豎井掘進機主機裝配工藝研究

李慶龍

摘要：豎井掘進機及其施工方法作為一種新型沉井施工裝備和工法，與現(xiàn)有設備相比，具有安全、高效、占用場地小、地質(zhì)適應性廣、對周圍環(huán)境影響小等獨特的技術(shù)優(yōu)勢，尤其適合在大直徑、大深度的豎井工程中使用。設備上裝配的零部件體積龐大、質(zhì)量大、加工精度高，各零部件配合精度高。在裝配之前，對裝配工藝進行了分析研究，制定出一套切實可行的裝配方案。設備的裝配分兩大部分來進行：支撐旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和伸縮銑挖系統(tǒng);通過化整為零的方式，對裝配中可預見的困難各個擊破，最終順利完成了裝配工作。

關(guān)鍵詞：豎井掘進機;伸縮銑挖系統(tǒng);支撐旋轉(zhuǎn)系統(tǒng);裝配工藝

下沉式豎井掘進機是用于各類豎井挖掘的全新技術(shù)。系統(tǒng)包括能應用于穩(wěn)定和不穩(wěn)定土層的下沉設備及豎井掘進設備。下沉式豎井掘進機的主要設計理念是：設備能夠在地下水環(huán)境中作業(yè)，從而大幅度降低工程成本。

在豎井整個掘進過程中，下沉裝置通過鋼索與位于地面的下沉機組相連接，并保證整個掘進過程能夠受監(jiān)控，從而使豎井能精確地建造在預定的位置。開挖臂能直接在水下開挖豎井下方的土體、去除障礙物和保證豎片均勻下沉。根據(jù)井周邊地層情況，井壁可采用預制混凝土管片、現(xiàn)澆混凝土和鋼管片，對于沒有地下水的地區(qū)，井壁可采用鋼墊和噴射混凝土。豎井開挖時，井內(nèi)、外地下水壓保持平衡，開挖出來的物料通過泥水分離站分離后處置。掘進和拼裝速度可保證0.9～4.5 m/d。

豎井掘進機作為井筒機械化、智能化施工的高端裝備，其集光、機、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，涉及地質(zhì)、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術(shù)，而且要按照不同工程的地質(zhì)進行“量體裁衣”式的設計與制造，其研發(fā)與制造直接反映了一個國家先進制造業(yè)的水平。其形成的掘、排、支相結(jié)合的全新沉井工藝，與傳統(tǒng)工法相比，避免了傳統(tǒng)鉆爆法對巖石的擾動，將人員從惡劣的環(huán)境中解放出來，大大提高了井筒鑿井成井速度。隨著其應用領域的拓展和使用需求的不斷提高，豎井掘進裝備技術(shù)主要向以下幾方面發(fā)展：

（1）大型化

即豎井工程朝著大直徑、大深度方向發(fā)展，相應地對裝備也提出同樣的要求。伴隨著人類對地下空間利用的不斷提高，大型化顯然是必然的一種趨勢，也就需要豎井掘進裝備在掘、排、支三個主要功能不斷地更新。首先，豎井深度增大后，掘進過程中所遇到的地層變化多，要求掘進模塊的適應性廣泛;斷面直徑增大后，需要提高挖掘的效率。其次，當豎井深度超過100m后，現(xiàn)有的排渣方式的效率和能力就很難滿足施工要求了，需要革新現(xiàn)有的排渣技術(shù)或方式。

（2）智能化

依托遠程監(jiān)控與智能化決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)豎井掘進機的自動控制、設備工作狀態(tài)的智能化識別和施工風險的預判，通過整合各方面信息，提高施工效率，同時降低施工風險。

（3）模塊化

按照功能，將豎井掘進機分成銑挖單元、回轉(zhuǎn)單元、排渣單元、連接橫梁、下沉單元、管線絞車、主機絞車和泥漿分離站等模塊，通過不同模塊的組合，適應不同規(guī)格、不同深度和不同地質(zhì)條件下的豎井建造。

支撐旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、伸縮銑挖系統(tǒng)兩大部件是豎井掘進機設計的重點新技術(shù)，也是設計控制的關(guān)鍵所在，其制造精度直接關(guān)系到整個項目的成敗。兩大部件關(guān)鍵制造點集中體現(xiàn)在以下3個方面：

