譚顯曦 張鵬豪 武勝圈 許 輝

（中鐵工程裝備集團(tuán)技術(shù)服務(wù)有限公司，河南 鄭州 450000）

大直徑泥水盾構(gòu)刀盤(pán)現(xiàn)場(chǎng)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(tuán)技術(shù)服務(wù)有限公司，河南 鄭州 450000）

本文主要對(duì)京沈鐵路客運(yùn)專(zhuān)線望京隧道十三標(biāo)大直徑泥水盾構(gòu)刀盤(pán)現(xiàn)場(chǎng)組裝進(jìn)行分析，首先分析刀盤(pán)現(xiàn)場(chǎng)組裝易出現(xiàn)的問(wèn)題，然后探討解決刀盤(pán)現(xiàn)場(chǎng)組裝問(wèn)題的措施，最后對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該刀盤(pán)滿足施工要求，以期為類(lèi)似直徑及形式的盾構(gòu)刀盤(pán)在現(xiàn)場(chǎng)的組裝及焊接提供技術(shù)參考。

大直徑；泥水盾構(gòu)；刀盤(pán)；定位；焊接

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)施工中對(duì)大直徑、高水壓泥水盾構(gòu)的需求不斷增多，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)及制造水平的不斷提升，刀盤(pán)形式也不斷增多。國(guó)內(nèi)自主生產(chǎn)的大直徑盾構(gòu)刀盤(pán)應(yīng)用的案例較少，現(xiàn)場(chǎng)組裝過(guò)程中可借鑒的成功案例也并不多。由于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)條件有限，大盾構(gòu)刀盤(pán)的組裝難度也相應(yīng)提高，需要耗費(fèi)大量時(shí)間，且出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的概率也大大提升。本項(xiàng)目隧道全長(zhǎng)約3.7km，對(duì)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)性能的要求較高。刀盤(pán)作為盾構(gòu)機(jī)的重要部件，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性直接決定了盾構(gòu)機(jī)的性能?？梢?jiàn)，刀盤(pán)的現(xiàn)場(chǎng)組裝、定位、焊接就顯得較為重要。確保刀盤(pán)現(xiàn)場(chǎng)組裝質(zhì)量，才能降低日后盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中的高危風(fēng)險(xiǎn)。

1 刀盤(pán)簡(jiǎn)介

刀盤(pán)由驅(qū)動(dòng)連接法蘭、牛腿、主梁、副梁、大圓環(huán)及刀具等組成。針對(duì)本項(xiàng)目工程地質(zhì)，配備1把中心魚(yú)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(huán)保護(hù)刀若干［1］。

2 刀盤(pán)現(xiàn)場(chǎng)組裝易出現(xiàn)的問(wèn)題

①吊裝?，F(xiàn)場(chǎng)龍門(mén)吊載荷不足，吊裝難度加大，還需考慮吊裝時(shí)大風(fēng)的影響，加大了刀具吊運(yùn)及下井的難度。

②定位?，F(xiàn)場(chǎng)地面不平整等因素加大了刀盤(pán)的定位難度，且調(diào)平裝置所用的設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)易，一旦定位出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)使刀盤(pán)整體產(chǎn)生較大誤差。

③焊接?，F(xiàn)場(chǎng)溫度較低，在室外進(jìn)行作業(yè)，難以把握焊接溫度的控制，焊接變形不可預(yù)測(cè)。

④刀具定位。由于刀具送到現(xiàn)場(chǎng)以后，中心刀已經(jīng)焊接完畢，無(wú)法再架設(shè)工裝，所以部分刀具定位精度難以保證。

3 解決刀盤(pán)現(xiàn)場(chǎng)組裝問(wèn)題的措施

針對(duì)上述問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)組裝過(guò)程中采取了各種措施以保證刀盤(pán)的正常組裝，具體如下。

3.1 刀盤(pán)吊運(yùn)

刀盤(pán)總重達(dá)240t，其中中間塊約170t，兩邊塊各約35t。現(xiàn)場(chǎng)采用450t和250t履帶吊進(jìn)行吊運(yùn)和翻轉(zhuǎn)等工作。

3.2 刀盤(pán)拼焊

①刀盤(pán)調(diào)平。先用兩個(gè)吊車(chē)吊起中間塊放到現(xiàn)場(chǎng)提前設(shè)置好的焊接平臺(tái)上。采用8臺(tái)50t千斤頂（分為4組），頂住中間塊的四角，進(jìn)行微調(diào)。之后，使用全站儀進(jìn)行觀測(cè)，進(jìn)行多次調(diào)節(jié)后使刀盤(pán)中間塊調(diào)平。然后，分別吊裝兩邊塊，與中間塊進(jìn)行對(duì)接，連接中間塊與邊塊之間的螺栓及銷(xiāo)軸，螺栓不打緊。采用四臺(tái)50t千斤頂和全站儀分別對(duì)兩邊塊進(jìn)行調(diào)平。

