盾构刀盘支撑法兰密封位磨损修复技术

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施工技术

CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2012年4月下第41卷第363期

盾构刀盘支撑法兰密封位磨损修复技术

张洪涛，郑国良，刘景华，王太平

（中建市政建设有限公司，北京

100161）

［摘要］盾构刀盘支撑法兰位于切口环内，主要作用是将刀盘与主驱动连接起来，驱动刀盘的旋转。盾构刀盘支撑通过法兰盘与主驱动齿轮相连，刀盘在旋转过程中连接的密封位极易进入泥砂，长期旋转过程中容易造成密封位的磨损，因此法兰盘在掘进一定距离后必须进行检查、修复。某法兰盘为宽740mm ，中心直径2740mm 的圆环，并连接6个牛腿。为防止该法兰盘的变形，采取镶嵌钢环加补焊的修复工艺，达到了法兰盘变形量小、平面精度高的目的。

［关键词］隧道；盾构；刀盘支撑法兰；镶嵌钢环；磨损；焊接［中图分类号］TU245

［文献标识码］A

［文章编号］1002-8498（2012）08-0032-03

Repairing of Abrasion on Sealing Position of Shield Cutter Flange

Zhang Hongtao ，Zheng Guoliang ，Liu Jinghua ，Wang Taiping

（China Construction Municipal Construction Co．，Ltd．，Beijing

100161，China ）

Abstract ：The cutter flange locates in incision ring of shield which main function is connecting the cutter and main driver to operate the cutter．Because the shield cutter and main driver gears is connected with the flange ，so the sediment is easy to enter the sealing position during cutter rotation．The sealing position always abrades during long-term rotating of shield cutter．Thus the flange should be checked and repaired when shield run a certain distance．Some flange connects 6corbels with 740mm-wideth and 2740mm-diameter．Repairing technology of inlaying steel ring and welding is adopted to control the deformation and plan accuracy．

Key words ：tunnels ；shields ；cutter flanges ；laying steel rings ；abrasion ；welding ［收稿日期］2011-11-14

［作者简介］张洪涛，中建市政建设有限公司工程师，北京市西四环南路52号中建一局大厦6019室100161，电话：（010）83982793，E-mail ：szgcb-zht@163．com

盾构是集液、电、气、传感于一体的大型机械化专用施工设备，主要用于城市地下隧道、管沟等施工。盾构刀盘支撑形式主要有中心支撑、中间支撑、

周边支撑3种形式，在目前地铁施工中盾构广泛采用的是中心支撑和中间支撑的形式，

中心支撑式以德国的海瑞克为代表，

中间支撑式以日本产盾构为代表。支撑的形式直接决定了刀盘支撑的结构形式。日本某厂家的盾构刀盘支撑法兰与主驱动连接处设置了一道端面密封，用于防止泥砂进入轴承内，刀盘支撑法兰在长期的运转过程中极易出现磨损。磨损后密封位的修复精度至关重要。1

刀盘支撑基座密封结构及磨损原因

本盾构为土压平衡式盾构，采用外齿啮合的中间支撑的结构形式（见图1）。刀盘支撑一侧通过6个牛腿带动刀盘的旋转，另一侧通过法兰盘与主驱

动齿轮相连。法兰盘连接处设有一道多唇端面密封，盾构在正常掘进过程中通过向密封腔内加注润滑油脂起到润滑、防止土仓内泥砂进入主轴承箱内的作用。本次检修的2台设备均已推进完成5km ，检修过程中发现刀盘支撑法兰密封位处已经出现多道不同深度凹槽，凹槽区域宽度为70mm ，直径为3270mm ，其中磨损最深达10mm ，磨损区域及磨损情况如图2所示；多唇密封的3道唇边均已磨损。经测量、试验分析主要由以下原因造成法兰盘密封位的磨损。

