王爱鑫

【摘  要】本文结合φ6280土压平衡盾构机在制造厂内加工过程，针对一些加工过程中的问题进行分析，并总结出了盾构机加工过程中质量控制要点。

【关键词】土压平衡盾构机;加工;质量控制

近十年尤其是近几年，我国轨道交通业迅猛发展，全国一线二线城市纷纷掀起了地铁施工浪潮，截至2018年我国共有36个城市已开通地铁，总里程达到5100余公里。在地铁施工安全快速过程中，盾构机的作用是无可替代的，而一台盾构机能够在地下十几米甚至几十米深复杂地质环境中进行掘进工作，自然离不开其各个部件的加工、装配质量的保证。

1盾构机工作原理及组成简介

1.1盾构机工作原理

盾构机通过变频电机或液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到带式输送机上，后由带式输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，依次逐环掘进拼装，使隧道—次成型。

1.2盾构机组成

盾构机主要由刀盘、盾体、刀盘驱动、人舱、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统及辅助设备等组成。

其中，刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机最前部，用于切削土体。刀盘决定了盾构机的开挖直径。如本文提到φ6280土压平衡式盾构机刀盘在装配好刀具后，最大开挖直径达6364mm。刀盘有一定的机加工作量。

盾体主要由前盾、中盾和尾盾三部分组成，这三部分都是管状筒体。盾体部分加工及装配工作量在整个盾构机的加工和装配工作量占有很大比重，且盾体部分的装配为整个盾构机装配最为复杂的部分。

其余部分由于在制造装配厂内加工量较少，且装配工艺较为简单，不再过多赘述。

2盾构机部分部件加工问题分析

2.1刀盘加工

以φ6280土压平衡盾构机刀盘加工为例，刀盘在粗加工找正过程中，兼顾刀盘主驱动把合面与刀具安装面的平行度，保证刀具安装面与刀盘回转运动轴线垂直。

进行粗加工时注意刀盘围板端面要全部加工见光，并在围板面标记精加工余量，以便粗加工完成后，为刀箱及刀座焊接工作提供找正及交检验收基准，同时避免刀盘围板进行耐磨条焊接位置错误;其余面留量加工。

精加工时，由于法兰把合面需在数控铣床上加工109个螺栓把合孔，因此在立车加工完法兰把合面后，须在法兰面上刻出该108个把合孔的分度圆线（共3个分度圆），为后续铣床加工螺栓孔时提供校核基准。

2.2前盾加工

由于通常主驱动要装配在前盾内部，因此在制造厂加工的盾构機部件中，前盾的加工工艺最为复杂，工作量最大。

以φ6280土压平衡盾构机前盾加工为例，在毛坯划线合格的情况下，前盾毛坯上机床时，操作者结合划线标记找正后，复检前盾盾壳外圆周垂直度，保证主驱动与前盾配合面加工后与盾壳轴线平行。

粗加工时，留量刀检各加工部位，进一步确定毛坯加工余量足够，同时还要确认人舱与前盾把合面、物舱与前盾把合面、主驱动与前盾把合面处钢板厚度及加工深度，避免在各把合面加工完毕后，进行钻孔序加工时，由于钢板加工量过大导致钢板钻透而无法保证前盾内腔体气密性（前盾进入装配时要做气密性试验）。

进行精加工时，操作者要注意刀具进给量和车削速度，保证前盾与主驱动配合面达到图纸粗糙度及尺寸公差要求，尤其是配合面内T型槽的加工，要注意刀具磨损状态，防止挖刀、震刀导致表面粗糙度差的情况发生。配合面车削完毕后，按照图纸要求刻圆周方向环线，以便为后续数控铣床加工油孔时提供复检基准。

立车加工完毕转数控铣床后，按照立车加工基准找正。由于前盾后板人舱、物仓及螺旋输送机把合面处需要加工及钻孔，防止前盾的尾盾侧圆环钢板与机床主轴干涉，且此圆环板面有79个把合孔需与中盾同加工，所以该圆环板在前盾加工序完毕后进行焊接，则前盾上与圆环板焊接的筋板需要进行刀检，以保证圆环板焊接的平面度及圆环板面与前盾轴线的垂直度;另外由于圆环板属于大薄壁件，此圆环板在单独加工时存在变形情况，不能保证图纸要求厚度，因此筋板的加工去除量要根据圆环板的最终厚度及中盾的凸台实际高度共同确定，以保证前盾中盾合拢后，盾壳的间隙要求，此处要尤为注意。另外，由于在盾构机实际工作中发生过搅拌臂折断的情况，因此在搅拌臂把合面处（图3三角形孔区域）要进行刀检，以保证搅拌臂与前盾把合面的接触率，减少搅拌臂在工作过程中与前盾的相对摆动。在现场盾构机施工过程中，出现过人舱、螺旋输送机在前盾上的把合面处漏浆的例子，因此，在此二处面的加工时，必须保证较高的平面度要求。

由于前盾与主驱动配合区域把合孔（151个）和油孔（50个，包括轴向和径向油孔）较多，且油孔较深（最深有效尺寸达470），存在油孔与把合孔钻通情况，易存在由于钻孔偏斜导致轴向和径向孔不能相交钻通的情况，因此在所有孔加工前，需多人复检孔位置，确认钻孔深度及角度，钻孔时先点窝，与立车序刻线处核对位置，避免出现上述问题。

2.3中盾加工

中盾加工工作量一般较少，以以φ6280土压平衡盾构机中盾加工为例，需要注意的有几点：一是前盾侧凸台外圆刀检时记录凸台高度，为前盾后部筋板加工时提供数据;二是中盾的尾盾侧内圆加工时，由于壁薄且此处对直径尺寸及粗糙度要求均很高，加工时注意进给量和车削速度，保证尺寸要求，加工结束时要用砂轮进行抛光，提高粗糙度;三是前盾后部圆环板与中盾前板进行同加工钻孔前，必须安排钳工将此两板利用工具压靠，并进行段焊，保证接触率要求，以保证装配后两板之间的密封有效性。

2.4尾盾加工

尾盾加工的工作量主要集中在铰接环和保持环上。铰接环与保持环均属于薄壁大直径件，且铰接环存在内圆尺寸、粗糙度要求不高而外圆尺寸及粗糙度要求高的特点，在内圆加工完毕后，需在内环焊接“米”字支撑，以提高铰接环的加工稳定性;另一方面由于保持环与铰接环存在着把合关系，且保持环更为单薄，所以在铰接环加工完毕后，需安排钳工利用工具将保持环段焊固定在铰接环上，段焊前要求用塞尺塞两环之间的缝隙，以确保保持环加工结束后的平面度要求。当然，二者加工时必须要注意进给量和切削速度。

参考文献：

[1]李波，黄磊.最新盾构机司机培训教程[M].北京：化学工业出版社，2015

[2]王先奎.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1996

[3]吴巧玲.盾构构造及应用[M].北京：人民交通出版社，2011

（作者单位：中国第一重型机械集团天津重工有限公司）