超大直径盾构机工地组装流程及关键技术

　　[摘要]本文结合施工实例，针对超大直径盾构机工地组装所面临的重点、难点问题进行分析，重点研究了超大直径盾构机工地组装过程中超大尺寸、超重及关键部件的组装关键技术，同时介绍了组装的工序、注意事项等。本文可为今后类似工程提供相关的技术指导及参考，具有较大的借鉴意义。

　　[关键词]盾构机;工地组装;流程;关键技术

　　盾构机常在工厂进行初步组装并完成调试验收后，再运输到施工工地进行组装，经始发调试等进入工作状态。超大型盾构机的一些超大尺寸、超重部件由于加工制造技术、运输、成本等限制，无法一次成型或者整体加工，需采用分块加工后再进行整体组装;并且在工厂内无法完全组装而需预留到工地组装，否则无法分块运输或者需要进行破坏性拆分而造成设备损坏。工地组装受场地大小、吊装条件、装机效率、成本及安全等因素影响，组装难度巨大。本文结合中铁306号超大直径盾构机工地组装相关流程、关键技术进行论述。

　　1装机准备及吊装设备选型

　　组装前熟悉盾构机的主要参数，结合场地条件选取所需使用的大型设备，同时做好物资设备等的准备工作。

　　1.1盾构机概况

　　中铁306号盾构机开挖直径15.03m，主机长约15m，整机长约135m。整机重约4300t，其中主机重约2700t，后配套重约1600t，最重单件刀盘570t(含刀具、吊具)。后配套系统由1#-5#拖车、1节连接桥及辅助平台组成。

　　1.2组装场地概况

　　隧道始发段设计主、副2个设备吊装井口进行同步作业以保证工期、工序。主井口尺寸为18×18×21m(长×宽×深)，副井口尺寸为14×12.5×15m(长×宽×深)。主、副井口间有效间距153m，井口结构尺寸满足盾构机刀盘、盾体、拖车等大件的井下组装。

　　1.3吊装设备选型

　　吊装设备须满足起重负载要求，并具备安全系数。根据场地条件，主井口采用龙门式起重机进行刀盘等尺寸、重量大的部件吊装;副井口采用履带起重机进行连接桥及2#-5#拖车的吊装。钢丝绳、卸扣等吊装工具根据最大载荷按照安全系数选取合格的标准产品即可。下面以龙门式起重机、履带起重机在最大负载情况进行选型计算，其它所需用到的起重设备可参照选型。

　　1.3.1龙门式起重机选型

　　综合施工场地吊装井口尺寸及吊装部件的相关参数，对龙门式起重机进行选型，龙门式起重机必须满足：起重能力wmin≥Gmax×δ;起重机跨度Smin≥max(Lmax，Lj)。

　　式中wmin——龙门式起重机最小起重能力，t;Gmax——最重单件刀盘重量，570t;δ——起重机安全系数，取1.1;Smin——龙门式起重机最小跨距尺寸，m;Lmax——最大单件尺寸，15.03m;Lj——起重机轨道方向地连墙间距，19m。计算得出Wmin≥627t;Smin≥19m。据安全经济性原则，通用型起重能力650t双钩龙门式起重机，跨距22～28m可调，满足最大尺寸、最重部件的起吊要求。

　　1.3.2履带起重机选型

　　履带起重机进行副井口的设备吊装，配合龙门式起重机在刀盘焊接完成后将其平抬及翻转，平抬刀盘时履带起重机负载最大。履带起重机必须满足：Qmin≥G1×δ×η;G1=Gmax×h2/(h1+h2)。式中Qmin——履带起重机最小起起重能力要求，t;G1——履带起重机最大受力，t;Gmax——最重单件刀盘重量，570t;δ——不平衡系数，取1.1;η——动载系数，取1.1;h1——履带起重机吊耳到刀盘重心距离，6.36m;h2——龙门式起重机吊耳到刀盘重心距离，7.62m。计算得出G1=310.7t;Qmin≥376t。根据安全经济性原则，选取通用型400t履带起重机，满足起吊半径范围内的吊装安全要求。

　　1.4物资准备

　　盾构机工地组装作业量大、难度高、周期长，需要提前做好所需材料、设备、工具的准备工作。组装过程中易变形、易损坏件存放需要使用临时支撑、固定装置及工装等保持设备不损坏、不变形。此外，组装时所需要的水、电、气等条件必须保证。

　　2盾构机工地组装流程

　　组装工序是组装效率、安全质量及经济性的重要因素，根据井口净空尺寸限制、吊装设备与盾构各部件的尺寸、重量进行工序安排。

　　2.1主机(主井口)组装流程

　　主井口主要进行刀盘、主机及1#拖车等部件的吊装下井工作，以及与后配套的连接。

　　2.2后配套(副井口)组装流程

　　副井口进行后配套系统的设备桥及2#-5#拖车吊装下井工作。

　　3工地组装关键技术

　　盾体、主驱动、刀盘等关键部件的工地组装质量直接影响设备的整体性能甚至工程成败，其组装的关键技术尤为重要。

　　3.1盾体组装关键技术

　　盾体外径达14.98m，中前盾分为10块，尾盾分为4块，各分块运到工地后再进行拼装、焊接，形成由前中盾、尾盾组成的完整盾体。中前盾底块6的调整定位、顶块1的下井安装，盾尾的调圆、焊接是需要掌握的关键技术难题。

