基于增材再制造的盾构扩径改造技术分析.docx

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Summary：，对盾体增材扩径再制造进行技术分析。盾体按照相关角度分布进行弧形钢板+相关筋板拼焊以实现包壳，达到扩径目的。有效的实现闲置盾构资源盘活，对发展绿色循环经济、打造制造业竞争新优势具有重要意义。
Keys：扩径再制造 包壳 拼焊
0引言
随着技术成熟、成本降低，盾构法施工得到了广泛应用，我国盾构机的保有量已经超过了1500台左右，盾构机作为集光、机、电、液、传感、信息于一体大型系统化集成专业设备，是具有掘进效率高、应用领域广、安全环保等现代化施工特点的高价值的先进设备[1]。据有关资料统计：目前已有约20%的盾构机掘进里程、使用年限已达到或接近设计使用寿命。国家《中国制造2025》提出了“大力发展再制造产业，实施高端再制造、智能再制造、在役再制造，推进
产品认定，促进再制造产业持续健康发展”的战略任务[2]，盾构机再制造已成为我国绿色制造和循环经济方面推动的重点工作之一。
1再制造目的
近年来国内城市轨道交通工程项目管片外径扩径的趋势明显，，。受城市轨道交通市场大环境变动影响，适用于6m管片盾构市场逐步缩减、，扩径再制造能有效的实现闲置盾构资源的盘活作用。，各单位该规格盾构资源较为稀缺，为应对城市轨道交通扩径的大趋势，应适当调整6m、，缩减6m管片盾构保有数量、，在充分利用既有盾构的前提下，实施6m管片盾构扩径再制造从优化盾构资产结构角度也是必要的。
2 再制造要求
，对盾体扩径再制造进行技术分析。
表2-1 改造前后参数对比比表
管片外径
前盾直径
中盾直径
盾尾直径
改造前
6000mm
6250mm
6240mm
6230mm
改造后
6200mm
6440mm
6430mm
6420mm
主要再制造内容
（1）前盾包壳按照相关角度分布进行组件拼焊，拼焊组件为弧形钢板+相关筋板等组成。扩径壳体材质为Q355B扩径壳体前后两端设置加强环板，扩径壳体与加强环板之间进行焊接，加强环板与原盾体之间进行焊接。综合考虑增材部分的强度、重量，扩径壳体上半部分外圆弧板厚度为20mm，下半部分外圆弧板厚度为40mm，内部加焊环向（40mm厚）与纵向筋板（30mm厚），保证其整体刚强度及结构稳定性。为满足盾体始发过程中相关强度要求，盾体下部导轨位置采用实心钢板进行拼焊，即始发架受力处为95mm圆弧板直接贴实焊接。拼焊完成后，针对外壳整体选择适当位置进行塞焊，以进一步防止包壳组件周向窜动。扩径后前盾钢结构外径为Φ6440。具体方案图纸参考图2-1：
图2-1前盾包壳改造
图2-2 前盾增材改造方案示意图
（2）中盾盾体包壳按照相关角度分布进行组件拼焊，拼焊组件为弧形钢板+相关筋板等组成。为保证推进油缸的中心不变，中盾采用分块扩径加新制铰接环方案，焊接方式连接。扩径壳体前端、中后部设置加强环板，扩径壳体与加强环板之间进行焊接，加强环板与原盾体之间进行焊接。扩径壳体上半部分外圆弧板厚度为20mm，下半部分外圆弧板厚度30mm，内部加焊环向与纵向筋板，保证其整体刚强度及结构稳定性。始发架受力处为90mm圆弧板贴实焊接。扩径后中盾钢结构外径为Φ6430mm。新制铰接环与扩径壳体采用焊接方式连接，具体方案见图2-3。
图2-3 壳体连接关系示意图
（3）为满足6200mm外径管片安装需求，需要新制盾尾。
改造注意事项
（1）盾壳切口环位置改造：如图2-4所示，将原切口环耐磨层刨除、打磨干净后，重新加焊环板，并增焊耐磨层；
图2-4 前盾切口环位置改造图
（2）为保证盾壳膨润土通畅：原盾壳膨润土对应位置在包壳组焊件上适配切割并加焊钢管以便盾壳膨润土正常使用；
图2-5 盾壳膨润土改造图
（4）保证超前注浆孔通畅：因中盾采用增材扩径方案，包壳增材后，原超前注浆孔延伸至前盾部位，如图2-6、2-7所示，对应位置在包壳组焊件上适配切割并加焊弧板以便超前注浆孔正常使用；
图2-6 超前注浆孔改造图
图2-7 中盾超前注浆改造图
（5）改造完成后保证盾体正常吊装，要求在拼焊过程中将盾体原吊耳位置预留至现场吊耳割除后焊接。壳体拼焊完成后，针对外壳整体选择适当位置进行塞焊，以进一步防止包壳组件周向窜动；
（6）中盾推进油缸位置：在中盾不新制的情况下，推进油缸中心与管片的中心相距为70mm，造成后续施工应用期间管片异常损坏；
图2-8 扩径后中盾推进油缸位置
为解决中盾增材扩径后管片尺寸增大，推进油缸位置不变，导致的推进油缸中线与管片中线偏差70mm，可采取以下方案：
方案一：为适应6200mm管片，中盾推进油缸布置分度圆半径扩大75mm，即由原来的2850mm变为2925mm。如图2-9所示将中前盾法兰处推进油缸底座沿径向向外移动75mm，新制米字梁处推进油缸固定座，以保证推进油缸布置分度圆半径为2925mm。
图2-9 推进油缸外移示意图
方案二：如图2-10所示，将推进油缸撑靴改为偏心球铰式结构，新制偏心球铰的偏心量50mm，改造后推进油缸撑靴球头中心线和管片的偏心量只有25mm。
图2-10 推进油缸撑靴改造方案示意图
（7）中盾铰接耳座改造：中盾原铰接耳座刨除，相关焊接区域进行打磨清理；铰接耳座新制后焊接，以保证中盾与新制盾尾铰接油缸正常的连接使用；
图2-11 中盾铰接耳座改造图
再制造前后参数对比
表2-2 前盾扩径相关参数
包壳体外径
包壳体长度
切口环环板厚度
弧形钢板厚度
筋板厚度
前盾扩径后增重
Ø6440mm
1730mm
δ100mm
δ20/40/95mm
δ30mm
约 13 吨
表2-3 中盾扩径相关参数
包壳体外径
包壳体长度
铰接环长度
弧形钢板厚度
筋板厚度
中盾扩径后增重（含铰接耳座）
Ø6430mm
2055mm
690mm
δ20/40/95mm
δ30mm

3 结论
通过上述方案增材扩径再制造，前盾较原机增重13吨，较扩径后同尺寸新机重5吨；，较扩径后同尺寸新机重10吨。增加的重量对掘进姿态控制影响较小。通过增材扩径再制造能够充分利用既有盾构前盾、中盾，提升盾构利用率，增加设备的增值能力。相比新制盾体，节约钢材60余吨，减少100余吨二氧化碳气体排放。同时缩短了加工周期，并为其他项目盾构扩径改造提供了相关经验。
Reference
[1]胡清荐. 中建交通:整合资源 强强联手 引领盾构机再制造产业健康发展[J]. 表面工程与再制造, 2017, 17(2):2.
[2]工业和信息化部. 工信部印发《高端智能再制造行动计划(2018-2020年)》(全文)[J]. 资源再生, 2017(12):4.
 
-全文完-