CN116160158A - 盾构机尾盾拼装方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种盾构机尾盾拼装方法，旨在解决尾盾各部分块安装精度差，影响盾构施工质量的问题。该拼装方法主要包括如下步骤：（1）测量盾尾各分块的半径；（2）底部分块安设；（3）左侧分块安设；（4）右侧分块安设；（5）顶部分块安设；（6）复核并调整尾盾尾部半径公差；（7）焊缝位置处设置工艺支撑；（8）焊接盾尾各分块；（9）焊接过程及焊接后壳体直径测量及矫正；（10）焊接尾盾与中盾间的环焊缝；（11）尾盾壳体半径复核；（12）盾尾刷焊接。本申请方法可有效控制尾盾各分块的拼装及焊接精度，避免其误差对盾构机正常掘进造成的不利影响。

Description

盾构机尾盾拼装方法

技术领域

本申请涉及盾构安装技术领域，具体涉及一种盾构机尾盾拼装方法。

背景技术

盾构机是一种采用盾构法进行掘进的隧道挖掘机，它整体呈圆柱体状，共分为前盾、中盾、尾盾三部分。其中，前盾安设于刀盘后，其内部安装有用于支撑刀盘主驱动装置和螺旋输送机的钢结构；中盾与前盾间通过高强度螺栓及焊接而稳固连接，用于掘进的推进油缸极作为盾尾附加装置的盾体铰接油缸便安设于中盾区域内，且中盾上布设有连接有悬挂桁架的支柱，用于安装管片拼装机；尾盾通过铰接油缸与中盾连接，在尾盾的保护下，管片拼装机实现管片拼装，且尾盾末端设有密封刷用于密封尾盾及成环管片间的间隙，并通过尾盾中的注浆管路将形间隙用浆液填充密实。

其中，由于尾盾直径较大，难以整体加工成型，需将其分块后再行生产制造，根据各部分块的分布位置，普遍将尾盾划分为底盾、左盾、右盾、顶盾。由于尾盾是由各部分块组装而成的圆柱型结构，而隧道施工质量对尾盾的圆度具有较高要求，故各部分块在拼接组装时的组装精度会直接影响最终隧道的施工质量，因此，需要避免尾盾各部分块安装时出现错缝、扭曲等问题，以保证尾盾的圆弧度。

公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本申请提供了一种盾构机尾盾拼装方法，旨在解决尾盾各部分块安装精度差，影响盾构施工质量的问题。

根据本公开的一个方面，提供一种盾构机尾盾拼装方法，该尾盾包括底部分块、左侧分块、右侧分块、顶部分块，包括如下步骤：

（1）尾盾吊装下井前，采用全站仪测量盾尾各分块的半径并记录；

（2）底部分块安设，标定前中盾中心轴线和180°位置线，并将所述180°位置线引出标记于反力架上；底块起吊下井，并通过设置在尾盾与中盾对应连接位置处及盾体底部的千斤顶调整底部分块位置至尾盾180°位置线与前中盾180°位置线重合，且直线偏差小于3mm；测量底部分块尾部内径，并调整其公差至±10mm；

（3）左侧分块安设，通过吊车及手拉葫芦起吊左侧分块下井至待拼装位置处，采用安设于中盾与尾盾对应连接处的千斤顶调整尺寸公差至-10～0mm后定位焊接固定，测量其半径并记录数据；

（4）右侧分块安设，通过吊车及手拉葫芦起吊右侧分块下井至待拼装位置处，采用安设于中盾与尾盾对应连接处的千斤顶调整尺寸公差至-10～0mm后定位焊接固定，测量其半径并记录数据；

（5）顶部分块安设，顶部分块吊耳呈三角形布设，且前部两吊耳分别增设卸扣，起吊下井后，通过安设于中盾与尾盾对应连接处的千斤顶调整其尺寸公差至0～+10mm，后定位焊接固定，测量其半径并记录数据；

（6）采用全站仪复核并调整尾盾尾部半径公差至±10mm；

（7）在尾盾分块处及尾盾与中盾间的焊缝位置处设置工艺支撑；

（8）焊接盾尾各分块，各焊缝先打底焊接内侧焊缝，而后进行外侧清根，再打底外侧焊缝，四条焊缝中相对180°的焊缝对称焊接，各焊缝分段退焊；

（9）焊接过程及焊接后壳体直径检测，分别于正式焊接前、单侧焊接15min后、对侧焊接15min后、整体焊接完成后检测并记录壳体直径，如若壳体半径超出尺寸要求，根据测量数据对壳体进行机械矫正；

