大型泥水平衡盾構(gòu)機主機裝配

摘要 本文主要介紹盾構(gòu)機的結(jié)構(gòu)特點、工作原理，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點且通過充分的分析論證制定切實可行的大型泥沙盾構(gòu)機主機的裝配方案；同時為了保證盡量減小裝配難度和工作強度并保證關(guān)鍵零部件在吊裝過程中不受損傷，結(jié)合盾構(gòu)機及零部件的結(jié)構(gòu)特點和裝配方法，采取了一定的措施并準備和使用了專用工具。

關(guān)鍵詞 盾構(gòu)機；裝配；泥水平衡

0 引言

盾構(gòu)法始于英國，發(fā)展于德國、是本；已有180余年歷史。在180多年中，世界各國制造了數(shù)以千計的各種類型、各種直徑的盾構(gòu)，盾構(gòu)掘進機從低級發(fā)展到高級，從手工操作到計算機監(jiān)控機械化施工，使盾構(gòu)掘進機及其施工技術(shù)得到了不斷發(fā)展和完善。

隨著地下空間的開發(fā)，盾構(gòu)技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于鐵路、公路、地鐵、隧道、水利工程、過江（過海）隧道、城區(qū)有軌交通、城區(qū)水網(wǎng)、氣網(wǎng)、電網(wǎng)、市政管道等工程領(lǐng)域。是國家現(xiàn)代化建設(shè)不可或缺的重大機械裝備。

20世紀90年代，我國開始引進國外先進的盾構(gòu)機和管理方法用于國內(nèi)工程施工，據(jù)不完全統(tǒng)計，用盾構(gòu)機開挖的隧道累計達到了176km，在今后可用盾構(gòu)機開挖的隧道約5 800km，約需150臺盾構(gòu)機。盾構(gòu)機及其配套設(shè)備、備品備件價值總計達幾百億，盾構(gòu)機的使用和發(fā)展具有廣闊的市場。

由于盾構(gòu)機是在地下施工的一種機械設(shè)備，受其施工環(huán)境的限制，如果工作過程中出現(xiàn)故障，維修起來十分困難，甚至會造成災(zāi)難。因此，盾構(gòu)機的制造質(zhì)量十分關(guān)鍵，而在工廠內(nèi)的裝配過程就是保證其使用性能和加工質(zhì)量的檢驗過程，因此盾構(gòu)機的裝配是十分重要的過程。

1 盾構(gòu)機結(jié)構(gòu)特點及主機裝配難點

1.1 泥水平衡盾構(gòu)機的結(jié)構(gòu)

泥水平衡式盾構(gòu)機按其結(jié)構(gòu)主要分為主機和后配套兩部分；按其功能可分為掘進系統(tǒng)、排渣系統(tǒng)、支護系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。而主機部分又包括刀盤、盾體、推進系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、管片安裝機等部分組成。圖1是泥水平衡盾構(gòu)機的結(jié)構(gòu)簡圖。

大型泥水平衡式盾構(gòu)機通常指的是開挖直徑在10m以上。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件數(shù)量較多，且尺寸和重量較大。主機的總長度約為15m，而總重量約為900t，主要部件刀盤一般重約150t以上，前盾、中盾一瓣的重量也在130t以上。

大型泥水平衡式盾構(gòu)機的主機部分的簡圖如圖2所示（去除刀盤）。

1.2 泥水平衡盾構(gòu)的工作原理

泥水平衡盾構(gòu)的工作原理就是：通過加壓泥水或泥漿（通常為膨潤土懸浮液）來穩(wěn)定開挖面，其刀盤后面有一個密封隔板，與開挖面之間形成泥水室，里面充滿了泥漿，開挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外。具體過程是通過主驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)帶動安裝有滾刀或刮刀的刀盤轉(zhuǎn)動，連續(xù)不斷的切削土體，破碎的土體被泥水利用泥漿泵抽出并利用管道運輸至地面；安裝在盾體中的推進油缸推動盾體和刀盤前進，達到一定距離后，刀盤和推進油缸停止運行，管片安裝機開始襯砌管片，襯砌完一環(huán)后，刀盤和推進油缸再進行下一環(huán)的切削和推進。

1.3 主機裝配前的準備工作[1]

