盾构机螺旋输送机结构及其减速器故障紧急处理方法

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ZTE型土压平衡式盾构机进行掘进时，盾构机头部刀盘开挖出的渣土存储于机头的掘进土仓处，需通过螺旋输送机将渣土从掘进土仓中排出，并输送至盾构机工作面之外。本文介绍该盾构机螺旋输送机的工作原理，并介绍1起在西安地铁施工过程中螺旋输送机减速器出现故障时的紧急处理方法。

1.螺旋输送机结构

螺旋输送机入口（取土端）位于盾构机头部的掘进土仓内，驱动装置驱动排土装置将掘进土仓内的渣土输至螺旋输送机的输送管道内，并将进入输送管道内的渣土输送至排土口。

（1）驱动装置

螺旋输送机的驱动装置固定在该机简体1后部，4个低速大扭矩马达2的输出轴各安装有4个小齿轮3，小齿轮3与大齿圈4啮合。大齿圈4固定在螺旋轴5套环6上，当低速大扭矩马达2带动小齿轮3转动时，大齿圈4、套环6及螺旋轴5随之转动，并驱动螺旋轴5转动，当驱动螺旋轴5转动后，将进入简体1内的渣土从排土口10输出，如图1所示。

小齿轮3、大齿圈4均封闭在套环6与减速器7构成的箱体内，减速器7内盛装油，以对小齿轮3、大齿圈4进行。套环6的外径与减速器7内径之间设有滑动轴承8，以使其转动灵活。滑动轴承外测设有密封环9，既可防止油从减速器7泄漏，又可防止筒体内的渣土进入减速器7内部。

螺旋轴5驱动端（后部）采用滑动轴承8固定，取土端（前部）为浮动支撑（无支撑轴承）。取土端的外壳焊接有耐磨合金条，螺旋叶片边缘焊有硬质合金块，叶片受渣土摩擦的一面堆焊有硬质合金条纹，这些设计使得螺旋输送机具有较好的耐磨性。

（2）排土装置

该工程施工的地层为砂石，地下水位较高，该土压平衡盾构机需在砂石层中掘进。为了防止砂石及地下水从螺旋输送机的排土口10喷涌，该螺旋输送机排土口10后部特别设置了2道由液压缸11控制的防喷涌排土闸门，以便控制排土量。排土闸门安装有行程传感器，可根据掘进速度和掘进土仓压力的大小，在主控室内有效控制闸门的开启度，随时调节排土量，并通过“土塞效应”，以控制掘进土仓内的土压，实现土压平衡。

在涌水较多的地层施工时，先将第1道闸门12关闭，将第Ⅱ道闸门13开启，将渣土存放在出土口处，然后将第Ⅱ道闸门13关闭，第1道闸门12开启，把渣土排放出来。闸门的交替启闭，能得到良好的止水效果。

（3）维修及应急装置

在螺旋输送机前、中、后位置各开有维修观察窗14，以便工作人员对螺旋输送机进行维修和排除障碍物。

排土闸门的液压系统中设置有蓄能应急装置，在突然断电、液压泵站突然停止工作时，可以启动蓄能装置关闭排土闸门。

螺旋输送机的筒体上设置有三个添加剂入孔，必要时可使用添加剂改良渣土，提高排土效率。

2.减速器进泥紧急处理

（1）故障现象

该土压平衡式盾构机参与了西安某地铁工程，当施工至左线隧道区间段的第127环时，随机维保人员在日常维保中发现，螺旋输送机减速器呼吸口有油泥冒出，立即停机进行检查。打开呼吸器，发现减速器里面充满油泥。打开减速器下方放油口，已无油流出，减速器下方也充满了油泥，而且减速器发热。

分析认为，由于减速器内的齿轮高速运转，减速器体内形成较大压力，减速器体中螺旋轴套环与减速器体密封损坏，造成杂物进入减速器，导致打开其呼吸口时，有油泥冒出。

（2）紧急处理办法

由于施工工期紧张，且螺旋输送机洞内维修可能造成砂石泥浆的喷涌，我们根据驱动装置损坏程度，在掘进施工的不同阶段采取了以下措施。

换油检查 我们采取以下3项措施：一是每班观察减速器体进泥情况和齿轮磨损情况，将减速器体内油泥排出，注入柴油清洗齿轮及减速器内部，完成清理后重新添加齿轮油。二是提取液压油箱内的液压油进行油品检测，监测进入减速器的渣土，是否通过低速大扭矩马达输出轴进入马达，进而对盾构机整个液压系统造成损坏，以保证盾构机液压系统安全。

减压 盾构机掘进作业时，将减速器呼吸口打开，避免减速器压力过高造成漏油。操纵盾构机按正常模式进行掘进，避免渣土压力过高，渣土挤入减速器内，造成密封圈、滑动轴承加速磨损。每环掘进完成后，螺旋输送机舱门关闭前，将螺旋输送机适当反转，以使螺旋输送机后部土压有所降低。

更换马达及齿轮 掘进至410环时，螺旋输送机出现不能动作故障。发现低速大扭矩马达输出端的小齿轮齿面已经严重磨损，小齿轮与大齿圈无法啮合，低速大扭矩马达轴与小齿轮孔花键近乎磨平。

螺旋输送机在运行时扭矩较大，其减速器内小齿轮及大齿圈转速较高，加之不良，造成小齿轮与大齿圈齿面严重磨损，导致小齿轮与大齿圈之间配合间隙逐渐增大。低速大扭矩马达启动时有很大冲击，使其输出轴的花键被磨平。

由于且该区间地层含水率高，此时对螺旋输送机进行全面拆检，势必造成更大的危险。为此我们采取以下3项措施：一是更换驱动装置的1个低速大扭矩马达和4个小齿轮，以维持螺旋输送机使用。二是继续定期提取液压油箱内的液压油进行油品检测，以监控液压系统安全。三是继续采取清理、观察换油的方法维持掘进。

增加卸压清洗装置

掘进至497环时，螺旋输送机再次不能转动，检查发现螺旋输送机减速器中一个驱动马达轴端骨架密封被磨穿。

分析认为，随着使用时间的推移，减速器内进渣土现象越来越严重，减速器内齿轮、滑动轴承磨损日益严重；油泥、渣土不能顺畅排出，造成减速器内部压力超过低速大扭矩马达的骨架密封压力，将骨架密封冲环。

针对故障的发展，我们采取了以下3项措施：一是更换已损坏的低速大扭矩马达，保证掘进。二是在减速器上部呼吸口处安装水管，加水清冼减速器内部，如图2a所示。三是在减速器底部割孔，释放减速器内部压力，如图2b所示。减速器内部的渣土和油泥也从此孔排出，以此方法保正盾构机掘进。

本工程区间总长1183.40米，共789环，通过采取紧急处理措施，顺利完成了本区间的盾构施工。

（3）原因分析

该工程完成后，我们将螺旋输送机解体，检查后发现此次螺旋输送机驱减速器损害主要有以下2个原因：

一是设计不合理。减速器设计为螺旋轴采取驱动端同定，另一端浮动的支撑形式。此种设计形式犹如螺旋轴处于悬臂状态，工作中螺旋轴滑动轴承及密封环受很大的径向力，且受力为点接触，造成滑动轴承及密封环早期磨损。

二是使用不合理。在螺旋输送机出土时，若螺旋输送机后部土仓压力较大，螺旋输送机使用大扭矩旋转，导致螺旋输送机内渣土压力大于减速器内部压力，将减速器密封损坏。

（作者地址：陕西西安新城区西闸口3号中铁七局集团西铁工程公司710000）