淺論大直徑盾構(gòu)機(jī)尾盾油脂塊加工

陳 亮 邱 健 李樹(shù)茂

（濟(jì)南重工股份有限公司，濟(jì)南 250109）

盾構(gòu)機(jī)是一種使用盾構(gòu)法的隧道掘進(jìn)機(jī)。1818年，英國(guó)人Marc Isambard Brunel從一種食船蟲在船身上打洞一事受到啟發(fā)，研究出了盾構(gòu)施工技術(shù)，并獲得專利[1]。至近代，閉胸式的泥水式盾構(gòu)機(jī)和土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)成為世界范圍內(nèi)的主流產(chǎn)品。

盾構(gòu)機(jī)的生產(chǎn)主要集中在美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，日本和德國(guó)處于世界領(lǐng)先水平。盾構(gòu)機(jī)的類型較多，按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和開(kāi)挖方法，其主要分為四大類：手掘式盾構(gòu)、擠壓式盾構(gòu)、半機(jī)械式盾構(gòu)和機(jī)械式盾構(gòu)[2]。近年來(lái)，盾構(gòu)機(jī)的技術(shù)進(jìn)步極為顯著，歸納起來(lái)主要有盾構(gòu)機(jī)施工隧道的長(zhǎng)距離化、大直徑化以及盾構(gòu)機(jī)的多樣化等特點(diǎn)[3]。

大直徑盾構(gòu)機(jī)具有科技含量高、制造工藝復(fù)雜、產(chǎn)品附加值高等特點(diǎn)，代表著現(xiàn)有全斷面隧道掘進(jìn)裝備領(lǐng)域高技術(shù)水平以及主要發(fā)展方向。國(guó)外盾構(gòu)機(jī)朝深埋層、大斷面、長(zhǎng)距離方向快速發(fā)展，人們建成一批大直徑海底隧道和城市交通隧道。截至目前，國(guó)內(nèi)外投入使用大直徑盾構(gòu)機(jī)已超過(guò)20臺(tái)（套）。

盡管盾構(gòu)機(jī)發(fā)展十分迅速，但有些技術(shù)細(xì)節(jié)有待改進(jìn)和提高，許多已問(wèn)世的新工法、新工藝尚待完善。因此，如何低成本、簡(jiǎn)便有效地制造大直徑盾構(gòu)機(jī)尤為重要。本文就盾體的加工進(jìn)行論述，并對(duì)一種盾尾油脂塊的加工方法進(jìn)行具體研究。大直徑盾體的油脂槽加工方法如下。

盾構(gòu)機(jī)尾盾上有通過(guò)油脂的長(zhǎng)槽，油脂槽一般在尾盾殼體焊接完成后加工，加工出來(lái)后再焊接油脂槽的蓋板。由于盾體直徑較大，重量太沉，油脂槽的加工需要安排在大型鏜銑床上加工、吊裝定位不方便且需工裝輔助，尾盾上共有七組這樣的油脂長(zhǎng)槽，在工件上活之前，鉗工需要將尾盾上的油脂長(zhǎng)槽劃出加工定位線并打樣沖，然后鏜床根據(jù)鉗工所劃的定位線鏜出長(zhǎng)槽，并在長(zhǎng)槽的末端鉆通過(guò)油脂的孔，加工完成后再將油脂槽蓋板焊上，盾體外壁上共有七處這樣的油脂長(zhǎng)槽，工件需要吊裝七次才能加工完成，從而導(dǎo)致加工周期長(zhǎng)、成本高、效率低，并且要長(zhǎng)期占用大型設(shè)備。因此加工時(shí)，由于盾構(gòu)機(jī)直徑和長(zhǎng)度較大，為了便于制造和運(yùn)輸，可采用徑向分多段，軸向采用拼接的方式制作[4]。附盾體鏜銑油脂槽的加工狀態(tài)圖，如圖1所示。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，將尾盾殼體拆分成幾個(gè)部分及7個(gè)油脂塊，油脂塊上油脂槽在盾體殼體焊接之前加工出來(lái)，避免了焊接完成后需要大型設(shè)備進(jìn)行油脂槽加工。

圖1 附盾體鏜銑油脂槽的加工狀態(tài)

1 尾盾新型油脂塊

為解決這一技術(shù)問(wèn)題，提出一種盾構(gòu)機(jī)尾盾油脂塊，包括油脂塊主體、前蓋板和后蓋板一、后蓋板二，前蓋板上有通過(guò)油脂的孔，所述油脂塊主體為長(zhǎng)方弧板結(jié)構(gòu)，其后段1/4長(zhǎng)度的厚度比其前段厚度小10mm；所述油脂塊主體上設(shè)有油脂槽，所述油脂槽后段比前段的底壁深5mm；所述前蓋板與油脂塊主體的前段焊接，所述后蓋板一、后蓋板二與油脂塊主體的后段焊接；所述前蓋板比后蓋板比的厚度大5mm，前蓋板有通過(guò)油脂的孔。

