许彦平，刘双仲

（辽宁三三工业有限公司，辽宁 辽阳 111000）

作为开凿矿山隧道的专用机械设备，大直径盾构机凭借自身强大优势应用与各个领域，是现阶段全矿山隧道掘进设备设计及应用水平的重要体现，标志着未来发展方向。目前，在国外以盾构法为核心的现代矿山隧道施工技术，在发展方向上呈现出大断面、深埋层、长距离的特点，并在此基础上实现了多项大直径矿山隧道的开发与建设。从应用数量上来看，国内对于大直径盾构机的应用量整体低于国外，总量达20台套左右。且现阶段国内各大装备制造企业致力于对盾构机产品的自主性研发，但受制造经验等的影响，自主研发目标尚未真正意义上实现，因此，进一步增强对大直径盾构机制造及加工方法的研究，对矿山隧道工程具有十分重要的现实意义。

1 关于盾构机盾体加工方法的分析

1.1 技术难点分析

区别于普通盾构机，大直径盾构机直径往往超过12m，而整体直径较大这一特点，成为常规设备加工过程中的难点，对于后期整体制造及加工造成了严重阻碍。在盾构机盾体实际加工制造过程中，除了涉及生产能力和生产技术等方面影响因素外，还应将盾体长度、高度、宽度等尺寸以及现场安装、吊装能力等对运输过程影响纳入考虑范围之内。一般情况下，对于大型结构件的加工，所采用方法主要是分块式拼接，该方法在实际运用过程中所表现出的技术难点主要集中以下几点。

1.2 大直径盾构的盾体加工方法

此次项目研究活动的开展，主要以xx市xxx矿山隧道工程为依托，该矿山隧道工程建设所需大直径盾构机应达到以下要求，15m的开挖直径，134m左右的总机长，盾体总长应达到13.4m，基础组成部分需涵盖前盾、中盾和后盾。盾体的前中盾直径接近15m，采用一体式，轴向总体长度达到8m。

盾体分块的加工工序有两种方法。

第一种：先在各部分盾体分块处进行与连接板的有效焊接，在完成各分块单体焊接任务后，运用整体化手法对盾构机整体进行加工，之后将加工好的各分块盾体进行全面组合。但从实际加工过程来看，由于盾体各分块属于到独立性个体，在加工时表现出极强的单一化特征，使得在对加工板平面进行连接时，加工精度及标准难以确定，从而造成整体完成组合后存在分块之间过度不顺滑的现象，无形中增加了错位及台阶等加工质量问题的产生几率。

第二种：在对连接板单独加工后，以螺栓进行成对组合，并将工艺块焊接于连接板四周。通过对科学合理的加工工序的有效运用，全面实现对焊接变形以及外圆形位公差无法保证等难题实际解决。具体步骤如下：①连接板下料并对后机加工两端采取调平处理；②按照0.2mm标准，严格要求连接板两端平面度尺寸，定位销孔的位置应控制在0.4mm之内，允许存在0.2mm的尺寸公差。为满足定位销孔形位公差及尺寸公差相关标准，保证在组合被拆分后仍能够精准定位，因此，应对两个相邻的连接板点进行焊接，配钻出所有连接孔，并对各定位销孔进行钻扩；③机加孔位后将两块连接板以螺栓锁紧，在连接板四周每隔一段距离焊接工艺块，尽可能的避免在焊接连接板和盾体时产生变形和滑动；④在调正盾体各分块上零件焊接后，以圆形为标准进行盾体分块的组合，并对与连接板校焊的位置空间进行精准切割，所切割尺寸应保确保在连接板完成组合后相互之间缝隙低于2mm；⑤连接板具体安装位置被切割完成后，还应对已经完成固定的连接板进行安装调整；⑥完成焊接过后，应在盾体彻底冷却后，方可进行连接板螺栓的拆除，切割连接板四周工艺快，并在拆分后对所有盾体分块重新组合，加以螺栓固定。

1.3 中心法兰整体加工

在大直径盾构机盾体制造过程中，除分块连接困难外，中心法兰加工也是其中不可忽视的一项重要因素，结合上述加工方法，无论是前者还是后者均以整体性为目标进行盾体的加工，中心法兰方法同样不例外，应严格遵照盾构主驱动安装标准保证中心法兰的圆度。但是盾体受自身筒身限制，难以找到合适的大型立车开展相关加工工作，及时立车高度达到盾体直径标准，但处于超长筒身影响，立车刀架较短，在增加加工工作困难及复杂程度的同时，也难以与设计所要求的粗糙度达成一致。

根据实际加工的需要，可配制一种专用矿山车床。如图1所示，机床由立车工作台、工作台底座、立柱、配重、十字溜板、滑枕、电气系统、液压系统等部件组成。

矿山机床的三个坐标轴及对应的运动如下：X轴— —滑枕沿十字。溜板水平横向移动。Z轴— —十字溜板沿立柱导轨上、下垂直移动。C轴— —工作台沿工作台底座旋转。

图1 专用矿山机床

以盾体中心法兰的内控直径为依据设置工作台大小；立柱可在工作台范围之内随意移动，确保与中心法兰尺寸的相互适应。在对盾体进行实际加工时，可在在待加工中心主法兰设置专用就车窗，在工作台平面进行立柱的安装，并随工作台位置的变化而转动，等同于在盾体内部安装镗头。

2 结语

综上所述，在经过对大直径盾构机盾体加工方法的一系列研究与分析，总结出对了当前我国矿山隧道工程用盾构机盾体加工所面临的技术重点与难点，并对其中两种不同加工方法以及中心法兰整体加工方法进行对比讨论，不仅实现了对设备实际生产的有效指导，且打破了由发达国家对海外超大直径盾构市场的垄断，标志着中国盾构机设计研发能力达到了世界领先水平。