由于主機部分的重量較重，且為圓形結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較差；而且某些關(guān)鍵部件重量較大，精度較高。因此在主機裝配前要做好相應(yīng)的準備工作，以保證裝配質(zhì)量和安全性。

首先，為了保證主機裝配的穩(wěn)定性，制作了用于支撐盾體的“V”型支座，并且在支座與盾體外圓接觸處使用一對楔鐵用來調(diào)整盾體的高度及接觸位置。另外，因為盾體共分為3段（前盾、中盾和尾盾），并考慮到各盾體的結(jié)構(gòu)形式，確定好各盾體支座的支撐位置，決定裝配時使用5個“V”型支座。

其次，為了保證裝配精度或使部件吊運方便，減小勞動強度還準備了多套專用工具。

例如，主驅(qū)動裝置在裝配時使用了專用的吊運翻轉(zhuǎn)工具，因為主驅(qū)動裝置是盾構(gòu)機重要部件之了，其精度較高，直徑5m以上，重量達130t以上，且其外圓柱面是與前盾相配合的加工面。在吊裝時需對其進行翻個操作，如果不采取措施，按常規(guī)的操作進行主驅(qū)動的翻個工作，極易對其表面或內(nèi)部的零部件造成損傷，這樣一來，不但會影響驅(qū)動裝置的使用性能，而且會影響整臺設(shè)備的使用性能，甚至會造成整個部件損壞。

因此，為了保證主驅(qū)動裝置在吊運及翻轉(zhuǎn)過程中的安全，使用了專用的吊運翻轉(zhuǎn)工具。該工具主要由吊耳、托架和支架組成，使用方法和翻轉(zhuǎn)過程如簡圖3所示，首先將吊耳和托架安裝到驅(qū)動裝置上，然后將其豎起，豎起時托架外圓弧板與地面接觸，不但保護了驅(qū)動裝置外表面，而且使起吊過程更加容易；最后將托架放到支架上并固定好，重新安裝起吊用具，最后將托架拆下，吊起驅(qū)動裝置。

2 主機裝配方案[2]

2.1 方案一

2.1.1 預(yù)裝配

主機在總裝配前，部分部件及部件之間要先進行預(yù)裝配，確保裝配尺寸正確后才能進行總裝配。

1）刀盤：刀盤先與聯(lián)接法蘭裝配好，并配制定位銷孔，然后刀盤翻個，聯(lián)接法蘭朝下平放找好水平。安裝各種刀具，因為刀盤平放時，刀具的安裝較為方便快捷，而且刀具安裝后的檢測工作也較方便容易；

2）前盾：先將前盾的上、下部組裝后，初步檢測各部尺寸后與中盾進行試裝配，檢查盾體之間的把合孔對正性和外圓的圓度及大小情況。合格后將前盾的上、下部拆開平放。開始安裝前盾內(nèi)部梯子、走臺和管路等零部件。待其安裝完成后，安裝前盾下部內(nèi)的破碎機和泥漿門。首先將破碎機裝入到前盾下部內(nèi)，在裝配前要預(yù)先根據(jù)破碎機與盾體之間的尺寸距離制作好兩塊墊塊，以保證破碎機裝配時的穩(wěn)定性。然后裝配破碎機前方的泥漿門各件。此時裝配破碎機和泥漿門操作方便，難度小。因為此時破碎機可以使用天車直接將其從上至下的裝入到盾體內(nèi)，而泥漿門的裝配也是水平位置操作，方便工人操作和行走；

3）中盾：中盾上、下部組裝后，分別與前盾、尾盾試裝，檢查合格后除去前盾和尾盾，中盾水平放置，將所有的推進油缸豎直裝入中盾內(nèi)。推進油缸豎直吊裝不但省時省力，而且易于調(diào)整；

