浅谈盾构注浆搅拌桶漏浆故障及对策

欧阳俊伟

摘 要：注浆系统作为盾构机必不可少的一部分，在盾构法施工过程中起着举足轻重的作用。然而注浆搅拌桶的漏浆故障一直影响着盾构机施工工作效率，较高的故障率更是直接影响施工安全。本文讲述盾构机推进施工现场出现搅拌桶漏浆现象以及设备的改进。

关键词：注浆系统；注浆搅拌桶；密封系统；集中润滑泵。

1引言

盾构向前推进时，随着盾尾的向前将造成管片与土体产生间隙，若不及时地进行补浆，周围地基土塌落会引起地面的沉降，地下水渗入，并对已建构筑物带来影响。注浆系统则是在盾构推进的同时补充浆液，填充空隙，稳定地层，配合合适的浆液、参数、工艺、在管片的周围形成稳定的固结层^[1]包裹管片形成有效的保护圈，从而提高止水性能，防止周边地基土的脱水、地基土的变形，有效的减少隧道内的渗漏水，减轻了隧道养护的工作量，再则近年来盾构隧道的大深度化，水压力倾向变高，良好的注浆效果更被重视。

注浆系统另一功能在于稳定衬砌结构，分为衬砌构造的稳定^[2]和盾构施工的稳定。衬砌构造的稳定指的是在地层的土压力下，使作用在衬砌结构上的轴向力在力学上达到稳定。盾构施工的稳定指的是盾构法施工时已经拼装好的管片需要提供盾构推进的反力，若注浆不充分将使已拼管片衬砌不稳定，影响盾构推进方向的控制。

总之注浆系统一直在盾构法施工中扮演重要的角色。

盾构注浆搅拌桶：作为盾尾注浆系统中的加注设备，是注浆系统不可或缺的设备之一。注浆介质一般为膨润土，为防止桶内装的膨润土凝固，需要进行持续搅拌否则浆液凝固堵塞注浆管路会影响整个施工过程，甚至导致盾构固结无法前进造成重大事故。注浆搅拌桶组成：桶体、支撑架、搅拌电机、搅拌轴、主动端轴端密封、被动端轴端密封、注浆泵。盾尾注浆关系着整个盾构施工的安全。现在隧道作业一般特点：工程量大，工期紧张，工程质量要求高，作为大型工程，各级领导高度重视。

注浆搅拌桶轴端密封作为关键部位，漏浆的问题长期困扰一线工作者，经常因需处理泄露的浆液而影响施工的正常运行。

2工况概述

南京某工程施工现场出现搅拌桶搅拌的同时浆液泄漏，轴端密封处油脂伴随浆液一并流出。

现场组织质量部门、技术部以及施工作班组对注浆桶泄露故障进行专项检查，改进设备与解决质量问题。从而提高产品质量，降低密封不合格率。

3 对比分析新旧密封系统，确定密封改进目标

轴端密封采用过两种形式：传统的盘根密封式、新型的集中润滑密封式，相较传统盘根式密封新型集中 润滑密封具有轴承内置，接入集中润滑系统空间节省，容积更大等优势。

根据新加坡926与腾达盾构推进保环记录统计推算盾构注浆桶轴端密封合格点数如表1所示

盾构编号	密封形式	检查点数	合格率
C926-1#	盘根式密封	1329	81.34%
C926-2#	盘根式密封	1329	85.78%
C926-3#	盘根式密封	1329	84.73%
C926-4#	盘根式密封	1183	86.56%
滕达-1#	盘根式密封	1967	84.34%
滕达-2#	盘根式密封	1897	85.93%
合计		7660	84.79%

表1 盘根密封式轴端密封合格率

根据南京与杭绍盾构已推进段保环记录盾构统计推算注浆桶轴端密封合格点数如表2所示

盾构编号	密封形式	检查点数	合格率
南京-1#	集中润滑密封	1531	91.38%
南京-2#	集中润滑密封	1548	90.50%
杭绍-1#	集中润滑密封	1167	92.03%
杭绍-2#	集中润滑密封	1167	90.32%
合计		5413	91.04%

表2 集中润滑密封式轴端密封合格率

如上可知相对于早先盘根式密封设计，新型集中润滑主要通过密封圈与集中润滑系统进行密封，对安装要求更高但密封效果有显著提高，平均合格率达提高到91.04%。然而90%左右的密封合格率在整个长距离的盾构推进施工中还是造成很大影响，我们需进一步提高合格率。对注浆搅拌桶轴端密封问题进行调查、记录、分析。

新型集中润滑密封式轴端密封工作机制为：在两道U型密封圈间配合集中润滑油脂形成一道有力的屏障，可以有效的将浆液阻断在迷宫槽外，注油口1及注油口3向迷宫槽处注入油脂提高有效的阻力。注油口3处提供U型密封圈间的油脂同时补脂迷宫槽。

