大直徑泥水盾構(gòu)刀盤現(xiàn)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(shù)服務(wù)有限公司，河南 鄭州 450000）

大直徑泥水盾構(gòu)刀盤現(xiàn)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(shù)服務(wù)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(biāo)大直徑泥水盾構(gòu)刀盤現(xiàn)場組裝進行分析，首先分析刀盤現(xiàn)場組裝易出現(xiàn)的問題，然后探討解決刀盤現(xiàn)場組裝問題的措施，最后對刀盤進行檢測，發(fā)現(xiàn)該刀盤滿足施工要求，以期為類似直徑及形式的盾構(gòu)刀盤在現(xiàn)場的組裝及焊接提供技術(shù)參考。

大直徑；泥水盾構(gòu)；刀盤；定位；焊接

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

1 刀盤簡介

刀盤由驅(qū)動連接法蘭、牛腿、主梁、副梁、大圓環(huán)及刀具等組成。針對本項目工程地質(zhì)，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(huán)保護刀若干［1］。

2 刀盤現(xiàn)場組裝易出現(xiàn)的問題

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

②定位?，F(xiàn)場地面不平整等因素加大了刀盤的定位難度，且調(diào)平裝置所用的設(shè)備相對簡易，一旦定位出現(xiàn)問題，會使刀盤整體產(chǎn)生較大誤差。

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

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

3 解決刀盤現(xiàn)場組裝問題的措施

針對上述問題，現(xiàn)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(xiàn)場采用450t和250t履帶吊進行吊運和翻轉(zhuǎn)等工作。

3.2 刀盤拼焊

①刀盤調(diào)平。先用兩個吊車吊起中間塊放到現(xiàn)場提前設(shè)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(diào)。之后，使用全站儀進行觀測，進行多次調(diào)節(jié)后使刀盤中間塊調(diào)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(diào)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(huán)對接處根據(jù)設(shè)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(zhǔn)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(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)刀盤的調(diào)平及校圓，并總結(jié)刀盤整體姿態(tài)的變化以及焊接平臺的影響，多次重復(fù)上述工作后使刀盤的水平狀態(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(qū)域超過待焊區(qū)域100mm，見金屬光色。

④切刀刀座定位?，F(xiàn)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(yù)熱處理，使用丙烷火焰對待焊處預(yù)熱，預(yù)熱溫度：160～180℃（由于現(xiàn)場北京正值冬季且有6級大風(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(yè)，繼續(xù)焊接前應(yīng)重新測量焊縫區(qū)溫度，若低于預(yù)熱溫度，應(yīng)重新進行預(yù)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(fā)現(xiàn)焊接缺陷及尺寸偏差，要及時通知相關(guān)技術(shù)人員核實確認(rèn)并進行現(xiàn)場處理；焊接探傷技術(shù)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(yīng)及時更換氣瓶；同時應(yīng)注意焊接周圍風(fēng)速應(yīng)＜2m/s，若風(fēng)速過大，則應(yīng)對工件焊接區(qū)域進行遮蔽；若氣體保護不良出現(xiàn)氮氣孔時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、焊瘤等常見的焊接缺陷。

⑦焊接質(zhì)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(guān)鍵因素進行檢測，刀盤整體圓度誤差為0.7mm（設(shè)計要求誤差為±5mm），刀具定位誤差在1mm（設(shè)計要求誤差為±3mm）以內(nèi)，滿足要求。

5 結(jié)語

雖然現(xiàn)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(yīng)有的效果，得到了施工方的高度認(rèn)可。

上述工藝及經(jīng)驗是在京沈鐵路客運專線望京隧道十三標(biāo)大直徑泥水盾構(gòu)刀盤現(xiàn)場組裝中總結(jié)得出的，希望為類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［M］.北京：機械工業(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、刀具。