超大直径盾构机盾尾现场整修技术

一、盾尾整修原因

在南京长江隧道工程使用过的1台直径为14.93m的泥水平衡盾构机，其盾尾在经过切割、拆解、吊装转场和长期放置后，产生了严重变形和扭曲。此外，盾尾油脂管及注浆管损坏、锈蚀、堵塞严重，大部分盾尾刷压板固定螺栓锈蚀和脱落，盾尾连接面切割不齐，部分焊接坡口已经缺失，且表面锈蚀严重。

该盾构机盾尾是由4块盾尾块拼接而成，分别为1号、2号、3号、4号盾尾块，其宽度为5112mm，拼接后形成一个整圆，如图1所示：

鉴于盾尾上述严重变形和扭曲状况，我们对盾尾弦长和对角线进行了初步测量，结果如表1所示。

维修规范规定，实测差值应在±15mm之内。根据上表分析，其误差值均超过了允许范围，无法满足施工使用要求。经调查，新购该盾构机盾尾需人民币889万元。如将旧盾尾运输至工厂整修再运回工地，需要人民币525万元，且长途运输后极易造成盾尾二次变形，无法保证设计精度要求。

为节约资金，我们决定利用工地现有设备、工具和可循环使用的材料进行现场整修。盾尾整修的主要内容为盾尾的圆度调整、油脂管更换、注浆管疏通与更换，以及盾尾螺栓补焊与刷防锈漆等。

二、盾尾整修准备工作

1.准备主要材料

盾尾整修应准备钢板、H型钢、圆钢、槽钢、不锈钢管、圆管、角铁等材料，具体情况如表2所示。

2.准备主要设备

盾尾整修用主要设备包括2台ZX7-500型直流电焊机、1台ZX7-630型直流电焊机、2台MIG-500型气体保护焊机、1台TBI-80型液压泵站、1台CG1-30F型切割机、1台5t叉车、1台SQ500型砂轮切割机、1台震马MRo型管路疏通机和1只AR1130型高压水枪。

3.准备主要工具

盾尾整修用工具主要包括6台5～25t机械千斤顶、4台50t液压千斤顶、4台200t液压千斤顶、6台2-10t手拉葫芦、2台FY-EP-460型手动液压泵站、1台SYBZ-A4.5型电动液压泵站、2把11Z-FF-16A型手电钻和4台GWS7-125型磨光机。

4.搭设整修平台

盾尾整修之前，需搭设1个整修平台。为此，预制一块尺寸为19m×19m的钢筋混凝土场地，用200mm×150mm的H型钢搭建1个平台骨架，平台尺寸为18m×18m×0.8m。甲台骨架上铺设厚20mm的钢板，中心位置安装1根内径为150mm、外径为200mm的圆钢作为中心轴，如图2所示。

5.准备整修工装

盾尾整修工装主要是使用准备好的H型钢，制作6套顶出工装和6套收紧工装，如图3、图4所示。再准备16套拉杆装置、80套斜铁、立板以及其他焊接连板。

三、盾尾整修过程

1.盾尾圆度调整前的整修工作

盾尾圆度整修前，共有4项整修工作，即损坏油脂管处理、损坏注浆管处理、断裂盾尾螺栓处理和对切割缺陷的处理。具体内容如下：刨除油脂管上的焊接钢板，消除油污，去除旧油脂管，除锈后更换新油脂管，重新用钢板进行焊接封堵；割除旧的注浆管，清除内部水泥浆，修复进浆口，并焊接新的注浆管；割除损坏的螺栓，并对螺栓焊接面进行打磨，然后划线、预钻孔，焊接新螺栓；补焊盾尾拆除时的切割缺陷，切割整修外形，切割焊接坡口并打磨。

2.放样画线并安装整修工装

先以中心轴为圆心，在整修平台上分别画出直径为14980mm、14970mm、14630mm、14610mm的4个同心圆。再按如图5所示，安装盾尾调整工装。

3.组装与调整4号盾尾块

（1）4号盾尾块就位

首先，画线确定盾尾块的中心。其次，用二个吊钩将盾尾竖立，使盾尾的前部（以盾构机机头方向为前部）向下。再次，将盾尾块吊装到如图6所示位置，使其中心线与整修平台的A点对齐，盾尾的内、外圆弧与所放同心圆对齐。最后，在中心点A处进行焊接固定。为保证下部为一个平面，安放时需将整修甲台上设置的预留孔，作为盾尾注浆口的位置。