②刀盤(pán)圓度校正。采用多次拉線測(cè)量法找出刀盤(pán)中心，在邊塊與中間塊對(duì)接時(shí)，采用角尺在大圓環(huán)對(duì)接處根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸測(cè)量坡口的距離，同時(shí)多次采用圓心拉線測(cè)量的方法盡可能保證對(duì)接后整個(gè)刀盤(pán)的圓度。

③刀盤(pán)焊前準(zhǔn)備。由于刀盤(pán)對(duì)接處焊接量較大，焊接所需時(shí)間較長(zhǎng)，在首次刀盤(pán)調(diào)平、校圓后，使千斤頂在受力狀態(tài)下保持24h。然后，再次重復(fù)刀盤(pán)的調(diào)平及校圓，并總結(jié)刀盤(pán)整體姿態(tài)的變化以及焊接平臺(tái)的影響，多次重復(fù)上述工作后使刀盤(pán)的水平狀態(tài)和圓度保持高度穩(wěn)定的狀態(tài)。最后，打緊分塊間連接螺栓，并在所有對(duì)接處焊接支撐筋板，搭建保溫棚，保證刀盤(pán)周?chē)?000mm活動(dòng)空間，打磨中間塊與兩邊塊組焊處坡口，打磨區(qū)域超過(guò)待焊區(qū)域100mm，見(jiàn)金屬光色。

④切刀刀座定位?，F(xiàn)場(chǎng)加工一種用于切刀刀座定位的簡(jiǎn)易工裝，保證所有切刀能在一個(gè)平面及各自軌跡上。

⑤刀盤(pán)焊接。預(yù)熱處理，使用丙烷火焰對(duì)待焊處預(yù)熱，預(yù)熱溫度：160～180℃（由于現(xiàn)場(chǎng)北京正值冬季且有6級(jí)大風(fēng)，溫度在-10℃，保溫棚內(nèi)約零下6℃，故預(yù)熱溫度比正常情況下略高）。

現(xiàn)場(chǎng)采用CO2氣體保護(hù)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(pán)的焊接變形，采用多層、多道、自下而上的焊接方式進(jìn)行焊接。

⑥焊接過(guò)程控制。焊接過(guò)程中若停止焊接作業(yè)，繼續(xù)焊接前應(yīng)重新測(cè)量焊縫區(qū)溫度，若低于預(yù)熱溫度，應(yīng)重新進(jìn)行預(yù)熱。焊后使用石棉布覆蓋進(jìn)行保溫緩慢冷卻。焊接過(guò)程中要時(shí)刻進(jìn)行自檢及互檢，若發(fā)現(xiàn)焊接缺陷及尺寸偏差，要及時(shí)通知相關(guān)技術(shù)人員核實(shí)確認(rèn)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理；焊接探傷技術(shù)要求焊接順序按圖紙進(jìn)行；不允許全部焊縫焊接完成后再探傷；焊接過(guò)程時(shí)刻注意混合氣體流量，若低于要求值應(yīng)及時(shí)更換氣瓶；同時(shí)應(yīng)注意焊接周?chē)L(fēng)速應(yīng)＜2m/s，若風(fēng)速過(guò)大，則應(yīng)對(duì)工件焊接區(qū)域進(jìn)行遮蔽；若氣體保護(hù)不良出現(xiàn)氮?dú)饪讜r(shí)需將氣孔修磨干凈后方可繼續(xù)施焊；焊后應(yīng)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(guò)渡，避免應(yīng)力集中；圖紙要求焊縫應(yīng)磨平，不得留下咬邊、焊瘤等常見(jiàn)的焊接缺陷。

⑦焊接質(zhì)量檢測(cè)及驗(yàn)收。刀盤(pán)分塊拼接焊縫超聲波探傷，按照GB/T11345-2013中B級(jí)Ⅱ驗(yàn)收。

4 檢測(cè)

用全站儀對(duì)刀盤(pán)整體的圓度、刀具的定位等關(guān)鍵因素進(jìn)行檢測(cè)，刀盤(pán)整體圓度誤差為0.7mm（設(shè)計(jì)要求誤差為±5mm），刀具定位誤差在1mm（設(shè)計(jì)要求誤差為±3mm）以?xún)?nèi)，滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

雖然現(xiàn)場(chǎng)氣候條件較差，工期緊張，但在正確、有效的施工控制下，刀盤(pán)的拼裝焊接達(dá)到了應(yīng)有的效果，得到了施工方的高度認(rèn)可。

上述工藝及經(jīng)驗(yàn)是在京沈鐵路客運(yùn)專(zhuān)線望京隧道十三標(biāo)大直徑泥水盾構(gòu)刀盤(pán)現(xiàn)場(chǎng)組裝中總結(jié)得出的，希望為類(lèi)似直徑及施工條件的盾構(gòu)施工提供有效參考。

［1］陳祝年.焊接工程師手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)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(pán)、刀具。