盾構(gòu)機(jī)盾體加工方法在礦山工程大直徑隧道中的影響分析

許彥平，劉雙仲

（遼寧三三工業(yè)有限公司，遼寧 遼陽 111000）

作為開鑿礦山隧道的專用機(jī)械設(shè)備，大直徑盾構(gòu)機(jī)憑借自身強(qiáng)大優(yōu)勢應(yīng)用與各個(gè)領(lǐng)域，是現(xiàn)階段全礦山隧道掘進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)及應(yīng)用水平的重要體現(xiàn)，標(biāo)志著未來發(fā)展方向。目前，在國外以盾構(gòu)法為核心的現(xiàn)代礦山隧道施工技術(shù)，在發(fā)展方向上呈現(xiàn)出大斷面、深埋層、長距離的特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)大直徑礦山隧道的開發(fā)與建設(shè)。從應(yīng)用數(shù)量上來看，國內(nèi)對于大直徑盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用量整體低于國外，總量達(dá)20臺套左右。且現(xiàn)階段國內(nèi)各大裝備制造企業(yè)致力于對盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)品的自主性研發(fā)，但受制造經(jīng)驗(yàn)等的影響，自主研發(fā)目標(biāo)尚未真正意義上實(shí)現(xiàn)，因此，進(jìn)一步增強(qiáng)對大直徑盾構(gòu)機(jī)制造及加工方法的研究，對礦山隧道工程具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 關(guān)于盾構(gòu)機(jī)盾體加工方法的分析

1.1 技術(shù)難點(diǎn)分析

區(qū)別于普通盾構(gòu)機(jī)，大直徑盾構(gòu)機(jī)直徑往往超過12m，而整體直徑較大這一特點(diǎn)，成為常規(guī)設(shè)備加工過程中的難點(diǎn)，對于后期整體制造及加工造成了嚴(yán)重阻礙。在盾構(gòu)機(jī)盾體實(shí)際加工制造過程中，除了涉及生產(chǎn)能力和生產(chǎn)技術(shù)等方面影響因素外，還應(yīng)將盾體長度、高度、寬度等尺寸以及現(xiàn)場安裝、吊裝能力等對運(yùn)輸過程影響納入考慮范圍之內(nèi)。一般情況下，對于大型結(jié)構(gòu)件的加工，所采用方法主要是分塊式拼接，該方法在實(shí)際運(yùn)用過程中所表現(xiàn)出的技術(shù)難點(diǎn)主要集中以下幾點(diǎn)。

1.2 大直徑盾構(gòu)的盾體加工方法

此次項(xiàng)目研究活動的開展，主要以xx市xxx礦山隧道工程為依托，該礦山隧道工程建設(shè)所需大直徑盾構(gòu)機(jī)應(yīng)達(dá)到以下要求，15m的開挖直徑，134m左右的總機(jī)長，盾體總長應(yīng)達(dá)到13.4m，基礎(chǔ)組成部分需涵蓋前盾、中盾和后盾。盾體的前中盾直徑接近15m，采用一體式，軸向總體長度達(dá)到8m。

盾體分塊的加工工序有兩種方法。

第一種：先在各部分盾體分塊處進(jìn)行與連接板的有效焊接，在完成各分塊單體焊接任務(wù)后，運(yùn)用整體化手法對盾構(gòu)機(jī)整體進(jìn)行加工，之后將加工好的各分塊盾體進(jìn)行全面組合。但從實(shí)際加工過程來看，由于盾體各分塊屬于到獨(dú)立性個(gè)體，在加工時(shí)表現(xiàn)出極強(qiáng)的單一化特征，使得在對加工板平面進(jìn)行連接時(shí)，加工精度及標(biāo)準(zhǔn)難以確定，從而造成整體完成組合后存在分塊之間過度不順滑的現(xiàn)象，無形中增加了錯(cuò)位及臺階等加工質(zhì)量問題的產(chǎn)生幾率。

