淺論大直徑盾構機尾盾油脂塊加工

陳 亮 邱 健 李樹茂

（濟南重工股份有限公司，濟南 250109）

盾構機是一種使用盾構法的隧道掘進機。1818年，英國人Marc Isambard Brunel從一種食船蟲在船身上打洞一事受到啟發，研究出了盾構施工技術，并獲得專利[1]。至近代，閉胸式的泥水式盾構機和土壓平衡式盾構機成為世界范圍內的主流產品。

盾構機的生產主要集中在美國、日本、德國等發達國家，日本和德國處于世界領先水平。盾構機的類型較多，按照結構特點和開挖方法，其主要分為四大類：手掘式盾構、擠壓式盾構、半機械式盾構和機械式盾構[2]。近年來，盾構機的技術進步極為顯著，歸納起來主要有盾構機施工隧道的長距離化、大直徑化以及盾構機的多樣化等特點[3]。

大直徑盾構機具有科技含量高、制造工藝復雜、產品附加值高等特點，代表著現有全斷面隧道掘進裝備領域高技術水平以及主要發展方向。國外盾構機朝深埋層、大斷面、長距離方向快速發展，人們建成一批大直徑海底隧道和城市交通隧道。截至目前，國內外投入使用大直徑盾構機已超過20臺（套）。

盡管盾構機發展十分迅速，但有些技術細節有待改進和提高，許多已問世的新工法、新工藝尚待完善。因此，如何低成本、簡便有效地制造大直徑盾構機尤為重要。本文就盾體的加工進行論述，并對一種盾尾油脂塊的加工方法進行具體研究。大直徑盾體的油脂槽加工方法如下。

盾構機尾盾上有通過油脂的長槽，油脂槽一般在尾盾殼體焊接完成后加工，加工出來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槽，在工件上活之前，鉗工需要將尾盾上的油脂長槽劃出加工定位線并打樣沖，然后鏜床根據鉗工所劃的定位線鏜出長槽，并在長槽的末端鉆通過油脂的孔，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槽，工件需要吊裝七次才能加工完成，從而導致加工周期長、成本高、效率低，并且要長期占用大型設備。因此加工時，由于盾構機直徑和長度較大，為了便于制造和運輸，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圖，如圖1所示。

針對現有技術存在的缺陷，將尾盾殼體拆分成幾個部分及7個油脂塊，油脂塊上油脂槽在盾體殼體焊接之前加工出來，避免了焊接完成后需要大型設備進行油脂槽加工。

圖1 附盾體鏜銑油脂槽的加工狀態

1 尾盾新型油脂塊

為解決這一技術問題，提出一種盾構機尾盾油脂塊，包括油脂塊主體、前蓋板和后蓋板一、后蓋板二，前蓋板上有通過油脂的孔，所述油脂塊主體為長方弧板結構，其后段1/4長度的厚度比其前段厚度小10mm；所述油脂塊主體上設有油脂槽，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方形弧板并開槽加工制成。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，原技術方案是在盾體外壁上銑長槽，并在盾體上鉆通過油脂的孔，然后將蓋板焊在盾體外壁上，新的技術方案是將殼體分成幾部分，分別銑長槽，在油脂塊內壁上銑長槽，在蓋板上鉆出油脂孔，然后將蓋板焊接在油脂塊內壁上，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，其中后段內徑比前段大20mm，將兩段焊接后切割為長方弧板；在油脂塊主體上開油脂槽，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行盾體的焊接，加工制作方法簡潔，將油脂塊的長槽提至焊接前加工，完成后再將各個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備的靈活性，縮短制作周期，降低成本，該工藝具有節約資源、易于加工、操作方便的優點。

3 附圖說明

尾盾新型油脂塊主體結構如圖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）為長方弧板結構，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成。油脂塊主體上設有油脂槽，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槽槽焊接。

圖2 主體結構示意圖

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，其中后段內徑比前段大20mm，將兩段焊接后切割為長方弧板；在油脂塊主體上開油脂槽，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 結語

大直徑盾構機已成為現有全斷面隧道掘進裝備領域高技術水平以及主要發展方向。針對現有大直徑盾構機尾盾加工方案加工過程煩瑣、吊裝及機床固定工件困難等問題，在采用徑向分多段，軸向采用拼接的方式制作的基礎上，本文提出了一種大直徑盾構機尾盾及油脂塊的制作方案，旨在合理調整加工工序。該方案具有節約資源、易于加工、操作方便等優點，可以縮短工期和減少成本，具有一定的社會和經濟價值。