大型泥水平衡盾构机主机装配

摘要 本文主要介绍盾构机的结构特点、工作原理，并根据其结构特点且通过充分的分析论证制定切实可行的大型泥沙盾构机主机的装配方案；同时为了保证尽量减小装配难度和工作强度并保证关键零部件在吊装过程中不受损伤，结合盾构机及零部件的结构特点和装配方法，采取了一定的措施并准备和使用了专用工具。

关键词 盾构机；装配；泥水平衡

中图分类号U455 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）64-0042-02

0 引言

盾构法始于英国，发展于德国、是本；已有180余年历史。在180多年中，世界各国制造了数以千计的各种类型、各种直径的盾构，盾构掘进机从低级发展到高级，从手工操作到计算机监控机械化施工，使盾构掘进机及其施工技术得到了不断发展和完善。

随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于铁路、公路、地铁、隧道、水利工程、过江（过海）隧道、城区有轨交通、城区水网、气网、电网、市政管道等工程领域。是国家现代化建设不可或缺的重大机械装备。

20世纪90年代，我国开始引进国外先进的盾构机和管理方法用于国内工程施工，据不完全统计，用盾构机开挖的隧道累计达到了176km，在今后可用盾构机开挖的隧道约5 800km，约需150台盾构机。盾构机及其配套设备、备品备件价值总计达几百亿，盾构机的使用和发展具有广阔的市场。

由于盾构机是在地下施工的一种机械设备，受其施工环境的限制，如果工作过程中出现故障，维修起来十分困难，甚至会造成灾难。因此，盾构机的制造质量十分关键，而在工厂内的装配过程就是保证其使用性能和加工质量的检验过程，因此盾构机的装配是十分重要的过程。

1 盾构机结构特点及主机装配难点

1.1 泥水平衡盾构机的结构

泥水平衡式盾构机按其结构主要分为主机和后配套两部分；按其功能可分为掘进系统、排渣系统、支护系统和辅助系统。而主机部分又包括刀盘、盾体、推进系统、驱动系统、管片安装机等部分组成。图1是泥水平衡盾构机的结构简图。

大型泥水平衡式盾构机通常指的是开挖直径在10m以上。其结构复杂，零部件数量较多，且尺寸和重量较大。主机的总长度约为15m，而总重量约为900t，主要部件刀盘一般重约150t以上，前盾、中盾一瓣的重量也在130t以上。

大型泥水平衡式盾构机的主机部分的简图如图2所示（去除刀盘）。

1.2 泥水平衡盾构的工作原理

泥水平衡盾构的工作原理就是：通过加压泥水或泥浆（通常为膨润土悬浮液）来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外。具体过程是通过主驱动装置旋转带动安装有滚刀或刮刀的刀盘转动，连续不断的切削土体，破碎的土体被泥水利用泥浆泵抽出并利用管道运输至地面；安装在盾体中的推进油缸推动盾体和刀盘前进，达到一定距离后，刀盘和推进油缸停止运行，管片安装机开始衬砌管片，衬砌完一环后，刀盘和推进油缸再进行下一环的切削和推进。

1.3 主机装配前的准备工作[1]

由于主机部分的重量较重，且为圆形结构，稳定性较差；而且某些关键部件重量较大，精度较高。因此在主机装配前要做好相应的准备工作，以保证装配质量和安全性。

首先，为了保证主机装配的稳定性，制作了用于支撑盾体的“V”型支座，并且在支座与盾体外圆接触处使用一对楔铁用来调整盾体的高度及接触位置。另外，因为盾体共分为3段（前盾、中盾和尾盾），并考虑到各盾体的结构形式，确定好各盾体支座的支撑位置，决定装配时使用5个“V”型支座。

其次，为了保证装配精度或使部件吊运方便，减小劳动强度还准备了多套专用工具。

例如，主驱动装置在装配时使用了专用的吊运翻转工具，因为主驱动装置是盾构机重要部件之了，其精度较高，直径5m以上，重量达130t以上，且其外圆柱面是与前盾相配合的加工面。在吊装时需对其进行翻个操作，如果不采取措施，按常规的操作进行主驱动的翻个工作，极易对其表面或内部的零部件造成损伤，这样一来，不但会影响驱动装置的使用性能，而且会影响整台设备的使用性能，甚至会造成整个部件损坏。

因此，为了保证主驱动装置在吊运及翻转过程中的安全，使用了专用的吊运翻转工具。该工具主要由吊耳、托架和支架组成，使用方法和翻转过程如简图3所示，首先将吊耳和托架安装到驱动装置上，然后将其竖起，竖起时托架外圆弧板与地面接触，不但保护了驱动装置外表面，而且使起吊过程更加容易；最后将托架放到支架上并固定好，重新安装起吊用具，最后将托架拆下，吊起驱动装置。

2 主机装配方案[2]

2.1 方案一

2.1.1 预装配

主机在总装配前，部分部件及部件之间要先进行预装配，确保装配尺寸正确后才能进行总装配。

1）刀盘：刀盘先与联接法兰装配好，并配制定位销孔，然后刀盘翻个，联接法兰朝下平放找好水平。安装各种刀具，因为刀盘平放时，刀具的安装较为方便快捷，而且刀具安装后的检测工作也较方便容易；

