淺析盾構機部件加工應注意的問題

王愛鑫

【摘 ?要】本文結合φ6280土壓平衡盾構機在制造廠內加工過程，針對一些加工過程中的問題進行分析，并總結出了盾構機加工過程中質量控制要點。

【關鍵詞】土壓平衡盾構機;加工;質量控制

近十年尤其是近幾年，我國軌道交通業迅猛發展，全國一線二線城市紛紛掀起了地鐵施工浪潮，截至2018年我國共有36個城市已開通地鐵，總里程達到5100余公里。在地鐵施工安全快速過程中，盾構機的作用是無可替代的，而一臺盾構機能夠在地下十幾米甚至幾十米深復雜地質環境中進行掘進工作，自然離不開其各個部件的加工、裝配質量的保證。

1盾構機工作原理及組成簡介

1.1盾構機工作原理

盾構機通過變頻電機或液壓馬達驅動刀盤旋轉，同時開啟盾構機推進油缸，將盾構機向前推進，隨著推進油缸的向前推進，刀盤持續旋轉，被切削下來的碴土充滿泥土倉，此時開動螺旋輸送機將切削下來的渣土排送到帶式輸送機上，后由帶式輸送機運輸至渣土車的土箱中，再通過豎井運至地面。盾構機掘進一環的距離后，拼裝機操作手操作拼裝機拼裝單層襯砌管片，依次逐環掘進拼裝，使隧道—次成型。

1.2盾構機組成

盾構機主要由刀盤、盾體、刀盤驅動、人艙、管片拼裝機、排土機構、后配套裝置、電氣系統及輔助設備等組成。

其中，刀盤是一個帶有多個進料槽的切削盤體，位于盾構機最前部，用于切削土體。刀盤決定了盾構機的開挖直徑。如本文提到φ6280土壓平衡式盾構機刀盤在裝配好刀具后，最大開挖直徑達6364mm。刀盤有一定的機加工作量。

盾體主要由前盾、中盾和尾盾三部分組成，這三部分都是管狀筒體。盾體部分加工及裝配工作量在整個盾構機的加工和裝配工作量占有很大比重，且盾體部分的裝配為整個盾構機裝配最為復雜的部分。

其余部分由于在制造裝配廠內加工量較少，且裝配工藝較為簡單，不再過多贅述。

2盾構機部分部件加工問題分析

2.1刀盤加工

以φ6280土壓平衡盾構機刀盤加工為例，刀盤在粗加工找正過程中，兼顧刀盤主驅動把合面與刀具安裝面的平行度，保證刀具安裝面與刀盤回轉運動軸線垂直。

進行粗加工時注意刀盤圍板端面要全部加工見光，并在圍板面標記精加工余量，以便粗加工完成后，為刀箱及刀座焊接工作提供找正及交檢驗收基準，同時避免刀盤圍板進行耐磨條焊接位置錯誤;其余面留量加工。

精加工時，由于法蘭把合面需在數控銑床上加工109個螺栓把合孔，因此在立車加工完法蘭把合面后，須在法蘭面上刻出該108個把合孔的分度圓線（共3個分度圓），為后續銑床加工螺栓孔時提供校核基準。

2.2前盾加工

由于通常主驅動要裝配在前盾內部，因此在制造廠加工的盾構機部件中，前盾的加工工藝最為復雜，工作量最大。

以φ6280土壓平衡盾構機前盾加工為例，在毛坯劃線合格的情況下，前盾毛坯上機床時，操作者結合劃線標記找正后，復檢前盾盾殼外圓周垂直度，保證主驅動與前盾配合面加工后與盾殼軸線平行。

粗加工時，留量刀檢各加工部位，進一步確定毛坯加工余量足夠，同時還要確認人艙與前盾把合面、物艙與前盾把合面、主驅動與前盾把合面處鋼板厚度及加工深度，避免在各把合面加工完畢后，進行鉆孔序加工時，由于鋼板加工量過大導致鋼板鉆透而無法保證前盾內腔體氣密性（前盾進入裝配時要做氣密性試驗）。