　　3.1.1前中盾底块6安装定位

　　前中盾底块6的下井组装是盾构主机组装的开始，后续组装都以它为定位基准进行。底块6中心需与隧道轴线对齐，盾体切口环与井口架构预留的距离X足够满足刀盘下井安装。在底块6避开切口环位置分前后2排布置4个调平油缸，通过油缸的升降来调整底块6到合适位置与其左、右侧的盾体块5、7进行法兰连接，并按要求安装密封条及涂抹密封胶[1]。

　　3.1.2前中盾顶块1的安装定位

　　前中盾顶块1在所有盾体块中最后安装，其两侧的法兰面需同时与块2、块10的法兰面倾斜贴合，安装的空间较小，定位销很难穿入块2、块10的销孔，并容易将左右侧盾体块的密封挤压损坏。因此块1安装时需要控制速度，最后利用千斤顶将块1往下顶进迫使块2、块10张开，确保块1安装到位并插入定位销。顶块1安装完成后，紧固整个中前盾连接螺栓。

　　3.1.3尾盾组装技术

　　尾盾共分4块下井安装，盾尾底块安装时其中心线与前中盾的中心线对齐，其前端与前中盾尾部截面对齐，然后再依次将尾盾左块、右块及顶块下井。盾尾安装过程中需要在内部加强支撑，防止薄壁圆筒变形，并且使用全站仪测量尾盾放置的位置是否存在偏差。测量底块内圆到中心线的距离，并根据情况及时调整，确保盾尾整体的圆度及与中前盾的同轴度。

　　3.1.4盾体焊接技术

　　前中盾焊接前需确保各分块间的连接螺栓已打紧，分块间错台≤0.1mm，并且要在气垫仓保压完成后进行;焊接时采用多层多道小规范，减小焊接温度防止烧坏密封。测量调整盾尾与前中盾的中心线偏差≤3mm，测量调整盾尾半径偏差≤±5mm;盾尾焊接时需要保留内部支撑工装，先焊接盾尾分块间的直焊缝，其次焊接盾尾与中盾处环焊缝，再焊接其他焊缝。盾体焊接后进行UT探伤。

　　3.2主驱动吊装关键技术

　　3.2.1主驱动翻身吊装技术

　　主驱动运达工地后进行水平支撑放置，在地面完成防锈油漆清理和驱动电机、中心仓、伸缩环等的组装工作，并在盾体下部5个分块组装完成后再进行吊装。主驱动重约530t，直径8.5m，采用650t龙门式起重机进行吊装，并需配合专用吊装、翻身工装。翻身工装端着地支撑，主驱动起吊工装端起吊，吊钩慢速抬升吊起工装最终使主驱动整体垂直吊起，用龙门式起重机进行平移及下井吊装，找准主驱动与中前盾的定位孔并进行紧固连接。

　　3.2.2主驱动吊装工装安全校核

　　使用SolidWorks建立起吊、翻身工装的三维模型，再用ANSYS进行网格划分、受力加载，分析主驱动吊装过程中起吊、翻身工装受力情况以进行安全校核。仿真分析显示，翻身工装最大应力发生在法兰与筋板焊接处，最大应力值为55.5MPa;起吊工装最大应力发生在法兰板与筋板连接处，最大应力值为134MPa。仿真分析得知最大应力都在材料许可范围内，满足吊装安全性要求。

　　3.3刀盘组装技术

　　3.3.1刀盘拼接技术

　　刀盘分为6个边块(含副梁)、1个中心块，分块运输到工地后进行拼接组装与焊接。刀盘拼装时需要支撑起足够的高度保证仰焊的操作性，拼装完成后进行静置观察，调整各个分块高度并进行刀盘平面度、圆度等重要参数测量，刀盘整体参数满足设计要求，达到焊接条件后开始进行整体焊接。

　　4结束语

　　本文相关技术成功应用于超大直径泥水盾构机工地组装，避免了常见问题的出现，保证了施工安全与质量，同时兼顾了成本与效率，可为今后类似工程提供相关的技术指导及参考，具有较大的借鉴意义，但仍有许多未提及的知识及事项需要关注：(1)地面及结构井须满足承载力要求，定期监测地表沉降;(2)吊装时设备的安全防护;(3)吊装设备、钢丝绳、卸扣等的定期安全质量检查;(4)遵守相关安全、质量、环保法规。

　　[参考文献]

　　[1]刘智香.超大直径盾构机的组装技术[J].铁道建筑技术，2009，4：60-64.

　　[2]赵怀辉，葛兵，丁洪波.大型泥水盾构机主机装配[J].理论研究，2012，4：42-43.

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