大直徑襯砌管片模具設(shè)計(jì)與制造

陳立新

摘要：國(guó)內(nèi)隧道所采用的盾構(gòu)施工技術(shù)水平的不斷提高，隧道的直徑越來越大，這就要求大直徑的管片模具必須有更高的精度。文章介紹了大直徑襯砌管片模具設(shè)計(jì)與制造。

關(guān)鍵詞：管片模具；大直徑隧道；端模；側(cè)模；附著式振動(dòng)

中圖分類號(hào)：U459文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）10-0026-02

隨著國(guó)內(nèi)隧道所采用的盾構(gòu)施工技術(shù)水平的不斷提高，隧道的直徑越來越大。尤其是為了解決城市交通問題的過江隧道，如上海長(zhǎng)江隧道、南京長(zhǎng)江隧道等，都使用了大直徑的隧道。可以說這些隧道的施工難度和質(zhì)量要求都達(dá)到了世界最高要求。而隧道質(zhì)量取決于管片的質(zhì)量。而高質(zhì)量的管片需要有高精度的管片模具才能保證。因此大直徑的管片模具必須有更高的精度。下面我以南京過江隧道的管片模具為例，對(duì)大直徑管片模具的設(shè)計(jì)，制造與測(cè)量作一些深入的探討，以供參考。

客戶參照本單位的實(shí)際情況提出了管片模具除能澆注出嚴(yán)格符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的管片外，還提出了采用附著式振搗方式，流水線生產(chǎn)工藝。這種模具在國(guó)內(nèi)還屬首次。一般現(xiàn)有模具采用人工振搗方式，而由于模具大，重量大（管片與模具總重量達(dá)到25噸）一般采用固定式，還沒有流水線生產(chǎn)方式。

針對(duì)上述要求，我們對(duì)模具在設(shè)計(jì)、制造方面作了深入探討。從模具的精度、壽命、振動(dòng)方式。管片的流水線生產(chǎn)工藝，模具可操作性方面著手，提出如下可行性方案。

一、模具設(shè)計(jì)與制造的高精度

模具設(shè)計(jì)與制造要有很高的精度，并且使整個(gè)模具的重復(fù)合模精度高，壽命長(zhǎng)，保證能使用1000R以上。一般地鐵模具直徑在6～8米，由6片組成，而緯三路過江隧道它的規(guī)格為φ14500（外徑）*φ13300（內(nèi)徑）*600（H）*2000（W）。采用楔形通用環(huán)設(shè)計(jì)，楔形量為24MM，有10塊管片組成。7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊。A1-A7連接B1B2兩塊和一個(gè)封頂F組成。詳見圖1：

每塊管片重量在12～15t左右。

每塊精度要求極高，而10塊拼裝精度都有嚴(yán)格要求。并且要做三環(huán)拼裝，且都有嚴(yán)格要求，要求詳見表1（單位：mm）：

在制造工藝上作了大膽的改進(jìn)：

1．側(cè)模，端模采用鉸連式翻轉(zhuǎn)開合模，使模具重量集中在底架上，這樣的設(shè)計(jì)可使模具在使用附著式振搗時(shí)由端側(cè)模和中模圍成的腔體時(shí)有更大的柔軟性。提高振動(dòng)效果。防止管片出現(xiàn)較多的氣泡，影響管片質(zhì)量。

2．采用鉸連式設(shè)計(jì)，模具打開后，更容易清模，保證再次合模的精度。

3．端側(cè)模與中模組合時(shí)采用多組圓錐式定位銷和多組固定螺栓連接緊固。保證合模精度。

4．中模與端模、側(cè)模接觸部分全部機(jī)加工。保證接合面的密封性和組合密度。

5．對(duì)于端模、側(cè)模除中模外焊接完成后進(jìn)行退火除去應(yīng)力。再上機(jī)加工，確保加工后不易變形。

6．連接盒安裝采用三維模擬設(shè)計(jì)，并制作工裝進(jìn)行安裝，確保連接盒檢孔質(zhì)量。

作了上述的工藝設(shè)計(jì)后，我們每一步工藝進(jìn)行嚴(yán)格管理，確保設(shè)計(jì)指導(dǎo)方案達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