進行精加工時，操作者要注意刀具進給量和車削速度，保證前盾與主驅動配合面達到圖紙粗糙度及尺寸公差要求，尤其是配合面內T型槽的加工，要注意刀具磨損狀態，防止挖刀、震刀導致表面粗糙度差的情況發生。配合面車削完畢后，按照圖紙要求刻圓周方向環線，以便為后續數控銑床加工油孔時提供復檢基準。

立車加工完畢轉數控銑床后，按照立車加工基準找正。由于前盾后板人艙、物倉及螺旋輸送機把合面處需要加工及鉆孔，防止前盾的尾盾側圓環鋼板與機床主軸干涉，且此圓環板面有79個把合孔需與中盾同加工，所以該圓環板在前盾加工序完畢后進行焊接，則前盾上與圓環板焊接的筋板需要進行刀檢，以保證圓環板焊接的平面度及圓環板面與前盾軸線的垂直度;另外由于圓環板屬于大薄壁件，此圓環板在單獨加工時存在變形情況，不能保證圖紙要求厚度，因此筋板的加工去除量要根據圓環板的最終厚度及中盾的凸臺實際高度共同確定，以保證前盾中盾合攏后，盾殼的間隙要求，此處要尤為注意。另外，由于在盾構機實際工作中發生過攪拌臂折斷的情況，因此在攪拌臂把合面處（圖3三角形孔區域）要進行刀檢，以保證攪拌臂與前盾把合面的接觸率，減少攪拌臂在工作過程中與前盾的相對擺動。在現場盾構機施工過程中，出現過人艙、螺旋輸送機在前盾上的把合面處漏漿的例子，因此，在此二處面的加工時，必須保證較高的平面度要求。

由于前盾與主驅動配合區域把合孔（151個）和油孔（50個，包括軸向和徑向油孔）較多，且油孔較深（最深有效尺寸達470），存在油孔與把合孔鉆通情況，易存在由于鉆孔偏斜導致軸向和徑向孔不能相交鉆通的情況，因此在所有孔加工前，需多人復檢孔位置，確認鉆孔深度及角度，鉆孔時先點窩，與立車序刻線處核對位置，避免出現上述問題。

2.3中盾加工

中盾加工工作量一般較少，以以φ6280土壓平衡盾構機中盾加工為例，需要注意的有幾點：一是前盾側凸臺外圓刀檢時記錄凸臺高度，為前盾后部筋板加工時提供數據;二是中盾的尾盾側內圓加工時，由于壁薄且此處對直徑尺寸及粗糙度要求均很高，加工時注意進給量和車削速度，保證尺寸要求，加工結束時要用砂輪進行拋光，提高粗糙度;三是前盾后部圓環板與中盾前板進行同加工鉆孔前，必須安排鉗工將此兩板利用工具壓靠，并進行段焊，保證接觸率要求，以保證裝配后兩板之間的密封有效性。

2.4尾盾加工

尾盾加工的工作量主要集中在鉸接環和保持環上。鉸接環與保持環均屬于薄壁大直徑件，且鉸接環存在內圓尺寸、粗糙度要求不高而外圓尺寸及粗糙度要求高的特點，在內圓加工完畢后，需在內環焊接“米”字支撐，以提高鉸接環的加工穩定性;另一方面由于保持環與鉸接環存在著把合關系，且保持環更為單薄，所以在鉸接環加工完畢后，需安排鉗工利用工具將保持環段焊固定在鉸接環上，段焊前要求用塞尺塞兩環之間的縫隙，以確保保持環加工結束后的平面度要求。當然，二者加工時必須要注意進給量和切削速度。

參考文獻：

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[2]王先奎.機械制造工藝學[M].北京：機械工業出版社，1996

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（作者單位：中國第一重型機械集團天津重工有限公司）