（2）4号盾尾块调整

先调整4号后尾块的垂直度，使其误差控制在±10mm之内，再调整盾尾的内外弧度，使其在允许的误差（±15mm）范围内。需要顶出时，将液压千斤顶放在盾尾和顶出工装之间进行弧度调整。需要收缩时，需先将盾尾焊接在收缩装置上，再收紧该装置进行弧度调整，如图7所示。

根据实际测量数据，如果局部盾尾弧度严重超标，无法用现有的调整方法进行调整，需采用局部切割解体方法进行修整。具体如下：切割盾尾的内弧板，通过收缩和顶出装置并辅以局部加热方法进行调整。待尺寸完全合格后，重新将解体的部分焊接恢复，然后将盾尾两端进行临时焊接同定。

4.组装与调整其他盾尾块

在调整好4号盾尾块后，按照对称的原则，依次调整2号、3号、1号盾尾块，其拼装、调整方法与4号后尾块完全相同。各盾尾块拼装完成后，检测各盾尾下部尺寸，合格后焊接固定，如图8所示。

5.盾尾整体圆度整修

具体步骤如下：首先，在盾尾内搭建适合作业的脚手架；其次，待4片盾尾拼装完成后，重新校核盾尾的下部尺寸；再次，测量自下而上所有位置的尺寸，确定修整位置及修整方法；然后，在盾尾内、外焊接反力支撑装置，用千斤顶收紧和火焰加热方法进行盾尾整体圆度调整；最后，待调整完成，自内而外、白下而上焊接固定板，用斜铁固定。

6.盾尾拼装直缝整修

4片盾尾块拼装完成后，需先检测校核盾尾的上部尺寸，合格后再拼装盾尾块之间的直缝，其拼装方法如下：首先，在盾尾直缝的内、外焊接2根尺寸为300mm×300mm×5400mm的H型钢，上部用同样型号的H型钢焊接固定。其次，在内、外侧安装斜撑加同，如图9所示。再次，用千斤顶调整盾尾块之间的直缝，调整时控制盾尾直缝误差在±15mm之内。最后，待调整合格后用连接板焊接定位。

7.盾尾上部圆度整修

（1）整修前准备工作

首先，安装人员行走用十字平台，十字平台下方用型钢支撑，如图10所示。其次，安装检测工装、顶出工装和收紧工装等。最后，检测盾尾上部的圆弧尺寸状况，确定修整位置及修整方法。

（2）整修盾尾上部

首先，对于对称位置圆弧大的部位用收缩装置进行调整，调整好后焊接固定端，用M40的螺栓拉紧。其次，对于对称位置圆弧小的部位用顶出装置进行调整，调整好后用千斤顶将其顶紧。再次，对于对称位置一端圆弧大、一端圆弧小部位，采用与盾尾拼装直缝相同的调整方法对其进行调整。然后，将盾尾调整到位后，焊接拉杆进行固定，以防止盾尾反弹。最后，检测盾尾上下圆弧、同心度是否合格。

8.整修收尾

整修收尾工作包括焊接支撑、割除预焊接定位点、拆除脚手架、喷涂油漆。盾尾整修完成后，再重新复核所有数据，检查确认其在误差范围内后，焊接盾尾支撑。主支撑梁用2根14号槽钢对焊而成，斜梁用直径150mm钢管进行支撑焊接，上述工作全部完成后，按原分块将盾尾拆解为4块。

喷涂油漆的方法如下：先清除盾尾上的油污，打磨切割后遗留的焊接痕迹，并用防锈漆涂刷漆层损坏的部位方；然后用白色醇酸漆对盾尾整体进行油漆2遍，使漆膜厚度达到70μm。

采用此方案对盾尾进行整修仅花费75万元，比购置新盾尾节约资金814万元，比将旧盾尾运输至制造厂商整修节约资金450万元。按上述方案对该盾构机盾尾进行整修后，我们又对盾尾半径进行了检测，结果所有数据均在误差范围内，由此说明此项整修成功。