盾構(gòu)隧道高精度盾構(gòu)管片鋼模設(shè)計(jì)過程

1、1盾構(gòu)隧道高精度盾構(gòu)管片鋼模設(shè)計(jì)過程盾構(gòu)隧道高精度盾構(gòu)管片鋼模設(shè)計(jì)過程(中鐵裝備中鐵裝備上海項(xiàng)目內(nèi)控資料上海項(xiàng)目內(nèi)控資料)2015年，上海某廠在消化吸收日本鋼模設(shè)計(jì)、制造技術(shù)后，率先試制成功國產(chǎn)新一代高精度鋼模，隨后國產(chǎn)高精度鋼模進(jìn)入快速發(fā)展階段，并日趨成熟，部分廠家生產(chǎn)的鋼模已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。一、鋼模技術(shù)要求盾構(gòu)機(jī)和管片是控制盾構(gòu)隧道質(zhì)量的兩大要素，管片質(zhì)量的好壞直接影響了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)控制、管片拼裝質(zhì)量以及成型后隧道的結(jié)構(gòu)性能，防水

2、性能和耐久性，在隧道使用階段，管片質(zhì)量是第一位的。影響管片生產(chǎn)質(zhì)量的最主要因素是管片鋼模。管片鋼模與普通的鋼模板有明顯差別，其技術(shù)要求具有高精度性，堅(jiān)固耐久性，易操作性。根據(jù)《GB502991999地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》對鋼筋混凝土管片的精度要求可以確定對鋼模的精度要求，主要為表1中的五項(xiàng)檢測項(xiàng)目：鋼模寬度、鋼模高度、鋼模內(nèi)外徑弧弦長、縱向環(huán)向芯棒中心距、縱向環(huán)向芯棒孔徑。表1鋼模的精度要求序號檢測項(xiàng)目外徑≦11.0M允差(mm)

3、外徑11M允差(mm)1鋼模寬度0.250.352鋼模高度0～20～2.53鋼模內(nèi)外徑弧、弦長0.350.54縱向、環(huán)向芯棒中心距0.30.45縱向、環(huán)向芯棒孔徑0.10.2出于成本、精度等多方面考慮，工程應(yīng)用的管片鋼模一般需生產(chǎn)1000環(huán)管片，反復(fù)的開合模、振搗等操作，加上國內(nèi)一般采用蒸養(yǎng)工藝來加快鋼模周轉(zhuǎn)速度，使得其使用環(huán)境十分惡劣，這些都對鋼模的耐久性是個(gè)極大的考驗(yàn)。而作為一件工業(yè)裝備，操作的方便性是其必須具備的屬性。二、鋼模設(shè)計(jì)

4、2.1、管片形式介紹3圖2鋼模主體一般的，鋼模的結(jié)構(gòu)主要由三大件（底座、兩塊側(cè)模、兩塊端模）和相關(guān)構(gòu)件組成（見圖2）。鋼模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是圍繞三大件的設(shè)計(jì)，需考慮它們的定位方式和開啟方式等。端、側(cè)模的開啟方式有多種：側(cè)模一般有平移和鉸鏈翻合式開啟兩種方式；端模一般采用鉸鏈翻合式開啟，也有采用底座弧面少量變形方式開啟的。為使得各部分構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度，就需要進(jìn)行強(qiáng)度校核與變形計(jì)算，這部分就是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，通過合理的設(shè)計(jì)將三大件組合裝配

5、為一個(gè)整體就涉及機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域了。本次設(shè)計(jì)側(cè)模采用平移裝置進(jìn)行開啟，端模采用鉸鏈?zhǔn)介_啟。鋼模的在使用過程中的振動(dòng)方式也是設(shè)計(jì)階段必須考慮的問題，本次設(shè)計(jì)鋼模將采用附著式高頻氣動(dòng)振動(dòng)器進(jìn)行振動(dòng)。傳統(tǒng)的鋼模設(shè)計(jì)主要仍停留在二維設(shè)計(jì)階段，各零部件之間尺寸不存在關(guān)聯(lián)，在頻繁的圖紙修改過程中勢必會(huì)出現(xiàn)前后尺寸不符、相互干涉的問題，而在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員無法獲得一個(gè)直觀的產(chǎn)品形象，很難發(fā)現(xiàn)這些問題，這就引出了鋼模設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)：對機(jī)加工尺寸的確定。由

6、于設(shè)計(jì)失誤，造成鋼模無法達(dá)到設(shè)計(jì)裝配精度的情況是發(fā)生過的；另一個(gè)難點(diǎn)是兼顧耐久性與易操作性進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的手工計(jì)算校核效率低下，并且對復(fù)雜構(gòu)件計(jì)算難度較大。本文通過采用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行鋼模設(shè)計(jì)，很好的解決了以上兩個(gè)難題，設(shè)計(jì)出的鋼?，F(xiàn)已用于生產(chǎn)。現(xiàn)將設(shè)計(jì)過程簡要介紹如下。2.3、型腔（機(jī)加工尺寸）設(shè)計(jì)、型腔（機(jī)加工尺寸）設(shè)計(jì)為獲得型腔的尺寸，首先需要建立管片的三維實(shí)體模型。使用Solidwks，運(yùn)用拉伸與切除工具，很容易