二、獨(dú)特的產(chǎn)品檢驗(yàn)方法

在產(chǎn)品檢驗(yàn)時(shí)我們?cè)O(shè)計(jì)了一套獨(dú)特的檢驗(yàn)方法既增加了實(shí)用性，同時(shí)保證了檢測(cè)的精度。

1．寬度測(cè)量，我們?cè)趥?cè)模面板上打印測(cè)量點(diǎn)，在機(jī)加工時(shí)直接在側(cè)模相對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)上打孔，打入銅柳釘，作為永久性測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)。直接用內(nèi)徑千分尺測(cè)量。確保測(cè)量點(diǎn)的同一性。使模具寬度可以作為比較。檢測(cè)寬度精度。

2．弧長(zhǎng)測(cè)量，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套弧形樣觀。樣規(guī)毛坯進(jìn)行應(yīng)力取除后加工，加工后上三維檢測(cè)進(jìn)行樣規(guī)校正。并將校驗(yàn)偏差刻在樣規(guī)上進(jìn)行測(cè)量修正。利用樣規(guī)和塞尺配合測(cè)量弧長(zhǎng)。詳見圖2：

3．對(duì)于連接塊和封頂塊，由設(shè)計(jì)角規(guī)+樣規(guī)+塞尺進(jìn)行測(cè)量。用角規(guī)放入端側(cè)模的夾角內(nèi)，靠緊內(nèi)表面。再用弧長(zhǎng)樣規(guī)和塞尺檢驗(yàn)。

4．高度采用原深度干分尺檢驗(yàn)。

三、振動(dòng)方式采用氣動(dòng)附著式振動(dòng)

1．采用模擬設(shè)計(jì)，進(jìn)行對(duì)等銷位布置，并對(duì)氣動(dòng)馬達(dá)的底座焊接進(jìn)行工藝化改造，確保氣動(dòng)馬達(dá)振動(dòng)后不脫焊且振動(dòng)效果良好。

2．由于采用附著式振動(dòng)方式，振動(dòng)部位必須是柔性設(shè)計(jì)，才能起到較好的振動(dòng)效果。

3．氣動(dòng)馬達(dá)采用進(jìn)口專業(yè)制造廠家，意大利索馬振動(dòng)器。

四、模具的可操作性方面

1．由于模具大，生產(chǎn)采用流水線，所以客戶比較注重模具的操作性和勞動(dòng)強(qiáng)度。我們采用了快速開合模方法，利用正反牙絲桿傳動(dòng)開合模不僅使開合模速度加快，而且安全。每片側(cè)模重量在1.5T-2T。如果沒有正反牙絲桿傳動(dòng)。不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且不安全。

2．由于模具較大。蓋板較大。操作工開啟合上比較費(fèi)力。為此，將蓋板設(shè)計(jì)成兩截。不但有效降低模具操作高度。而且在兩截之間安裝了雙向彈簧。詳見圖四。使上面一截彈簧翻轉(zhuǎn)合上輕松自如。整體采用 四根拉簧。使模具開合輕松方便。

3．由于模具較大，設(shè)計(jì)高強(qiáng)度的底架和行走系統(tǒng)。模具和管片重量在25t左右。采用重載軸承NJ311N。安全系數(shù)在2.0以上。剛架采用方管與槽鋼焊接而成。堅(jiān)強(qiáng)耐用。保證行走系統(tǒng)的可

靠性。

模具在澆注三環(huán)后進(jìn)行單片和三環(huán)拼裝后檢驗(yàn)，全部符合要求，一次性通過客戶驗(yàn)收合格。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）