；5. 螺旋轴对接位置叶片与螺旋轴不允许出现交叉焊缝。3.结论（1）近年国内使用土压平衡盾构机掘进长大隧道越来越多，同时隧道施工地质情况也越来越复杂、多样，尤其在砂卵、砾石等地层中掘进，断轴风险也愈发增大；（2）隧道内螺旋机断轴分析及处理措施也尤为重