基于大直徑襯砌的管片模具設計與制造探討

摘 要：隧道盾構施工技術水平的提升使得隧道的直徑也呈現(xiàn)出不斷增加的變化趨勢，為進一步提高隧道質量，本文以大直徑襯砌管片模具作為主要研究對象，通過對大直徑襯砌管片模具的精度要求和工藝改進方式進行分析，進而對所設計模具的產(chǎn)品檢驗與振動方法展開了深入研究。研究結果表明，本文所設計的大直徑襯砌管片模具可操作性較強，具有良好的使用和推廣價值。

關鍵詞：大直徑襯砌；管片模具；振動器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.018

1 工程概述

南京緯三路過江隧道位于南京長江隧道與長江大橋之間，是雙管雙層的八車道X形隧道，南北線全長分別為7363m和7014m，隧道為上下兩層，上層是江北至江南方向，下層是江南至江北方向，每層隧道家均為單向二車道。

2 精度要求與工藝改進

2.1 精度要求

管片模具的設計和制造對精度的要求較高，目的是使整個模具的重復合模具有較高的精度并確保模具具有較長的壽命，使其能使用1000R以上。通常情況下，地鐵模具的直徑大都在7m左右，而目標隧道的內外經(jīng)規(guī)格為14500×13300×600×2000。管片模具過以楔形量為24MM的楔形通用環(huán)進行設計，通用環(huán)共由10塊管片構成，其中標準塊有7個，分別與2臺鄰接塊模具和1臺封頂塊模具相連組成通用環(huán)。各管片的重量大都在13t左右，各塊模具與相連后整體通用環(huán)精度的要求較高，具體如表1所示。

2.2 工藝設計

管片模具的工藝設計應從以下幾方面分別進行：（1）側模的改進。以鉸連式翻轉開合模來充當端模，確保模具的重量均集中在底架處，如此設計的目的在于，使管片模具在附著式振搗過程中能夠從低端側模與中模圍成的腔體更加柔軟，以此來提高抗振效果，避免管片因內部出現(xiàn)氣泡而導致質量下降。此外，在鉸連式設計的支持下，管片模具在打開后清模更加方便，能夠有效確保再次合模的精度[1]。（2）組合端側模和中模時，以多組圓錐式定位銷同多組固定螺栓緊固連接，以確保管片的合模精度。同時，對中模和端模、中模和側模的接觸部分應全部進行機加工，以確保中模與各模合面的組合密度和密封性；（3）對于端模和側模而言，其在與中模焊接后，還應進行退火操作從而將其內部應力去除，并以機加工對其進行處理，保證模具加工后不易發(fā)生變形；（4）在連接盒的安裝方面，應以三維模擬設計安裝為主，同時，制作工裝予以安裝，從而使連接盒的檢孔質量滿足管片模具要求。

3 產(chǎn)品檢驗與振動方法的選擇

3.1 產(chǎn)品檢驗

本文設計的大直徑襯砌管片模具的檢驗方法如下：首先，在寬度測量方面，應率先在側模板面將測量點予以打印，并在對側模進行機加工過程中直接于測量點處打孔，而后，將銅柳釘予以打入，將其作為模具永久性測量標記點。在此基礎上，利用內徑千分尺測量內經(jīng)，確保測量點的同一性，以此來使模具寬度能夠與要求精度做比較，完成寬度檢測。其次，在弧長測量方面，事先設計一套弧形樣規(guī)，并將樣規(guī)毛坯的應力予以去除，對其進行機加工后，行基于三維檢測的樣規(guī)校正，檢測后，將偏差刻至樣規(guī)處并予以測量和修正，弧長主要以樣規(guī)和塞尺配合測量為主。最后，在連接塊和封頂塊模具的檢驗方面，應該由設計角規(guī)、樣規(guī)和塞尺相結合的辦法進行測量，將角規(guī)至于端模與側模的夾角處并貼緊表面，而后，以弧長樣規(guī)和塞尺對精度進行檢驗。

3.2 振動器與底座設計

以模擬設計為主進行對等銷位布置。在設計過程中，在對振動頻率、振幅和壽命等因素予以充分考量的的基礎上，選用氣動附著式振動器進行振動操作。對此種振動器進行分析可知，其就具有結構簡易和操作方便的優(yōu)點，能夠以管片的面積與振動能力為依據(jù)，對振動器的安裝位置和安裝個數(shù)予以確定，通常情況下，應在模具底模背面對其進行均勻安裝，并進行柔性設計以確保振動效果。

對氣動馬達的底座方面，以薄壁殼體結構的底座為主，根據(jù)管片的形狀與種類決定底座自身的形狀，同時，為確保底座的剛度和強度滿足隧道建設要求，在定位機構與模版緊固螺栓的對應部位進行焊接加強助，并將槽形的加強梁分別焊接至底座的底部和上不，確保底座的穩(wěn)固性。

3.3 模具可操作性分析

對本文所設計的大直徑襯砌管片模具操作的可行性進行如下分析：（1）由于所設計的模具規(guī)格較大，需要以流水線生產(chǎn)方式為主，通過采取快速開合模方法，借助正反牙絲桿傳動對模具進行開合操作，在確保其開合速度的基礎上，有效提高了模具開合的安全性；（2）因模具蓋板較大，故操作人員對其開合操作具有一定難度，故將蓋板設計為兩截，并在其間安置一雙向彈簧，降低模具操作難度。

4 結論

本文以南京緯三路過江隧道為目標工程，通過對其大直徑襯砌管片模具設計的精度進行分析，進而對其管片模具的工藝設計、產(chǎn)品檢驗、振動器和底座設計方法作出了系統(tǒng)探究。研究結果表明，本文設計的大直徑襯砌管片模具能夠在確保模具精度和開合速度的基礎上，滿足大直徑襯砌對模具安全性、操作便利性的要求。

參考文獻：

[1]鄭志敏.盾構法隧道襯砌管片模具的設計[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2013（13）：28-30.

作者簡介：鄧瑞娟（1984-），女，河北曲陽人，本科，助理工程師，研究方向：管片模具。