（10）焊接尾盾与中盾间的环焊缝，先焊接纵向缝，再焊接与盾体轴线平行的横向缝；

（11）尾盾壳体半径复核，根据测量数据及壳体半径要求尺寸进行复核及调整矫正，并割除工艺支撑；

（12）盾尾刷焊接，焊接前打磨焊缝位置及两侧见金属光泽，各类盾尾刷从前往后依次错缝布设。

在本公开的一些实施例中，在所述步骤（1）中，在井上将盾尾整体进行试组装，并测量记录其半径尺寸，其测量位置为径向前后两端对应圆周均分的24个点位。

在本公开的一些实施例中，在所述步骤（1）中，检查相应分块对应的0°或180°中心十字位置线，如若没有则对应的进行划线标注。

在本公开的一些实施例中，在所述步骤（2）中，吊装前，需打磨各分块的焊接位置及两侧50mm处至金属光泽。

在本公开的一些实施例中，在所述步骤（2）中，所述千斤顶包括竖直方向调整千斤顶、水平方向调整千斤顶，所述竖直方向千斤顶设于尾盾对应连接中盾的边缘处，且顶靠于固定设在中盾对应边缘处的L型限位板的对应板壁处；所述水平方向调整千斤顶竖直设于尾盾外壁两侧及中心对应位置处。

在本公开的一些实施例中，在所述步骤（3）、步骤（4）或步骤（5）中，所述千斤顶一端顶靠在尾盾边缘处，另一端顶靠在固定设于中盾对应边缘处的L型限位板相应板壁处。

在本公开的一些实施例中，在所述步骤（3）、步骤（4）或步骤（5）中，所述定位焊接所用焊材与正式焊接的预热温度及焊材相同，且长度大于100mm。

在本公开的一些实施例中，在所述步骤（7）中，所述工艺支撑为“凹”字型筋板。

在本公开的一些实施例中，在所述步骤（9）中，所述壳体直径检测的检测点为轴向均分三层的断面与盾体的交叉点。

在本公开的一些实施例中，在所述步骤（9）或（11）中，所述矫正通过导链或氧气乙炔进行机械或火焰矫正，且在矫正过程中实时测量。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过各千斤顶的调整及配合公差的限定，有效提高了装配的精度和效率，进而通过焊接次序及焊接过程中的实时对应调整，确保了焊缝的受力强度及焊接后尾盾整体的圆度。

附图说明

图1为本申请一实施例中底块尾盾与中盾连接位置调整状态示意图。

图2为本申请一实施例中尾盾底块调整状态示意图。

以上各图中，1为尾盾，2为中盾，3为L型限位板，4为竖直方向调整千斤顶，5为水平方向调整千斤顶。

具体实施方式

为了更好的理解本申请技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本例公开一种盾构机尾盾拼装方法，该尾盾包括底部分块、左部分块、右部分块、顶部分块，利用650T履带吊主吊下井，其包括如下步骤：

（1）尾盾吊装下井前，采用全站仪测量盾尾各分块的半径并记录。

尾盾各分块出厂前会经过一定的质检测量，保证其半径尺寸符合设计要求，但是考虑到尾盾在装卸运输中的情况无法完全掌握，因此在尾盾运抵至施工工点时需要采用全站仪对尾盾各分块的尺寸半径进行复核并记录，复核尾盾加工半径与设计半径间是否存在误差以及运输过程中外力是否对其造成了形变，并通过对测量数据的准确记录，用于在后续拼装过程中，根据该分块吊装前的半径检查数据与拼装过程中的数据差异，进行比较，以便于监测拼装过程中所产生的误差，为各分块的精调提供准确的测量数据。

此外，尾盾各分块在出厂前在相应的顶部块及底部块中心位置会标注0°或180°中心十字位置线，用于确保尾盾拼装时盾壳的摆放位置与始发台中心位置在同一轴线方向，方便尾盾于始发台上的安设；为避免运输途中的磨损或是出厂前未进行标注，故在尾盾起吊拼装前检查相应分块的0°或180°中心十字位置线，如若模糊不清难以辨识或出厂前未对其进行标注，则采用全站仪对测量后进行划线标注。

在其他的一些实施例中，在地面场地空间允许的情况下，对尾盾进行试组装，验证整体拼装后的圆度是否符合要求，通过检测径向前后两端圆周各自所均分的24个点位，检测尾盾的半径尺寸、圆度并记录。

