谭显曦 张鹏豪 武胜圈 许 辉

（中铁工程装备集团技术服务有限公司，河南 郑州 450000）

大直径泥水盾构刀盘现场定位拼装与焊接工艺浅析

谭显曦 张鹏豪 武胜圈 许 辉

（中铁工程装备集团技术服务有限公司，河南 郑州 450000）

本文主要对京沈铁路客运专线望京隧道十三标大直径泥水盾构刀盘现场组装进行分析，首先分析刀盘现场组装易出现的问题，然后探讨解决刀盘现场组装问题的措施，最后对刀盘进行检测，发现该刀盘满足施工要求，以期为类似直径及形式的盾构刀盘在现场的组装及焊接提供技术参考。

大直径；泥水盾构；刀盘；定位；焊接

近年来，国内施工中对大直径、高水压泥水盾构的需求不断增多，促进了国内盾构机设计及制造水平的不断提升，刀盘形式也不断增多。国内自主生产的大直径盾构刀盘应用的案例较少，现场组装过程中可借鉴的成功案例也并不多。由于项目现场条件有限，大盾构刀盘的组装难度也相应提高，需要耗费大量时间，且出现质量问题的概率也大大提升。本项目隧道全长约3.7km，对盾构机掘进性能的要求较高。刀盘作为盾构机的重要部件，其结构的稳定性直接决定了盾构机的性能。可见，刀盘的现场组装、定位、焊接就显得较为重要。确保刀盘现场组装质量，才能降低日后盾构机在掘进过程中的高危风险。

1 刀盘简介

刀盘由驱动连接法兰、牛腿、主梁、副梁、大圆环及刀具等组成。针对本项目工程地质，配备1把中心鱼尾刀，可更换撕裂刀55把，焊接撕裂刀70把，切刀172把，边刮刀32把，保径刀20组及2把超挖刀和大圆环保护刀若干［1］。

2 刀盘现场组装易出现的问题

①吊装。现场龙门吊载荷不足，吊装难度加大，还需考虑吊装时大风的影响，加大了刀具吊运及下井的难度。

②定位。现场地面不平整等因素加大了刀盘的定位难度，且调平装置所用的设备相对简易，一旦定位出现问题，会使刀盘整体产生较大误差。

③焊接。现场温度较低，在室外进行作业，难以把握焊接温度的控制，焊接变形不可预测。

④刀具定位。由于刀具送到现场以后，中心刀已经焊接完毕，无法再架设工装，所以部分刀具定位精度难以保证。

3 解决刀盘现场组装问题的措施

针对上述问题，现场组装过程中采取了各种措施以保证刀盘的正常组装，具体如下。

3.1 刀盘吊运

刀盘总重达240t，其中中间块约170t，两边块各约35t。现场采用450t和250t履带吊进行吊运和翻转等工作。

3.2 刀盘拼焊

①刀盘调平。先用两个吊车吊起中间块放到现场提前设置好的焊接平台上。采用8台50t千斤顶（分为4组），顶住中间块的四角，进行微调。之后，使用全站仪进行观测，进行多次调节后使刀盘中间块调平。然后，分别吊装两边块，与中间块进行对接，连接中间块与边块之间的螺栓及销轴，螺栓不打紧。采用四台50t千斤顶和全站仪分别对两边块进行调平。

②刀盘圆度校正。采用多次拉线测量法找出刀盘中心，在边块与中间块对接时，采用角尺在大圆环对接处根据设计尺寸测量坡口的距离，同时多次采用圆心拉线测量的方法尽可能保证对接后整个刀盘的圆度。

③刀盘焊前准备。由于刀盘对接处焊接量较大，焊接所需时间较长，在首次刀盘调平、校圆后，使千斤顶在受力状态下保持24h。然后，再次重复刀盘的调平及校圆，并总结刀盘整体姿态的变化以及焊接平台的影响，多次重复上述工作后使刀盘的水平状态和圆度保持高度稳定的状态。最后，打紧分块间连接螺栓，并在所有对接处焊接支撑筋板，搭建保温棚，保证刀盘周围有1000mm活动空间，打磨中间块与两边块组焊处坡口，打磨区域超过待焊区域100mm，见金属光色。

④切刀刀座定位。现场加工一种用于切刀刀座定位的简易工装，保证所有切刀能在一个平面及各自轨迹上。

⑤刀盘焊接。预热处理，使用丙烷火焰对待焊处预热，预热温度：160～180℃（由于现场北京正值冬季且有6级大风，温度在-10℃，保温棚内约零下6℃，故预热温度比正常情况下略高）。

现场采用CO2气体保护焊，焊接电流I=180～280A，电压U=19～23V，气体流量L=15～20L/min；送丝速度V= 0.4～0.6m/min。为了控制刀盘的焊接变形，采用多层、多道、自下而上的焊接方式进行焊接。

⑥焊接过程控制。焊接过程中若停止焊接作业，继续焊接前应重新测量焊缝区温度，若低于预热温度，应重新进行预热。焊后使用石棉布覆盖进行保温缓慢冷却。焊接过程中要时刻进行自检及互检，若发现焊接缺陷及尺寸偏差，要及时通知相关技术人员核实确认并进行现场处理；焊接探伤技术要求焊接顺序按图纸进行；不允许全部焊缝焊接完成后再探伤；焊接过程时刻注意混合气体流量，若低于要求值应及时更换气瓶；同时应注意焊接周围风速应＜2m/s，若风速过大，则应对工件焊接区域进行遮蔽；若气体保护不良出现氮气孔时需将气孔修磨干净后方可继续施焊；焊后应去焊渣、飞溅物，将焊缝打磨得平整光滑，余高小于3mm，并与周边平滑过渡，避免应力集中；图纸要求焊缝应磨平，不得留下咬边、焊瘤等常见的焊接缺陷。

⑦焊接质量检测及验收。刀盘分块拼接焊缝超声波探伤，按照GB/T11345-2013中B级Ⅱ验收。

4 检测

用全站仪对刀盘整体的圆度、刀具的定位等关键因素进行检测，刀盘整体圆度误差为0.7mm（设计要求误差为±5mm），刀具定位误差在1mm（设计要求误差为±3mm）以内，满足要求。

5 结语

虽然现场气候条件较差，工期紧张，但在正确、有效的施工控制下，刀盘的拼装焊接达到了应有的效果，得到了施工方的高度认可。

上述工艺及经验是在京沈铁路客运专线望京隧道十三标大直径泥水盾构刀盘现场组装中总结得出的，希望为类似直径及施工条件的盾构施工提供有效参考。

［1］陈祝年.焊接工程师手册［M］.北京：机械工业出版社，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

谭显曦（1986-），男，本科，技师，研究方向：焊接、刀盘、刀具。