大直徑泥水盾構刀盤現場定位拼裝與焊接工藝淺析

譚顯曦 張鵬豪 武勝圈 許 輝

（中鐵工程裝備集團技術服務有限公司，河南 鄭州 450000）

大直徑泥水盾構刀盤現場定位拼裝與焊接工藝淺析

譚顯曦 張鵬豪 武勝圈 許 輝

（中鐵工程裝備集團技術服務有限公司，河南 鄭州 450000）

本文主要對京沈鐵路客運專線望京隧道十三標大直徑泥水盾構刀盤現場組裝進行分析，首先分析刀盤現場組裝易出現的問題，然后探討解決刀盤現場組裝問題的措施，最后對刀盤進行檢測，發現該刀盤滿足施工要求，以期為類似直徑及形式的盾構刀盤在現場的組裝及焊接提供技術參考。

大直徑；泥水盾構；刀盤；定位；焊接

近年來，國內施工中對大直徑、高水壓泥水盾構的需求不斷增多，促進了國內盾構機設計及制造水平的不斷提升，刀盤形式也不斷增多。國內自主生產的大直徑盾構刀盤應用的案例較少，現場組裝過程中可借鑒的成功案例也并不多。由于項目現場條件有限，大盾構刀盤的組裝難度也相應提高，需要耗費大量時間，且出現質量問題的概率也大大提升。本項目隧道全長約3.7km，對盾構機掘進性能的要求較高。刀盤作為盾構機的重要部件，其結構的穩定性直接決定了盾構機的性能。可見，刀盤的現場組裝、定位、焊接就顯得較為重要。確保刀盤現場組裝質量，才能降低日后盾構機在掘進過程中的高危風險。

1 刀盤簡介

刀盤由驅動連接法蘭、牛腿、主梁、副梁、大圓環及刀具等組成。針對本項目工程地質，配備1把中心魚尾刀，可更換撕裂刀55把，焊接撕裂刀70把，切刀172把，邊刮刀32把，保徑刀20組及2把超挖刀和大圓環保護刀若干［1］。

2 刀盤現場組裝易出現的問題

①吊裝。現場龍門吊載荷不足，吊裝難度加大，還需考慮吊裝時大風的影響，加大了刀具吊運及下井的難度。

②定位。現場地面不平整等因素加大了刀盤的定位難度，且調平裝置所用的設備相對簡易，一旦定位出現問題，會使刀盤整體產生較大誤差。

③焊接。現場溫度較低，在室外進行作業，難以把握焊接溫度的控制，焊接變形不可預測。

④刀具定位。由于刀具送到現場以后，中心刀已經焊接完畢，無法再架設工裝，所以部分刀具定位精度難以保證。

3 解決刀盤現場組裝問題的措施

針對上述問題，現場組裝過程中采取了各種措施以保證刀盤的正常組裝，具體如下。

3.1 刀盤吊運

刀盤總重達240t，其中中間塊約170t，兩邊塊各約35t。現場采用450t和250t履帶吊進行吊運和翻轉等工作。

3.2 刀盤拼焊

①刀盤調平。先用兩個吊車吊起中間塊放到現場提前設置好的焊接平臺上。采用8臺50t千斤頂（分為4組），頂住中間塊的四角，進行微調。之后，使用全站儀進行觀測，進行多次調節后使刀盤中間塊調平。然后，分別吊裝兩邊塊，與中間塊進行對接，連接中間塊與邊塊之間的螺栓及銷軸，螺栓不打緊。采用四臺50t千斤頂和全站儀分別對兩邊塊進行調平。

②刀盤圓度校正。采用多次拉線測量法找出刀盤中心，在邊塊與中間塊對接時，采用角尺在大圓環對接處根據設計尺寸測量坡口的距離，同時多次采用圓心拉線測量的方法盡可能保證對接后整個刀盤的圓度。