2）前盾：先将前盾的上、下部组装后，初步检测各部尺寸后与中盾进行试装配，检查盾体之间的把合孔对正性和外圆的圆度及大小情况。合格后将前盾的上、下部拆开平放。开始安装前盾内部梯子、走台和管路等零部件。待其安装完成后，安装前盾下部内的破碎机和泥浆门。首先将破碎机装入到前盾下部内，在装配前要预先根据破碎机与盾体之间的尺寸距离制作好两块垫块，以保证破碎机装配时的稳定性。然后装配破碎机前方的泥浆门各件。此时装配破碎机和泥浆门操作方便，难度小。因为此时破碎机可以使用天车直接将其从上至下的装入到盾体内，而泥浆门的装配也是水平位置操作，方便工人操作和行走；

3）中盾：中盾上、下部组装后，分别与前盾、尾盾试装，检查合格后除去前盾和尾盾，中盾水平放置，将所有的推进油缸竖直装入中盾内。推进油缸竖直吊装不但省时省力，而且易于调整；

4）尾盾：将安装好各种管路的尾盾与中盾试装，检测外圆直径尺寸；

5）驱动装置：主轴承平放，然后依次安装减速机和电机。

2.1.2 总装配

1）根据各盾体的尺寸及结构，确定主机总装配时用来支撑固定盾体的“V”型支座的数量并安装好；

2）依次将前盾下部、中盾下部、尾部下部放到“V”型盾体支座上，并调整好水平及同心；

3）利用驱动装置的翻转吊运工具将主驱动装置与前盾下部装配，并调整好，然后吊装前盾上部，完成前盾部分装配；

4）管片安装机支撑架与中盾下部装配，调整好水平及垂直；

5）安装中盾内部的走台、排浆管路、液压和管路等，并且为了方便安装工作和人员上下的行走，各种管路的安装工作随着走台的安装一起进行。待中盾内部的所有部件装配完成后，装配中盾上部；

6）管片安装机推进框架与支撑架装配，然后完成推进框架上的走台的装配；

7）管片安装机装配到推进框架上；

8）再完成尾盾其它三部分的安装；

9）将预装配好的刀盘与驱动装置装配。

2.2 方案二

2.2.1 预装配

各零部件只进行必要的试装配，且其全部工作均在总装配时进行。例如：各盾体试装合格后拆开，其内部的其它零部件均在总装配时再安装。

2.2.2 总装配

1）根据各盾体的尺寸及结构，确定主机总装配时用来支撑固定盾体的“V”型支座的数量并安装好；

2）依次将前盾下部、中盾下部、尾部下部放到“V”型盾体支座上，并调整好水平及同心；

3）安装前盾下部内部的梯子、走台和管路，然后安装破碎机，此时安装破碎机可以在不需制作其它垫块的基础上保证其装配时的稳定性，但时此时无法使用天车直接一步装配到位，且天车只能起到辅助作用，主要是使用手拉葫芦来完成破碎机的装配。此方法虽然能够保证装配质量，不但费时费力，而且泥浆门也只能在破碎机装配完以后才能进行装配；

4）安装泥浆门各件，此时安装泥浆门，不但泥浆门下方要使用支撑来保证安全， 而且在装配泥浆门油缸时，工作人员需要在盾体内部工作，因为已安装了破碎机，空间狭小，难度较大；

5）利用驱动装置的翻转吊运工具将主驱动装置与前盾下部装配，并调整好；

6）装配前盾上部，然后安装前盾上部的梯子、走台和管路。此时安装前盾上部内的各零部件，由于盾体较高，不但零部件向盾体内部的运送困难，而且工人需长时间高空作业；

7）管片安装机支撑架与中盾下部装配，调整好水平及垂直；

8）安装中盾内部的走台、排浆管路、液压和管路等，并且为了方便安装工作和人员上下的行走，各种管路的安装工作随着走台的安装一起进行。同时还要完成驱动装置电机和减速机的安装，此时由于空间狭小和高空作业，安装工作难度较大。待中盾内部的所有部件装配完成后，装配中盾上部；

9）安装中盾内的推进油缸。此时安装推进油缸时，不但需要在盾体内部焊接临时支撑，而且油缸在起吊时，一端还要加配重；同时安装时还要借助手拉葫芦和千斤顶。装配难度和工作强度都较大；

10）管片安装机推进框架与支撑架装配，然后完成推进框架上的走台的装配；

11）管片安装机装配到推进框架上；

12）再完成尾盾其它三部分的安装；

13）将预装配好的刀盘与驱动装置装配。

3 结论

通过对大型泥水平衡盾构机主机装配方案一、方案二在装配工艺方法、装配难易程度和工人工作强度上的分析、对比。方案一的工序简单、工作强度小，因而主机装配方案一较为合理。

参考文献

[1]汪建业.重型机械标准.昆明：云南科技出版社，2008：466-479.

[2]顾崇衔.机械制造工艺学.西安：陕西科学技术出版社，1989：218-388.