4）尾盾：將安裝好各種管路的尾盾與中盾試裝，檢測外圓直徑尺寸；

5）驅(qū)動裝置：主軸承平放，然后依次安裝減速機和電機。

2.1.2 總裝配

1）根據(jù)各盾體的尺寸及結(jié)構(gòu)，確定主機總裝配時用來支撐固定盾體的“V”型支座的數(shù)量并安裝好；

2）依次將前盾下部、中盾下部、尾部下部放到“V”型盾體支座上，并調(diào)整好水平及同心；

3）利用驅(qū)動裝置的翻轉(zhuǎn)吊運工具將主驅(qū)動裝置與前盾下部裝配，并調(diào)整好，然后吊裝前盾上部，完成前盾部分裝配；

4）管片安裝機支撐架與中盾下部裝配，調(diào)整好水平及垂直；

5）安裝中盾內(nèi)部的走臺、排漿管路、液壓和潤滑管路等，并且為了方便安裝工作和人員上下的行走，各種管路的安裝工作隨著走臺的安裝一起進行。待中盾內(nèi)部的所有部件裝配完成后，裝配中盾上部；

6）管片安裝機推進框架與支撐架裝配，然后完成推進框架上的走臺的裝配；

7）管片安裝機裝配到推進框架上；

8）再完成尾盾其它三部分的安裝；

9）將預(yù)裝配好的刀盤與驅(qū)動裝置裝配。

2.2 方案二

2.2.1 預(yù)裝配

各零部件只進行必要的試裝配，且其全部工作均在總裝配時進行。例如：各盾體試裝合格后拆開，其內(nèi)部的其它零部件均在總裝配時再安裝。

2.2.2 總裝配

1）根據(jù)各盾體的尺寸及結(jié)構(gòu)，確定主機總裝配時用來支撐固定盾體的“V”型支座的數(shù)量并安裝好；

2）依次將前盾下部、中盾下部、尾部下部放到“V”型盾體支座上，并調(diào)整好水平及同心；

3）安裝前盾下部內(nèi)部的梯子、走臺和管路，然后安裝破碎機，此時安裝破碎機可以在不需制作其它墊塊的基礎(chǔ)上保證其裝配時的穩(wěn)定性，但時此時無法使用天車直接一步裝配到位，且天車只能起到輔助作用，主要是使用手拉葫蘆來完成破碎機的裝配。此方法雖然能夠保證裝配質(zhì)量，不但費時費力，而且泥漿門也只能在破碎機裝配完以后才能進行裝配；

4）安裝泥漿門各件，此時安裝泥漿門，不但泥漿門下方要使用支撐來保證安全， 而且在裝配泥漿門油缸時，工作人員需要在盾體內(nèi)部工作，因為已安裝了破碎機，空間狹小，難度較大；

5）利用驅(qū)動裝置的翻轉(zhuǎn)吊運工具將主驅(qū)動裝置與前盾下部裝配，并調(diào)整好；

6）裝配前盾上部，然后安裝前盾上部的梯子、走臺和管路。此時安裝前盾上部內(nèi)的各零部件，由于盾體較高，不但零部件向盾體內(nèi)部的運送困難，而且工人需長時間高空作業(yè)；

7）管片安裝機支撐架與中盾下部裝配，調(diào)整好水平及垂直；

8）安裝中盾內(nèi)部的走臺、排漿管路、液壓和潤滑管路等，并且為了方便安裝工作和人員上下的行走，各種管路的安裝工作隨著走臺的安裝一起進行。同時還要完成驅(qū)動裝置電機和減速機的安裝，此時由于空間狹小和高空作業(yè)，安裝工作難度較大。待中盾內(nèi)部的所有部件裝配完成后，裝配中盾上部；

9）安裝中盾內(nèi)的推進油缸。此時安裝推進油缸時，不但需要在盾體內(nèi)部焊接臨時支撐，而且油缸在起吊時，一端還要加配重；同時安裝時還要借助手拉葫蘆和千斤頂。裝配難度和工作強度都較大；

10）管片安裝機推進框架與支撐架裝配，然后完成推進框架上的走臺的裝配；

11）管片安裝機裝配到推進框架上；

12）再完成尾盾其它三部分的安裝；

13）將預(yù)裝配好的刀盤與驅(qū)動裝置裝配。

3 結(jié)論

通過對大型泥水平衡盾構(gòu)機主機裝配方案http:///
一、方案二在裝配工藝方法、裝配難易程度和工人工作強度上的分析、對比。方案一的工序簡單、工作強度小，因而主機裝配方案一較為合理。

參考文獻

[1]汪建業(yè).重型機械標準.昆明：云南科技出版社，2008：466-479.

[2]顧崇銜.機械制造工藝學.西安：陜西科學技術(shù)出版社，1989：218-388.