1）该结合部位长期处于泥砂、水压力包围中，润滑油脂填充不充分时，土砂极易进入密封位置处与法兰盘产生摩擦，长期旋转过程中，导致法兰盘密封位和密封磨损。

2）外周密封位直径约为3270mm ，圆周长约10.5m ，圆周上设有4个润滑油脂注入点，为确保达到保压、润滑的效果，必须确保每个点的注入量。所以在润滑油脂泵泵送能力下降时，每个点的注入量就会下降，直接影响润滑效果。

2012No．363张洪涛等：盾构刀盘支撑法兰密封位磨损修复技术

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图1

刀盘支撑法兰结构

Fig．1

Structure of shield cutter

flange

图2

刀盘法兰盘磨损区域

Fig．2

Abrasion area of shield cutter flange

3）长期旋转过程中外侧环缝钢板磨损，间隙增大，

增大了土砂涌入概率。综合以上分析，掘进过程中防止泥砂进入法兰盘面对密封位的磨损是关键。因此必须对法兰盘进行修复，对外周唇形密封进行更换。2

维修方案确定

盾构机刀盘支撑中6个牛腿及法兰盘面的结合部位均是精确定位安装，

法兰盘面连接处有4个定位销，修复工艺的核心是控制法兰盘的变形量和确保修复后法兰盘的平面度及法兰盘与6个牛腿结合面的平行度。基于以上几点考虑形成以下3种方案。

1）直接补焊磨损部位

利用CO 2气体保护焊，

采用补焊方式进行修复。因局部磨损量较大，需要分层焊接，且法兰盘厚度仅有40mm ，控制变形量存在一定困难。

2）镶嵌圆环螺栓固定

在磨损部位镶嵌圆环，

并采用螺栓固定。因镶嵌圆环宽度较窄，厚度较薄，造成固定圆环的螺栓孔位较浅，在磨损过程中易被磨穿，且在原法兰盘上加工较多的螺栓孔，对法兰盘的强度有一定影响。加工复杂，定位困难，且存在一定隐患。

3）镶嵌圆环加补焊

在磨损部位镶嵌圆环，利

用CO 2保护焊焊接固定。此方式相对第1种方式焊接量大大减小，焊接变形较小；而相对第2种方式对法兰盘本身影响小，圆环固定更为可靠。

综合分析3种方式的优缺点，最终决定采用第3种方式。3维修方案实施3.1

准备工作

1）刀盘支撑法兰盘面清理、测绘

由于法兰盘

密封位处圆周较大，深度较深，为确保圆环整体镶嵌精度，

先将法兰盘面清理干净，测绘出磨损部位尺寸，为加工圆环和车削法兰盘做准备。

2）圆环加工采用8m 立车，将与法兰盘同材

质的25mm 厚钢板按测绘尺寸加工一个直径为3270mm 的圆环，找好圆环同心度、平面度，单侧面切削5mm ，作为镶嵌圆环与法兰盘的结合面。3.2

刀盘支撑法兰盘固定与车削

利用立车转盘上的固定夹具分别从径向内、外两个方向将刀盘支撑6个牛腿固定在立车转盘上，用百分表先找平并调好工装平面度，

再找好6个牛腿与法兰盘的平行度并用压板调整固定（见图3）。按照绘制尺寸图结合加工完成圆环的实际尺寸车削法兰盘安装槽，在槽底平面向上留2mm 处两侧打40ʎ坡口预留焊口。车削加工过程中与镶嵌圆环尺寸进行测量比对，直到圆环与法兰盘安装槽完全吻合。3.3

焊接工艺

1）焊接设备及材料选择

焊机采用NB-

500CO 2气体保护焊，其优点是没有药皮，不易夹渣，焊接过程中产生的热量少，

散热快；通过试验，法兰盘的母材为Q235，所以圆环也采用Q235钢材。据此选择JQ．MG50-6， 1.2mm 气体保护焊丝。

2）法兰盘与圆环定位

镶嵌圆环放入加工后

的法兰盘槽内，先把圆环十字定位，圆环内外双面点焊再分8份点焊，16份点焊，依次类推。双向点焊直到最后点焊距离5cm 。

3）焊接控制

为防止过热变形，采取分段对

称、整体分2层焊接方式。点焊完后，先焊第1层，