（2）底部分块安设，标定前中盾中心轴线和180°位置线，并将所述180°位置线引出标记于反力架上；底块起吊下井，并通过设置在尾盾与中盾对应连接位置处及盾体底部的千斤顶调整底部分块位置至尾盾180°位置线与前中盾180°位置线重合，且直线偏差小于3mm；采用全站仪检测底部分块尾部内径，并经千斤顶调整其公差至±10mm。

对尾盾各分块进行复核，确定其复核设计要求后，便可开始进行吊装下井作业，由于从地面向井下吊装，尾盾底块处于井下底部位置处，故先进行底部分块的安设。尾盾底部分块安设前，首先测量及标定前中盾的中心轴线及180°位置线，由于井下盾构始发台的定位中线需与盾尾中线重合，故将采用全站仪所测量得出的前中盾轴线，经计算放样至反力架处，标记清晰，作为尾盾底块定位安设的参考基准，使尾盾中线与前中盾轴线相重合。同时，还需确保尾盾180°位置线与前中盾的180°位置线相重合，直线偏差小于3mm，由此实现尾盾底块的准确对位。

对于尾盾分块的半径测量，在本实施例中，采用全站仪观测组装好的前中盾体，并拟合计算出盾构机轴线，将其竖直方向上向下投射至中盾、尾盾壳体上，在壳体上喷漆标识；在分块圆弧上选择至少三个测点，根据拟合的盾构机轴线及盾尾设计半径计算测点位置的半径差值，得出实测位置的半径与设计半径的差异，据此作为矫正依据。

其中，在对位安设时，盾构机根据其设计采用有限元分析后会确定其安设公差，即不影响盾构机顺利掘进的可允许偏差，在本实施例中，通过全站仪对底块尾部内径的测量记录，保证公差为±10mm，如不符合则需进行调整。当公差偏移较大时，通过吊车对尾盾底块重新起吊，改变安设位置，再次安装定位以修正偏差；当公差偏移较小时，通过尾盾周边临时安设的千斤顶进行调整。在本实施例中，千斤顶包括竖直方向调整千斤顶、水平方向调整千斤顶，其中，参见图1，竖直方向千斤顶设于尾盾对应连接中盾的边缘处，且顶靠于固定设在中盾对应边缘处的L型限位板的对应板壁处，通过该千斤顶的顶升，实现该位置附近底块半径的微调，考虑到千斤顶在顶升过程中当顶升力大于钢材抗压屈服强度时可能导致尾盾变形，因此，在千斤顶的顶升过程中，需采用仪器进行调整数据的监测，避免数据超过允许公差。参见图2，在尾盾外壁的两侧以及中心位置处竖直安设有水平方向调整千斤顶，通过两侧千斤顶相应的顶升，达到底块向该侧移动的目的，实现底块位置沿圆周方向的转动调整，且通过各千斤顶的升降，可同时实现对盾体底块高度位置调节。

此外，吊装前需打磨各分块的焊接位置及两侧50mm处至金属光泽，清理干净焊缝处的油漆、锈迹、毛刺等，避免影响焊接质量。

（3）左侧分块安设，通过吊车及手拉葫芦起吊左侧分块下井至待拼装位置处，采用安设于中盾与尾盾对应连接处的千斤顶调整尺寸公差至-10～0mm后定位焊接固定，全站仪检测半径并记录数据。

尾盾底块安设完毕后，开始进行两侧分块的起吊下井，在本实施例中，先进行左侧分块的安设，在其他的一些实施例中，先进行右侧边块的安设，再进行左侧边块的安设。

本例中左侧边块共布设三个吊点，各吊点分别设有通过钢丝绳与吊车吊钩连接的20T手拉葫芦，通过手拉葫芦实现边块位置的调整，以进行初步对位，待边块下落至待拼接位置后，通过设置在中盾与盾尾连接处的千斤顶进一步调整侧边块的尺寸公差至-10～0mm，其中，该千斤顶一端顶靠在尾盾左侧边块，另一端顶靠在焊接于中盾边缘处的L型限位板与尾盾中线平行的板壁处。

此外，在本实施例中，考虑到尾盾在制造过程中已经向内进行了弯曲，受弹性形变的影响，继续向内卷曲比较困难，因此在拼装精调时，向正值（至盾体向外扩展值）调整容易，向负值（至盾体向内收缩值）调整较为困难，即在调整过程中进行向外扩展的难度要小于向内收缩。而左右分块由于受重力影响，安装的过程中力是向外扩展的，为抵消扩展力产生的位移，故下井时调整左侧边块270°位置靠近最小负公差。