第二種：在對連接板單獨(dú)加工后，以螺栓進(jìn)行成對組合，并將工藝塊焊接于連接板四周。通過對科學(xué)合理的加工工序的有效運(yùn)用，全面實(shí)現(xiàn)對焊接變形以及外圓形位公差無法保證等難題實(shí)際解決。具體步驟如下：①連接板下料并對后機(jī)加工兩端采取調(diào)平處理；②按照0.2mm標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格要求連接板兩端平面度尺寸，定位銷孔的位置應(yīng)控制在0.4mm之內(nèi)，允許存在0.2mm的尺寸公差。為滿足定位銷孔形位公差及尺寸公差相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證在組合被拆分后仍能夠精準(zhǔn)定位，因此，應(yīng)對兩個(gè)相鄰的連接板點(diǎn)進(jìn)行焊接，配鉆出所有連接孔，并對各定位銷孔進(jìn)行鉆擴(kuò)；③機(jī)加孔位后將兩塊連接板以螺栓鎖緊，在連接板四周每隔一段距離焊接工藝塊，盡可能的避免在焊接連接板和盾體時(shí)產(chǎn)生變形和滑動；④在調(diào)正盾體各分塊上零件焊接后，以圓形為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行盾體分塊的組合，并對與連接板校焊的位置空間進(jìn)行精準(zhǔn)切割，所切割尺寸應(yīng)保確保在連接板完成組合后相互之間縫隙低于2mm；⑤連接板具體安裝位置被切割完成后，還應(yīng)對已經(jīng)完成固定的連接板進(jìn)行安裝調(diào)整；⑥完成焊接過后，應(yīng)在盾體徹底冷卻后，方可進(jìn)行連接板螺栓的拆除，切割連接板四周工藝快，并在拆分后對所有盾體分塊重新組合，加以螺栓固定。

1.3 中心法蘭整體加工

在大直徑盾構(gòu)機(jī)盾體制造過程中，除分塊連接困難外，中心法蘭加工也是其中不可忽視的一項(xiàng)重要因素，結(jié)合上述加工方法，無論是前者還是后者均以整體性為目標(biāo)進(jìn)行盾體的加工，中心法蘭方法同樣不例外，應(yīng)嚴(yán)格遵照盾構(gòu)主驅(qū)動安裝標(biāo)準(zhǔn)保證中心法蘭的圓度。但是盾體受自身筒身限制，難以找到合適的大型立車開展相關(guān)加工工作，及時(shí)立車高度達(dá)到盾體直徑標(biāo)準(zhǔn)，但處于超長筒身影響，立車刀架較短，在增加加工工作困難及復(fù)雜程度的同時(shí)，也難以與設(shè)計(jì)所要求的粗糙度達(dá)成一致。

根據(jù)實(shí)際加工的需要，可配制一種專用礦山車床。如圖1所示，機(jī)床由立車工作臺、工作臺底座、立柱、配重、十字溜板、滑枕、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等部件組成。

礦山機(jī)床的三個(gè)坐標(biāo)軸及對應(yīng)的運(yùn)動如下：X軸— —滑枕沿十字。溜板水平橫向移動。Z軸— —十字溜板沿立柱導(dǎo)軌上、下垂直移動。C軸— —工作臺沿工作臺底座旋轉(zhuǎn)。

圖1 專用礦山機(jī)床

以盾體中心法蘭的內(nèi)控直徑為依據(jù)設(shè)置工作臺大?。涣⒅稍诠ぷ髋_范圍之內(nèi)隨意移動，確保與中心法蘭尺寸的相互適應(yīng)。在對盾體進(jìn)行實(shí)際加工時(shí)，可在在待加工中心主法蘭設(shè)置專用就車窗，在工作臺平面進(jìn)行立柱的安裝，并隨工作臺位置的變化而轉(zhuǎn)動，等同于在盾體內(nèi)部安裝鏜頭。

2 結(jié)語

綜上所述，在經(jīng)過對大直徑盾構(gòu)機(jī)盾體加工方法的一系列研究與分析，總結(jié)出對了當(dāng)前我國礦山隧道工程用盾構(gòu)機(jī)盾體加工所面臨的技術(shù)重點(diǎn)與難點(diǎn)，并對其中兩種不同加工方法以及中心法蘭整體加工方法進(jìn)行對比討論，不僅實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)的有效指導(dǎo)，且打破了由發(fā)達(dá)國家對海外超大直徑盾構(gòu)市場的壟斷，標(biāo)志著中國盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)能力達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。