盾構機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

（遼寧三三工業有限公司，遼寧 遼陽 111000）

作為開鑿礦山隧道的專用機械設備，大直徑盾構機憑借自身強大優勢應用與各個領域，是現階段全礦山隧道掘進設備設計及應用水平的重要體現，標志著未來發展方向。目前，在國外以盾構法為核心的現代礦山隧道施工技術，在發展方向上呈現出大斷面、深埋層、長距離的特點，并在此基礎上實現了多項大直徑礦山隧道的開發與建設。從應用數量上來看，國內對于大直徑盾構機的應用量整體低于國外，總量達20臺套左右。且現階段國內各大裝備制造企業致力于對盾構機產品的自主性研發，但受制造經驗等的影響，自主研發目標尚未真正意義上實現，因此，進一步增強對大直徑盾構機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實意義。

1 關于盾構機盾體加工方法的分析

1.1 技術難點分析

區別于普通盾構機，大直徑盾構機直徑往往超過12m，而整體直徑較大這一特點，成為常規設備加工過程中的難點，對于后期整體制造及加工造成了嚴重阻礙。在盾構機盾體實際加工制造過程中，除了涉及生產能力和生產技術等方面影響因素外，還應將盾體長度、高度、寬度等尺寸以及現場安裝、吊裝能力等對運輸過程影響納入考慮范圍之內。一般情況下，對于大型結構件的加工，所采用方法主要是分塊式拼接，該方法在實際運用過程中所表現出的技術難點主要集中以下幾點。

1.2 大直徑盾構的盾體加工方法

此次項目研究活動的開展，主要以xx市xxx礦山隧道工程為依托，該礦山隧道工程建設所需大直徑盾構機應達到以下要求，15m的開挖直徑，134m左右的總機長，盾體總長應達到13.4m，基礎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行與連接板的有效焊接，在完成各分塊單體焊接任務后，運用整體化手法對盾構機整體進行加工，之后將加工好的各分塊盾體進行全面組合。但從實際加工過程來看，由于盾體各分塊屬于到獨立性個體，在加工時表現出極強的單一化特征，使得在對加工板平面進行連接時，加工精度及標準難以確定，從而造成整體完成組合后存在分塊之間過度不順滑的現象，無形中增加了錯位及臺階等加工質量問題的產生幾率。

第二種：在對連接板單獨加工后，以螺栓進行成對組合，并將工藝塊焊接于連接板四周。通過對科學合理的加工工序的有效運用，全面實現對焊接變形以及外圓形位公差無法保證等難題實際解決。具體步驟如下：①連接板下料并對后機加工兩端采取調平處理；②按照0.2mm標準，嚴格要求連接板兩端平面度尺寸，定位銷孔的位置應控制在0.4mm之內，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標準，保證在組合被拆分后仍能夠精準定位，因此，應對兩個相鄰的連接板點進行焊接，配鉆出所有連接孔，并對各定位銷孔進行鉆擴；③機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產生變形和滑動；④在調正盾體各分塊上零件焊接后，以圓形為標準進行盾體分塊的組合，并對與連接板校焊的位置空間進行精準切割，所切割尺寸應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，還應對已經完成固定的連接板進行安裝調整；⑥完成焊接過后，應在盾體徹底冷卻后，方可進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

在大直徑盾構機盾體制造過程中，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重要因素，結合上述加工方法，無論是前者還是后者均以整體性為目標進行盾體的加工，中心法蘭方法同樣不例外，應嚴格遵照盾構主驅動安裝標準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加工工作，及時立車高度達到盾體直徑標準，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雜程度的同時，也難以與設計所要求的粗糙度達成一致。

根據實際加工的需要，可配制一種專用礦山車床。如圖1所示，機床由立車工作臺、工作臺底座、立柱、配重、十字溜板、滑枕、電氣系統、液壓系統等部件組成。

礦山機床的三個坐標軸及對應的運動如下：X軸— —滑枕沿十字。溜板水平橫向移動。Z軸— —十字溜板沿立柱導軌上、下垂直移動。C軸— —工作臺沿工作臺底座旋轉。

圖1 專用礦山機床

以盾體中心法蘭的內控直徑為依據設置工作臺大小；立柱可在工作臺范圍之內隨意移動，確保與中心法蘭尺寸的相互適應。在對盾體進行實際加工時，可在在待加工中心主法蘭設置專用就車窗，在工作臺平面進行立柱的安裝，并隨工作臺位置的變化而轉動，等同于在盾體內部安裝鏜頭。

2 結語

綜上所述，在經過對大直徑盾構機盾體加工方法的一系列研究與分析，總結出對了當前我國礦山隧道工程用盾構機盾體加工所面臨的技術重點與難點，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行對比討論，不僅實現了對設備實際生產的有效指導，且打破了由發達國家對海外超大直徑盾構市場的壟斷，標志著中國盾構機設計研發能力達到了世界領先水平。