左侧分块调整到位后，进行定位焊接固定，定位焊所用的焊材需与正式焊接时所采用的焊材相同，且焊前预热温度与正式焊接的预热温度一致，所进行定位焊的长度不小于100mm，以保证焊接的可靠性。焊接前后，为避免吊装过程中受力不均匀或碰撞，亦或是定位焊的热胀冷缩等造成分块半径变化，故采用全站仪对分块半径等数据进行复核，并记录。

（4）同样的，右侧分块的安设，通过吊车及手拉葫芦起吊右侧分块下井至待拼装位置处，采用安设于中盾与尾盾对应连接处的千斤顶调整尺寸公差至-10～0mm后定位焊接固定，全站仪检测半径并记录数据。

（5）顶部分块安设，顶部分块吊耳呈三角形布设，且前部两吊耳分别增设卸扣，起吊下井后，通过安设于中盾与尾盾对应连接处的千斤顶调整其尺寸公差至0～+10mm，后定位焊接固定，全站仪检测半径并记录数据。

最后进行顶部分块的安设，由于顶块中设有需与中盾对应连接的注浆管及油脂管，在本实施例中，为便于注浆管及油脂管插入中盾，在顶部分块顶部三角形状分布的吊耳中，选取靠近中盾的两吊耳分别增设一50T卸扣，使顶部分块向前端倾斜。初步对位后，采用安设于中盾与尾盾连接部位的千斤顶精调其位置，考虑到顶块受重力作用影响，安装过程中受力是向内收缩的，为抵消该向内收缩的位移，将顶块0°即中心位置靠近最大正公差。调整前及定位焊接后，同样的对分块半径进行复核，避免安装及焊接误差。

（6）采用全站仪复核调整尾盾尾部半径公差至±10mm。

尾盾各分块拼装完毕后，采用全站仪对尾盾半径公差进行复核，判断是否满足±10mm的公差要求，并相应的根据测量数据进行校正。

（7）在尾盾分块处及尾盾与中盾间的焊缝位置处增加工艺支撑。

考虑到尾盾各分块重量较重可到几十吨，为保证相邻分块处及尾盾与中盾相应焊接位置的支撑可靠性，焊缝能准确对接，故在本实施例中，于焊缝处增加凹字形筋板，作为工艺支撑，其与尾盾间角焊连接，焊接尺寸为20mm。

（8）焊接盾尾各分块，各焊缝先打底焊接内侧焊缝，而后进行外侧清根，再打底外侧焊缝，四条焊缝中相对180°的焊缝对称焊接，各焊缝分段退焊。

（9）焊接过程及焊接后壳体直径检测，分别于正式焊接前、单侧焊接15min后、对侧焊接15min后、整体焊接完成后检测并记录壳体直径，如若壳体半径超出尺寸要求，根据测量数据对壳体进行矫正。

由于在焊接过程中，焊接改变了各分块间的受力情况，以及热胀冷缩会导致盾体可能产生形变，为此，在焊接过程及焊接前后需对壳体直径进行检测，在本实施例中，选择平行于盾构轴线方向将尾盾圆面均分的三个断面，将其与圆周的交点作为测点，以反映壳体的直径变化。并根据测量数据进行矫正，以满足设计要求，在本实施例中，通过导链或氧气乙炔进行机械或火焰矫正，且在矫正过程中实时测量尾盾壳体变化。

（10）焊接尾盾与中盾间的环焊缝，先焊接纵向缝，在焊接与盾体轴线平行的横向缝。

由于尾盾上设有凸出的注浆块，其部分深入中盾尾部，造成正式焊接时，该部位存在与盾体轴线平行的横向缝，以及与中盾及尾盾对接处重合或平行的纵向缝。本例中，考虑到受重力影响，纵向缝的受力大于横向缝的受力，为此，选择首先焊接纵向缝后，再行焊接横向缝，以控制形变。

（11）尾盾壳体半径复核，根据测量数据及壳体半径要求尺寸进行复核及调整矫正，并割除工艺支撑。

其中，在割除工艺支撑时，需留根5mm以上，以防损伤盾体，切割后采用碳弧气刨除根，最后用砂轮机修磨平滑过渡。

（12）盾尾刷焊接，焊接前打磨焊缝位置及两侧见金属光泽，各类盾尾刷从前往后依次错缝布设。

在本实施例中，尾盾刷焊接前清理尾盾内杂物、水、油污等，并打磨焊缝位置及两侧各20mm位置，直至出现金属光泽。盾尾刷共分为三类，其安设时，从前往后依次为盾尾刷A两道、盾尾刷B两道、盾尾刷C一道，且错缝布设。

