始发井下盾构机主驱动密封系统维修

徐长胜，张 军，许 磊

（中建隧道盾构分公司，湖南长沙 410004）

0 引言

盾构机主驱动密封系统是主驱动系统的防护盾牌，如果在掘进过程中失效，可能引起主轴承损坏，造成巨大的经济损失。为预防此现象发生，通常会依据设备掘进里程及使用状况进行预防性维修，以降低掘进过程施工风险。从便捷性方面考虑，一般选择在平整的地面上，将盾构机前盾翻身，使土仓朝上进行密封的更换、跑道的调整或更换。对于平移过站或存在其他限制因素时，也可选择在始发井下进行主驱动密封系统的维修。

1 主驱动密封系统介绍

1.1 系统结构

密封系统的主驱动共有内、外两个密封系统，均由唇形密封、O 形圈、隔环、压环组成。其中，外密封4 道，内密封3 道。压环在压紧密封的同时，土仓与密封系统直接隔离，隔环将相邻密封隔开以形成腔室

1.2 工作原理（图1）

工作时，HBW 油脂通过气动油脂泵经马达分配器输送至驱动箱油脂孔，流入密封腔一，腔内压力大于土仓压力，使油脂从压环缝隙溢出，阻碍渣土进入驱动系统。EP2 油脂通过气动油脂泵经多点泵、驱动箱油道，注入密封腔二，在提高密封效果的同时，对其进行润滑，减小磨损。齿轮油在气体压力下经齿轮油罐输送至驱动箱油道，流向外密封腔三，腔内压力通常为0.2 bar[1]（0.02 MPa），主要用于对密封润滑和散热。检测腔用于观察是否存在油脂泄漏。内外密封系统最内侧一道密封唇口方向均与掘进方向相反，用于防止齿轮箱内齿轮油泄漏，其余密封唇口方向均与掘进方向一致。

图1 主驱动密封系统局部

1.3 密封失效的表现

在掘进过程中，当出现驱动箱油温持续异常偏高、齿轮油液位和齿轮油泵出口压力异常变化、油脂注入量异常增多等现象时，均可能是密封失效的预警，需立即停机查清原因，采取措施后方可继续掘进。当检测腔透明管中发现有油脂泄漏时，可以根据泄漏油脂类型，分析设备状况或密封失效情况。

1.4 密封失效的原因

密封失效的原因主要有如下4 种。

（1）设计缺陷。主驱动压环与跑道间隙较大，跑道、唇形密封、O 形圈材质选择不当或制造存在缺陷等，都会缩短密封系统使用寿命。

（2）安装缺陷。密封安装不平整、隔环变形、密封唇口方向错误、密封O 形圈规格型号与设计要求不符等人为因素，均会影响主驱动密封性能。

（3）使用不当。土仓压力过大、驱动箱油温偏高、密封腔油脂注入量过大或过小、主轴承齿轮油及滤芯污染严重、HBW 油脂质量不合格等，均会破坏密封结构，加速密封失效。

（4）正常磨损。跑道与密封长期相对旋转，在摩擦力的作用下，二者均会磨损，表现为唇口压缩量减小，跑道上出现一整圈划痕与凹槽，使得密封与跑道不能紧密配合，腔体承压能力降低。磨损程度与掘进地质、累计掘进里程及油脂注入压力等有关。