所述油脂塊主體由前后段鋼板整圓卷制焊接后切割為長(zhǎng)方形弧板并開(kāi)槽加工制成。所述前蓋板和后蓋板一，后蓋板二均由鋼板制成，并在倒圓端加工有圓孔，原技術(shù)方案是在盾體外壁上銑長(zhǎng)槽，并在盾體上鉆通過(guò)油脂的孔，然后將蓋板焊在盾體外壁上，新的技術(shù)方案是將殼體分成幾部分，分別銑長(zhǎng)槽，在油脂塊內(nèi)壁上銑長(zhǎng)槽，在蓋板上鉆出油脂孔，然后將蓋板焊接在油脂塊內(nèi)壁上，焊接完成后，將所有油脂塊及盾體其他殼體一起組焊成尾盾。

2 加工方法

首先按照尺寸對(duì)尾盾殼體前后段下料，前蓋板和后蓋板一、后蓋板二按圖下料；將尾盾殼體前后段卷制成圓筒，其中后段內(nèi)徑比前段大20mm，將兩段焊接后切割為長(zhǎng)方弧板；在油脂塊主體上開(kāi)油脂槽，油脂槽后段比前段底壁深5mm；前蓋板、后蓋板一和后蓋板二倒圓端加工圓形通孔；前蓋板焊接在油脂塊主體的前段；后蓋板一、后蓋板二焊接在油脂塊主體的后段。

油脂塊加工完成后再進(jìn)行盾體的焊接，加工制作方法簡(jiǎn)潔，將油脂塊的長(zhǎng)槽提至焊接前加工，完成后再將各個(gè)油脂塊及盾體殼體組焊成尾盾，減少加工難度及提高選用加工設(shè)備的靈活性，縮短制作周期，降低成本，該工藝具有節(jié)約資源、易于加工、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。

3 附圖說(shuō)明

尾盾新型油脂塊主體結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括油脂塊主體前段、油脂塊主體后段、前蓋板、后蓋板一和后蓋板二。油脂塊主體（油脂塊主體前段、油脂塊主體后段焊接體）為長(zhǎng)方弧板結(jié)構(gòu)，油脂塊主體后段厚度比其油脂塊主體前段厚度小10mm，前段和后段焊接在一起構(gòu)成。油脂塊主體上設(shè)有油脂槽，其后段比前段底壁深5mm，油脂槽為相互平行的兩根槽，其中一根的后段槽比另一根長(zhǎng)710mm，油脂槽前后段端部倒圓。如圖3、圖4所示，前蓋板與油脂塊主體的前段焊接；后蓋板與油脂塊主體的后段短槽焊接，所述后蓋板與油脂塊主體的后段長(zhǎng)槽槽焊接。

圖2 主體結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 前段的截面示意圖

圖4 后段的截面示意圖

前蓋板比后蓋板一、后蓋板二的厚度大5mm，焊接后油脂槽后段比前段底壁深5mm，前蓋板與后蓋板一、后蓋板二的上平面分別與油脂塊主體的上平面平齊。前蓋板、后蓋板一和后蓋板二倒圓端設(shè)有圓形通孔。油脂塊主體（油脂塊主體前段、油脂塊主體后段焊接體）均由鋼板開(kāi)槽加工制成。前蓋板、后蓋板一和后蓋板二均由鋼板制成。

其加工方法包括如下步驟：首先按照尺寸對(duì)尾盾殼體前后段下料，前蓋板、后蓋板一和后蓋板二按圖下料；將尾盾殼體前后段卷制成圓筒，其中后段內(nèi)徑比前段大20mm，將兩段焊接后切割為長(zhǎng)方弧板；在油脂塊主體上開(kāi)油脂槽，油脂槽后段比前段底壁深5mm；前蓋板、后蓋板一和后蓋板二倒圓端加工圓形通孔；前蓋板3焊接在油脂塊主體的前段；后蓋板一、后蓋板二焊接在油脂塊主體的后段。

4 結(jié)語(yǔ)

大直徑盾構(gòu)機(jī)已成為現(xiàn)有全斷面隧道掘進(jìn)裝備領(lǐng)域高技術(shù)水平以及主要發(fā)展方向。針對(duì)現(xiàn)有大直徑盾構(gòu)機(jī)尾盾加工方案加工過(guò)程煩瑣、吊裝及機(jī)床固定工件困難等問(wèn)題，在采用徑向分多段，軸向采用拼接的方式制作的基礎(chǔ)上，本文提出了一種大直徑盾構(gòu)機(jī)尾盾及油脂塊的制作方案，旨在合理調(diào)整加工工序。該方案具有節(jié)約資源、易于加工、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，可以縮短工期和減少成本，具有一定的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。