③刀盤焊前準備。由于刀盤對接處焊接量較大，焊接所需時間較長，在首次刀盤調平、校圓后，使千斤頂在受力狀態下保持24h。然后，再次重復刀盤的調平及校圓，并總結刀盤整體姿態的變化以及焊接平臺的影響，多次重復上述工作后使刀盤的水平狀態和圓度保持高度穩定的狀態。最后，打緊分塊間連接螺栓，并在所有對接處焊接支撐筋板，搭建保溫棚，保證刀盤周圍有1000mm活動空間，打磨中間塊與兩邊塊組焊處坡口，打磨區域超過待焊區域100mm，見金屬光色。

④切刀刀座定位。現場加工一種用于切刀刀座定位的簡易工裝，保證所有切刀能在一個平面及各自軌跡上。

⑤刀盤焊接。預熱處理，使用丙烷火焰對待焊處預熱，預熱溫度：160～180℃（由于現場北京正值冬季且有6級大風，溫度在-10℃，保溫棚內約零下6℃，故預熱溫度比正常情況下略高）。

現場采用CO2氣體保護焊，焊接電流I=180～280A，電壓U=19～23V，氣體流量L=15～20L/min；送絲速度V= 0.4～0.6m/min。為了控制刀盤的焊接變形，采用多層、多道、自下而上的焊接方式進行焊接。

⑥焊接過程控制。焊接過程中若停止焊接作業，繼續焊接前應重新測量焊縫區溫度，若低于預熱溫度，應重新進行預熱。焊后使用石棉布覆蓋進行保溫緩慢冷卻。焊接過程中要時刻進行自檢及互檢，若發現焊接缺陷及尺寸偏差，要及時通知相關技術人員核實確認并進行現場處理；焊接探傷技術要求焊接順序按圖紙進行；不允許全部焊縫焊接完成后再探傷；焊接過程時刻注意混合氣體流量，若低于要求值應及時更換氣瓶；同時應注意焊接周圍風速應＜2m/s，若風速過大，則應對工件焊接區域進行遮蔽；若氣體保護不良出現氮氣孔時需將氣孔修磨干凈后方可繼續施焊；焊后應去焊渣、飛濺物，將焊縫打磨得平整光滑，余高小于3mm，并與周邊平滑過渡，避免應力集中；圖紙要求焊縫應磨平，不得留下咬邊、焊瘤等常見的焊接缺陷。

⑦焊接質量檢測及驗收。刀盤分塊拼接焊縫超聲波探傷，按照GB/T11345-2013中B級Ⅱ驗收。

4 檢測

用全站儀對刀盤整體的圓度、刀具的定位等關鍵因素進行檢測，刀盤整體圓度誤差為0.7mm（設計要求誤差為±5mm），刀具定位誤差在1mm（設計要求誤差為±3mm）以內，滿足要求。

5 結語

雖然現場氣候條件較差，工期緊張，但在正確、有效的施工控制下，刀盤的拼裝焊接達到了應有的效果，得到了施工方的高度認可。

上述工藝及經驗是在京沈鐵路客運專線望京隧道十三標大直徑泥水盾構刀盤現場組裝中總結得出的，希望為類似直徑及施工條件的盾構施工提供有效參考。

［1］陳祝年.焊接工程師手冊［M］.北京：機械工業出版社，2010.

A Brief Analysis on the Positioning&Assembling and Welding Techniques at Jobsite for Large Diameter Slurry Shield Machine

Tan XianxiZhang Penghao Wu Shengquan Xu Hui
（China Railway Engineering Equipment Group Techl Service CO.,LTD.，Zhengzhou Henan 450000）

This paper focused on the Beijing Shenyang Passenger Dedicated Railway Tunnel of Wangjing thirteen large diameter slurry shield cutter assembly is analyzed,first analyzed of cutter assembly site problems,and to solve problems of the cutter assembly field measures,finally the cutter for testing,found that the cutter in order to meet the requirements.Hopes that this paper can provide technical reference for on-site assembly and welding of similar diameter and form cutterhead.

large diameter；slurry shield machine；cutterhead；positioning；welding

U455.39

A

1003-5168（2017）07-0054-02

2017-06-01

譚顯曦（1986-），男，本科，技師，研究方向：焊接、刀盤、刀具。