大直径衬砌管片模具设计与制造

陈立新

摘要：国内隧道所采用的盾构施工技术水平的不断提高，隧道的直径越来越大，这就要求大直径的管片模具必须有更高的精度。文章介绍了大直径衬砌管片模具设计与制造。

关键词：管片模具；大直径隧道；端模；侧模；附着式振动

中图分类号：U459文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）10-0026-02

随着国内隧道所采用的盾构施工技术水平的不断提高，隧道的直径越来越大。尤其是为了解决城市交通问题的过江隧道，如上海长江隧道、南京长江隧道等，都使用了大直径的隧道。可以说这些隧道的施工难度和质量要求都达到了世界最高要求。而隧道质量取决于管片的质量。而高质量的管片需要有高精度的管片模具才能保证。因此大直径的管片模具必须有更高的精度。下面我以南京过江隧道的管片模具为例，对大直径管片模具的设计，制造与测量作一些深入的探讨，以供参考。

客户参照本单位的实际情况提出了管片模具除能浇注出严格符合国家标准的管片外，还提出了采用附着式振捣方式，流水线生产工艺。这种模具在国内还属首次。一般现有模具采用人工振捣方式，而由于模具大，重量大（管片与模具总重量达到25吨）一般采用固定式，还没有流水线生产方式。

针对上述要求，我们对模具在设计、制造方面作了深入探讨。从模具的精度、寿命、振动方式。管片的流水线生产工艺，模具可操作性方面着手，提出如下可行性方案。

一、模具设计与制造的高精度

模具设计与制造要有很高的精度，并且使整个模具的重复合模精度高，寿命长，保证能使用1000R以上。一般地铁模具直径在6～8米，由6片组成，而纬三路过江隧道它的规格为φ14500（外径）*φ13300（内径）*600（H）*2000（W）。采用楔形通用环设计，楔形量为24MM，有10块管片组成。7个标准块。A1-A7连接B1B2两块和一个封顶F组成。详见图1：

每块管片重量在12～15t左右。

每块精度要求极高，而10块拼装精度都有严格要求。并且要做三环拼装，且都有严格要求，要求详见表1（单位：mm）：

在制造工艺上作了大胆的改进：

1．侧模，端模采用铰连式翻转开合模，使模具重量集中在底架上，这样的设计可使模具在使用附着式振捣时由端侧模和中模围成的腔体时有更大的柔软性。提高振动效果。防止管片出现较多的气泡，影响管片质量。

2．采用铰连式设计，模具打开后，更容易清模，保证再次合模的精度。

3．端侧模与中模组合时采用多组圆锥式定位销和多组固定螺栓连接紧固。保证合模精度。

4．中模与端模、侧模接触部分全部机加工。保证接合面的密封性和组合密度。

5．对于端模、侧模除中模外焊接完成后进行退火除去应力。再上机加工，确保加工后不易变形。

6．连接盒安装采用三维模拟设计，并制作工装进行安装，确保连接盒检孔质量。

作了上述的工艺设计后，我们每一步工艺进行严格管理，确保设计指导方案达到设计要求。

二、独特的产品检验方法

在产品检验时我们设计了一套独特的检验方法既增加了实用性，同时保证了检测的精度。

1．宽度测量，我们在侧模面板上打印测量点，在机加工时直接在侧模相对应的测量点上打孔，打入铜柳钉，作为永久性测量标记点。直接用内径千分尺测量。确保测量点的同一性。使模具宽度可以作为比较。检测宽度精度。

2．弧长测量，我们设计了一套弧形样观。样规毛坯进行应力取除后加工，加工后上三维检测进行样规校正。并将校验偏差刻在样规上进行测量修正。利用样规和塞尺配合测量弧长。详见图2：

3．对于连接块和封顶块，由设计角规+样规+塞尺进行测量。用角规放入端侧模的夹角内，靠紧内表面。再用弧长样规和塞尺检验。

4．高度采用原深度干分尺检验。

三、振动方式采用气动附着式振动

1．采用模拟设计，进行对等销位布置，并对气动马达的底座焊接进行工艺化改造，确保气动马达振动后不脱焊且振动效果良好。

2．由于采用附着式振动方式，振动部位必须是柔性设计，才能起到较好的振动效果。

3．气动马达采用进口专业制造厂家，意大利索马振动器。

四、模具的可操作性方面

1．由于模具大，生产采用流水线，所以客户比较注重模具的操作性和劳动强度。我们采用了快速开合模方法，利用正反牙丝杆传动开合模不仅使开合模速度加快，而且安全。每片侧模重量在1.5T-2T。如果没有正反牙丝杆传动。不但劳动强度大，而且不安全。

2．由于模具较大。盖板较大。操作工开启合上比较费力。为此，将盖板设计成两截。不但有效降低模具操作高度。而且在两截之间安装了双向弹簧。详见图四。使上面一截弹簧翻转合上轻松自如。整体采用 四根拉簧。使模具开合轻松方便。

3．由于模具较大，设计高强度的底架和行走系统。模具和管片重量在25t左右。采用重载轴承NJ311N。安全系数在2.0以上。刚架采用方管与槽钢焊接而成。坚强耐用。保证行走系统的可

靠性。

模具在浇注三环后进行单片和三环拼装后检验，全部符合要求，一次性通过客户验收合格。

（责任编辑：赵秀娟）