其中，因设计缺陷和安装缺陷导致密封失效的可能性较小，使用不当会缩短主驱动密封使用的寿命周期，正常磨损是最常见的失效原因。

2 密封系统维修

下面对土压平衡盾构机主驱动内密封系统在井下维修进行介绍。外密封系统的维修与其类似。

2.1 密封与跑道拆除

（1）拆除流程：压环拆除→第一道密封拆除→隔环拆除→第二道密封拆除→隔环拆除→第三道密封拆除→跑道拆除。

（2）安装过程。

压环拆除：压环螺栓拆除后，在合适的螺栓孔处安装吊环螺栓，通过切口环安装的手拉葫芦及吊带，将压环取出。

密封拆除：清理压环与第一道唇形密封间的油脂，现场制作密封拆除专用工装，伸入密封底部，将其取出。工装顶部应圆滑、无毛刺，防止将密封割破损坏。

隔环拆除：在隔环顶丝孔上，对称安装6 个丝杆并同时向外拔出，保证隔环受力均衡，移动距离相同，以防隔环变形或卡住。

跑道拆除：在跑道调整螺栓孔上，均匀安装10 根顶丝向外顶出，顶丝应对称同步拧紧，每个顶程保持在5 mm，偏差不超过2 mm，在顶出跑道一半长度后，为防止顶丝承受跑道自重而变形，在跑道左右两侧各挂一个手拉葫芦，顶部用加工的专用卡具临时稳固，及时调整手拉葫芦导链，保证跑道平稳拆出。

2.2 磨损检测

（1）检测方式。使用钢直尺、电子游标卡尺，在每道密封与跑道接触的磨损位置处，选取至少4 个点进行测量，以最大测量值作为磨损量。

（2）维修方式。从经济性和工期方面考虑，对磨损宽度小于6 mm 或深度小于1 mm 的跑道，可通过调整跑道位置，使跑道上磨损的划痕与密封的接触位置错开，让新的光滑摩擦面与密封唇口配合。从安全性考虑，对超过磨损限值的跑道必须进行更换。

2.3 密封与跑道安装

（1）安装流程：跑道安装→第一道密封安装→隔环安装→第二道密封安装→隔环安装→第三道密封安装→压环安装

（2）安装过程。

跑道安装：内跑道安装前，对驱动盘进行清洁，预先标记跑道位置，使跑道上油脂孔与驱动箱油道一一对应。安装时，通过调整手拉葫芦使跑道向槽内逐步靠近，然后使用顶丝顶进，安装到位后预加HBW、EP2 油脂，确保油脂可以流出后，清理油道溢出的油脂。

隔环安装：使用尼龙棒对称敲击压环，待安装到位后，用压入工装压紧隔离环，使其处于合适的安装位置，并用游标卡尺，检查安装深度是否一致。

密封安装：密封安装时，应使唇口方向与设计图纸一致，用尼龙棒将其压入腔内并轻锤到位。

2.4 静态保压检测

密封与隔环安装完毕后，在压环安装前，先在压环底部与跑道顶部的空间中，安装Φ20 mm 的橡胶密封条，同时封堵油脂溢出通道，分别向HBW 油脂腔、EP2 油脂腔、齿轮油腔充入压缩空气，当压力达到1 bar（0.1 MPa）时停止充气，30 min 内压降值小于0.2 bar[2]，则安装质量良好，密封性能合格。

3 密封系统维护

（1）定期更换齿轮油。根据盾构机使用说明书，每半年进行一次齿轮油及滤芯的更换，并定期对齿轮油取样检测，分析油样成分，根据检测报告决定是否更换[1]。对于新设备，磨合运转期间，齿轮箱内金属屑会增加，一般掘进50 环即进行更换[3]。

（2）选用优质HBW 油脂。选用优质的油脂，以防马达分配器频繁堵塞，甚至出现HBW 油脂腔中存在结块纤维，阻碍油脂正常溢出。

（3）保证最佳冷却效果。保证外循环水压在4～8 bar（0.4～0.8 MPa），水温不超过25 ℃，内循环水压在3～5 bar（0.3～0.5 MPa）[1]。保持循环水池干净，储水量充足，定期清洗外循环水滤芯，定期对内外水散热器维护。

（4）保证最佳掘进状态。根据盾构机埋深和地质变化，适时调整土仓压力、油脂注入量及注入脉冲次数、改善渣土性能等，土仓压力最大一般不大于3 bar[1]。

4 结语

熟悉盾构机主驱动密封系统工作原理，了解导致密封失效的原因，有助于主驱动密封系统的正确维护，有利于保证主驱动密封系统的使用寿命。盾构机主驱动密封系统用于井下维修技术，可有效解决施工工期紧、地面场地小等问题，对类似工程有一定参考意义。