基于大直径衬砌的管片模具设计与制造探讨

摘 要：隧道盾构施工技术水平的提升使得隧道的直径也呈现出不断增加的变化趋势，为进一步提高隧道质量，本文以大直径衬砌管片模具作为主要研究对象，通过对大直径衬砌管片模具的精度要求和工艺改进方式进行分析，进而对所设计模具的产品检验与振动方法展开了深入研究。研究结果表明，本文所设计的大直径衬砌管片模具可操作性较强，具有良好的使用和推广价值。

关键词：大直径衬砌；管片模具；振动器

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

1 工程概述

南京纬三路过江隧道位于南京长江隧道与长江大桥之间，是双管双层的八车道X形隧道，南北线全长分别为7363m和7014m，隧道为上下两层，上层是江北至江南方向，下层是江南至江北方向，每层隧道家均为单向二车道。

2 精度要求与工艺改进

2.1 精度要求

管片模具的设计和制造对精度的要求较高，目的是使整个模具的重复合模具有较高的精度并确保模具具有较长的寿命，使其能使用1000R以上。通常情况下，地铁模具的直径大都在7m左右，而目标隧道的内外经规格为14500×13300×600×2000。管片模具过以楔形量为24MM的楔形通用环进行设计，通用环共由10块管片构成，其中标准块有7个，分别与2台邻接块模具和1台封顶块模具相连组成通用环。各管片的重量大都在13t左右，各块模具与相连后整体通用环精度的要求较高，具体如表1所示。

2.2 工艺设计

管片模具的工艺设计应从以下几方面分别进行：（1）侧模的改进。以铰连式翻转开合模来充当端模，确保模具的重量均集中在底架处，如此设计的目的在于，使管片模具在附着式振捣过程中能够从低端侧模与中模围成的腔体更加柔软，以此来提高抗振效果，避免管片因内部出现气泡而导致质量下降。此外，在铰连式设计的支持下，管片模具在打开后清模更加方便，能够有效确保再次合模的精度[1]。（2）组合端侧模和中模时，以多组圆锥式定位销同多组固定螺栓紧固连接，以确保管片的合模精度。同时，对中模和端模、中模和侧模的接触部分应全部进行机加工，以确保中模与各模合面的组合密度和密封性；（3）对于端模和侧模而言，其在与中模焊接后，还应进行退火操作从而将其内部应力去除，并以机加工对其进行处理，保证模具加工后不易发生变形；（4）在连接盒的安装方面，应以三维模拟设计安装为主，同时，制作工装予以安装，从而使连接盒的检孔质量满足管片模具要求。

3 产品检验与振动方法的选择

3.1 产品检验

本文设计的大直径衬砌管片模具的检验方法如下：首先，在宽度测量方面，应率先在侧模板面将测量点予以打印，并在对侧模进行机加工过程中直接于测量点处打孔，而后，将铜柳钉予以打入，将其作为模具永久性测量标记点。在此基础上，利用内径千分尺测量内经，确保测量点的同一性，以此来使模具宽度能够与要求精度做比较，完成宽度检测。其次，在弧长测量方面，事先设计一套弧形样规，并将样规毛坯的应力予以去除，对其进行机加工后，行基于三维检测的样规校正，检测后，将偏差刻至样规处并予以测量和修正，弧长主要以样规和塞尺配合测量为主。最后，在连接块和封顶块模具的检验方面，应该由设计角规、样规和塞尺相结合的办法进行测量，将角规至于端模与侧模的夹角处并贴紧表面，而后，以弧长样规和塞尺对精度进行检验。

3.2 振动器与底座设计

以模拟设计为主进行对等销位布置。在设计过程中，在对振动频率、振幅和寿命等因素予以充分考量的的基础上，选用气动附着式振动器进行振动操作。对此种振动器进行分析可知，其就具有结构简易和操作方便的优点，能够以管片的面积与振动能力为依据，对振动器的安装位置和安装个数予以确定，通常情况下，应在模具底模背面对其进行均匀安装，并进行柔性设计以确保振动效果。

对气动马达的底座方面，以薄壁壳体结构的底座为主，根据管片的形状与种类决定底座自身的形状，同时，为确保底座的刚度和强度满足隧道建设要求，在定位机构与模版紧固螺栓的对应部位进行焊接加强助，并将槽形的加强梁分别焊接至底座的底部和上不，确保底座的稳固性。

3.3 模具可操作性分析

对本文所设计的大直径衬砌管片模具操作的可行性进行如下分析：（1）由于所设计的模具规格较大，需要以流水線生产方式为主，通过采取快速开合模方法，借助正反牙丝杆传动对模具进行开合操作，在确保其开合速度的基础上，有效提高了模具开合的安全性；（2）因模具盖板较大，故操作人员对其开合操作具有一定难度，故将盖板设计为两截，并在其间安置一双向弹簧，降低模具操作难度。

4 结论

本文以南京纬三路过江隧道为目标工程，通过对其大直径衬砌管片模具设计的精度进行分析，进而对其管片模具的工艺设计、产品检验、振动器和底座设计方法作出了系统探究。研究结果表明，本文设计的大直径衬砌管片模具能够在确保模具精度和开合速度的基础上，满足大直径衬砌对模具安全性、操作便利性的要求。

参考文献：

[1]郑志敏.盾构法隧道衬砌管片模具的设计[J].现代城市轨道交通，2013（13）：28-30.

作者简介：邓瑞娟（1984-），女，河北曲阳人，本科，助理工程师，研究方向：管片模具。