尽管已描述了本发明申请的一些优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明申请进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种盾构机尾盾拼装方法，该尾盾包括底部分块、左部分块、右部分块、顶部分块，其特征在于，包括如下步骤：

（1）尾盾吊装下井前，采用全站仪测量盾尾各分块的半径并记录；

（2）底部分块安设，标定前中盾中心轴线和180°位置线，并将所述180°位置线引出标记于反力架上；底块起吊下井，并通过设置在尾盾与中盾对应连接位置处及盾体底部的千斤顶调整底部分块位置至尾盾180°位置线与前中盾180°位置线重合，且直线偏差小于3mm；测量底部分块尾部内径，并调整其公差至±10mm；

（3）左侧分块安设，通过吊车及手拉葫芦起吊左侧分块下井至待拼装位置处，采用安设于中盾与尾盾对应连接处的千斤顶调整尺寸公差至-10～0mm后定位焊接固定，测量其半径并记录数据；

（4）右侧分块安设，通过吊车及手拉葫芦起吊右侧分块下井至待拼装位置处，采用安设于中盾与尾盾对应连接处的千斤顶调整尺寸公差至-10～0mm后定位焊接固定，测量其半径并记录数据；

（5）顶部分块安设，顶部分块吊耳呈三角形布设，且前部两吊耳分别增设卸扣，起吊下井后，通过安设于中盾与尾盾对应连接处的千斤顶调整其尺寸公差至0～+10mm，后定位焊接固定，测量其半径并记录数据；

（6）采用全站仪复核并调整尾盾尾部半径公差至±10mm；

（7）在尾盾分块处及尾盾与中盾间的焊缝位置处设置工艺支撑；

（8）焊接盾尾各分块，各焊缝先打底焊接内侧焊缝，而后进行外侧清根，再打底外侧焊缝，四条焊缝中相对180°的焊缝对称焊接，各焊缝分段退焊；

（9）焊接过程及焊接后壳体直径检测，分别于正式焊接前、单侧焊接15min后、对侧焊接15min后、整体焊接完成后检测并记录壳体直径，如若壳体半径超出尺寸要求，根据测量数据对壳体进行矫正；

（10）焊接尾盾与中盾间的环焊缝，先焊接纵向缝，再焊接与盾体轴线平行的横向缝；

（11）尾盾壳体半径复核，根据测量数据及壳体半径要求尺寸进行复核及调整矫正，并割除工艺支撑；

（12）盾尾刷焊接，焊接前打磨焊缝位置及两侧见金属光泽，各类盾尾刷从前往后依次错缝布设。

2.根据权利要求1所述的盾构机尾盾拼装方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，在井上将盾尾整体进行试组装，并测量记录其半径尺寸，其测量位置为径向前后两端对应圆周均分的24个点位。

3.根据权利要求1所述的盾构机尾盾拼装方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，检查相应分块对应的0°或180°中心十字位置线，如若没有则对应的进行划线标注。

4.根据权利要求1所述的盾构机尾盾拼装方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，吊装前，需打磨各分块的焊接位置及两侧50mm处至金属光泽。

5.根据权利要求1所述的盾构机尾盾拼装方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述千斤顶包括竖直方向调整千斤顶、水平方向调整千斤顶，所述竖直方向千斤顶设于尾盾对应连接中盾的边缘处，且顶靠于固定设在中盾对应边缘处的L型限位板的对应板壁处；所述水平方向调整千斤顶竖直设于尾盾外壁两侧及中心对应位置处。

6.根据权利要求1所述的盾构机尾盾拼装方法，其特征在于，在所述步骤（3）、步骤（4）或步骤（5）中，所述千斤顶一端顶靠在尾盾边缘处，另一端顶靠在固定设于中盾对应边缘处的L型限位板相应板壁处。

7.根据权利要求1所述的盾构机尾盾拼装方法，其特征在于，在所述步骤（3）、步骤（4）或步骤（5）中，所述定位焊接所用焊材与正式焊接的预热温度及焊材相同，且长度大于100mm。

8.根据权利要求1所述的盾构机尾盾拼装方法，其特征在于，在所述步骤（7）中，所述工艺支撑为“凹”字型筋板。

9.根据权利要求1所述的盾构机尾盾拼装方法，其特征在于，在所述步骤（9）中，所述壳体直径检测的检测点为轴向均分三层的断面与盾体的交叉点。

10.根据权利要求1所述的盾构机尾盾拼装方法，其特征在于，在所述步骤（9）或（11）中，所述矫正通过导链或氧气乙炔进行机械或火焰矫正，且在矫正过程中实时测量。

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