（1）支撐大臂與固定座垂直、定位精度控制;

（2）旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)大軸承，小齒輪，內(nèi)外密封裝配尺寸鏈的解算、調(diào)整;

（3）銑挖頭伸縮臂的裝配順序和上下間隙的控制。

技術(shù)人員，針對豎井掘進機設計技術(shù)和圖紙要求，經(jīng)過多次工藝可行性論證，最后制定了30道工序，來裝配支撐旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、伸縮銑挖系統(tǒng)，具體如下：

（1）固定4個固定座的工藝支撐梁劃十字中心線;

（2）調(diào)整4個固定座間隙，使工藝支撐梁劃十字中心與管片中心重合;

（3）軸承支座按照掘進狀態(tài)反方向水平放置在等高方箱上，用薄貼片調(diào)整水平;

（4）裝配轉(zhuǎn)動轂與主軸承及轉(zhuǎn)動轂與內(nèi)密封，注意止口之間配合，間隙很小，裝配前清理干凈;

（5） 3個起吊點水平起吊主軸承，調(diào)整水平后與軸承支撐裝配;

（6）調(diào)整主軸承與軸承支座的空隙，至中心重合，螺栓固定;

（7）裝配外耐磨環(huán);

（8）密封固定環(huán)與密封及密封壓板的裝配;

（9）3個吊點水平起吊密封固定環(huán)與外耐磨環(huán)裝配，注意保護密封，涂滿潤滑油，緩慢下落;

（10）使用螺栓固定牢靠，注意O型密封圈和平面密封膠的正確使用;

（11）外密封潤滑的裝配順暢，同時可以驗證上一部裝配的準確性;

（12）將以上裝配整體翻身180度，與調(diào)整好水平的主機殼體裝配;

（13）注意間隙的調(diào)整，同時止口的配合處圓周方向8點測量;

（14）將驅(qū)動小齒輪與主軸承大齒圈裝配;

（15）手動盤動上一步齒輪嚙合，使用壓鉛絲方法測量間隙;

（16）間隙合格各固定螺栓打扭矩;

（17）固定筒內(nèi)部清理干凈，外部夾緊裝置組裝，調(diào)整間隙處于最大值;

（18）伸縮筒導向板裝配，滑動銅板裝配;

（19）伸縮油缸處于伸長狀態(tài)，內(nèi)外套筒組裝前先安裝油缸銷軸;

（20）緩慢將伸縮筒裝入固定筒內(nèi)，組裝前伸縮筒外部涂抹潤滑油;

（21）組裝至中間位置調(diào)整外部夾緊裝置的間隙至中間值;

（22）繼續(xù)組裝伸縮筒至最小行程處調(diào)整外部夾緊裝置的間隙至圖紙要求值;

（23）裝配旋轉(zhuǎn)裝置上半部，組裝前管路打壓試驗需合格;

（24）4條支腿與整個旋轉(zhuǎn)裝置組裝，螺栓打有效力矩;

（25）伸縮筒與銑挖頭按圖組裝;

（26）伸縮筒與大臂支架和擺動油缸按圖組裝;

（27）大臂支架與選裝裝置組裝;

（28）將以上裝配體與四個固定座組裝;

（29）檢驗主機中心與管片中心重合;

（30）主機裝配結(jié)束待試車;

結(jié)束語

伴隨著人類向地下拓展生活空間的進程，豎井掘進機的應用前景將不可估量。豎井掘進機結(jié)構(gòu)構(gòu)想、設計、計算等每一步，都進行了詳盡的分析論證。設備準備裝配期間，對裝配工藝進行了分析研究，制定了詳細的裝配工藝。該設備對其安裝和調(diào)試所需的配套設備要求較高;尤其是超過200t的總質(zhì)量，意味著一旦裝配起來，就不方便移動。

參考文獻

[1]荊國業(yè)，王安山，韓云龍，礦山豎井掘進機電氣控制系統(tǒng)設計[J].建井技術(shù)，2015，36（6）：48-53.