集中润滑式密封系统已经成功运用在福州项目六台盾构机的注浆搅拌桶上，

根据调查结果进行不合格点数频数分析绘制问题分布直方图。可以得出“集中润滑泵故障”与“U型密封圈磨损”所导致的搅拌桶轴端密封不合格频数最高，两项原因所占累计频率达到63.63%，所以可以看出解决这两项问题对提高注浆搅拌桶轴端密封合格率起着决定性的作用。

结论

通过调查结果可以发现南京已推进段注浆桶轴端密封合格率为90.80%，主要故障是“集中润滑泵故障”与“U型密封圈磨损”累计频数占比63.63%，如果可以将这两问题解决80%，那么我们的合格率将为：1-(1-90.80%)*（1-63.63%*80%)=95.48%

4主要故障的解决

4.1集中润滑泵故障

通过对“集中润滑泵故障”导致的密封不合格的各方面进行详细的原因分析。

锁定主要原因

1.集中润滑补脂泵每分钟补脂量

2.集中润滑补脂泵补脂量大小对系统影响。

确认过程：

1.对南京盾构两套补脂泵进行测量试验每分钟出油量；

2.泵为双出口，且两出口在安装中被合并实际加注量为6ml/min，

更改方案：

更改集中润滑系统设置集中润滑泵加注流量不超过3ml/min、保证泵工作压力不超过100bar。具体方案如下

1. 更改集中润滑系统管路走向。

4.2 U型密封圈磨损

通过对“U型密封圈磨损”导致的密封不合格的各个方面进行详细的原因分析。

锁定主要原因：

U密封圈使用的不是TPU材质，而是PTFE。

更改方案：

更换密封圈，选择TPU-热塑性弹性聚氨酯

4.3 检查实际密封效果

通过推进记录，主要表现为注浆桶搅拌轴承座的油脂加注泵压力高，油脂排出，密封效果未能达到预期。

4.4新质量问题的处理

根据出现的问题重新组织车间人员调试，记录相关数据，具体情况描述：当注油口3通过分配器管路连接后，利用油脂泵进行油脂加注，发现泵组在加载过程中电动油脂泵压力上升较快，泵站原设定安全压力100bar，油脂从泵站溢流口排出。

4.5 确定跳泵原因，设计改进方案

现场对此现象进行专项观测。首先对可能造成故障的原因进行排查。

1）检查轴承座的相关部件加工情况，红色标记处的U型密封唇形处是否可以有效的开启，是不是因为零件结构影响了唇形的有效开启。

2）检查密封槽的深度

3）测量密封安装后的密封内圈尺寸，并校核与轴套的配合尺寸。

4）单独检查轴套与密封的安装情况，用泵实测油脂的加注情况，泵原设定100bar仍旧未能溢出油脂。

结论：这次油脂分配器采用2000型递进式分配器，油脂从注入口3进入后由于油脂未能顺利排出，造成分配器未能有效进行下一道活塞的开启，泵源压力过高，既油脂到分配器的第一道出油口就堵住，并最终导致跳泵。

解决方案：

1、加工密封实验所需装置，对主、被动轴承座在旋转密封腔新钻孔作为油脂排泄通道，并在此通道出口处增加管式溢流阀。溢流压力50bar；

2、将油脂泵一个出油口加装回油管路，使其回流至油脂桶。

3、对红色标记处，唇形上翻的地方进行倒角处理。

4.6 改进执行并检测

现场根据确认图纸进行更改，并对运行情况进行记录。对新增加的溢流阀进行压力调整后，加注油脂，能正常从溢流阀处泄压，分配器正常工作。

4.7 新型集中润滑密封式轴端密封的设计与改良的结果

在南京盾构项目部，对新推进的过程中注浆搅拌桶表现进行记录分析，针对6项密封缺陷，共检查600处，不合格点23处，合格点577处，注浆搅拌桶轴端密封合格率为96.16%。

5结语

千里之堤溃于蚁穴，绝对不能放过任何隐患，及时的发现问题改进设备，当反复出现问题时应该耐心分析团结大家共同攻克难关。而且盾构机的每一个设备的更新改良都将为隧道的安全施工提供更有利的保障，这是作为一名机械工作者的义务。

注浆搅拌桶虽然只是盾构机千百设备中的普通的一员，却扮演着重要的角色，其密封的合格率更是直接影响施工的安全与进度。改良后的密封结构提高盾构在掘进过程中浆桶轴承使用寿命，降低了维护费用，符合现在施工对产品的质量的要求。新型注浆搅拌桶轴端密封的优化成果显而易见。在后续的盾构机上将得到更广泛地运用。作为隧道人的我们也将持续为中国地下事业献出自己的青春和汗水。

参考文献

[1]陈馈,洪开荣,焦胜军.盾构施工技术（第二版）北京：人民交通出版社股份有限公司，2016.3

2. 张冠军,博德明.日本盾构隧道新技术资料汇编.上海：上海隧道工程有限公司技术中心隧道网站

作者简介

欧阳俊伟，男，1991年2月生，助理工程师，从事盾构机检验及验收工作，现供职于上海隧道工程有限公司。