一种超大直径盾构机盾体壳体及辅助焊接工装和焊接方法
阅读说明：本技术 一种超大直径盾构机盾体壳体及辅助焊接工装和焊接方法 (Shield shell of super-large-diameter shield machine, auxiliary welding tool and welding method ) 是由 王保义 任洁 袁正涛 郝振国 王超 王炎 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超大直径盾构机盾体壳体及辅助焊接工装和焊接方法,盾体壳体包括前中盾块一、前中盾块二、前中盾块三、前中盾块四、前中盾块五、前中盾块六、前中盾块七、前中盾块八和八对对称加工的连接板,所述前中盾块二一侧通过连接板螺栓螺母与前中盾块一连接,另一侧通过连接板螺栓螺母与前中盾块三连接；其余类推。所述辅助焊接工装为U形焊接块,两侧加工对称的坡口,分别焊接在壳体一和壳体二外圆弧面上。本发明通过辅助焊接工将八块前中盾盾体进行焊接,加工组装,保证了圆弧同心；辅助焊接工装单件尺寸较小,安装拆除较为方便,具有较好的实用性。(The invention discloses a shield body shell of a shield machine with an ultra-large diameter, an auxiliary welding tool and a welding method, wherein the shield body shell comprises a first front middle shield block, a second front middle shield block, a third front middle shield block, a fourth front middle shield block, a fifth front middle shield block, a sixth front middle shield block, a seventh front middle shield block, and eight pairs of symmetrically processed connecting plates of the second front middle shield block, one side of the second front middle shield block is connected with the first front middle shield block through a connecting plate bolt nut, and the other side of the second front middle shield block is connected with the third front middle shield block through a connecting plate bolt nut; and the rest is analogized. The auxiliary welding tool is a U-shaped welding block, symmetrical grooves are machined on two sides of the U-shaped welding block and are respectively welded on the first shell and the outer circular arc surface of the first shell. The eight front middle shield bodies are welded, machined and assembled by the auxiliary welder, so that the arc concentricity is ensured; the auxiliary welding tool is small in single size, convenient to install and dismantle and good in practicability.)
技术领域
本发明涉及一种超大直径盾构机盾体壳体及其辅助焊接工装和焊接方法，属于隧道工程机械技术领域。
背景技术
盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，基本原理是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进同时对土壤进行挖掘，其中盾体壳体对挖掘出的还未衬砌的部分隧道起到临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及需要将地下水挡在外面，挖掘、排土、补砌等作业在盾体壳体的支撑掩护下进行。近年来随着工程需求不断变化，大直径盾构机在关键工程中起到举足轻重的作用。常规尺寸盾构机壳体尺寸一般控制在6500mm左右，前盾、中盾前及中盾后壳体一般分为两块，下料、加工后将两块壳体焊接在一起，与壳体焊接在一起的隔板(法兰)也相应分为两块，下料、加工后焊接在一起，然后整体焊接到对应壳体位置。因此，常规尺寸盾构机盾体部分属于整体的焊接，加工与安装只是在特殊部件分块制作然后拼装焊接再进行加工。由于其较大直径的限制，导致盾体壳体部分不能整机加工生产，因此盾构机壳体分块加工势在必行，所以保证多块壳体整机焊接拼装是完成超大直径盾构机的重要一环。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种超大直径盾构机盾体壳体及其辅助焊接工装和方法。本发明将超大直径盾构机前中盾盾体部分分为8部分，每一块单独下料，焊接，加工组装，然后通过连接板与其它块连接，并且不再区分前盾、中盾前及中盾后。
为解决这一技术问题，本发明提供了一种超大直径盾构机盾体壳体，包括前中盾块一、前中盾块二、前中盾块三、前中盾块四、前中盾块五、前中盾块六、前中盾块七、前中盾块八和八对对称加工的连接板，所述前中盾块二一侧通过连接板螺栓螺母与前中盾块一连接，另一侧通过连接板螺栓螺母与前中盾块三连接；其余类推：前中盾块四两侧分别连接前中盾块三和前中盾块五，前中盾块六两侧分别连接前中盾块五和前中盾块七，前中盾块八两侧分别连接前中盾块七和前中盾块一。
所述前中盾块二包括壳体一、壳体二、隔板一、隔板二、隔板三、中心环一和中心环二，所述壳体二侧边设有两个对称的35°坡口，通过焊接与连接板相连，壳体前端加工一个40°对称坡口与壳体一焊接；所述壳体一侧边设有两个对称的35°坡口，通过焊接与连接板相连，壳体前端加工一个45°单边坡口与刀盘相连；所述前中盾块一、前中盾块三、前中盾块四、前中盾块五、前中盾块六、前中盾块七和前中盾块八的结构与前中盾块二相同。
所述壳体一和壳体二材质为Q355B。
所述连接板材料为Q355B、通过壳体一和壳体二上预留的坡口焊接在壳体上，其中连接板前部焊接在壳体一上，尾部焊接在壳体二上。
所述壳体二尾端开有三个长方形口，用于焊接超前注浆块。
本发明还提供了一种超大直径盾构机盾体壳体的辅助焊接工装，包括辅助焊接块，所述辅助焊接块形状为U形，两侧分别加工对称的35°坡口，分别焊接在壳体一和壳体二外圆弧面上；所述辅助焊接块在各前中盾块壳体上均布6个。
所述辅助焊接块材料为Q355B。
本发明还提供了一种超大直径盾构机盾体壳体的焊接方法，采用辅助焊接块，具体包括如下步骤：
1)按图下料/加工壳体一、壳体二、连接板、隔板一、隔板二和隔板三；
2)焊接前：在壳体一和壳体二上按照辅助焊接块U形腿的尺寸大小均布6个焊接点，确定好对应焊接位置，方便壳体一、壳体二同心位置确定；
3)首先将辅助焊接块U形腿的一侧均匀焊接在壳体一上。然后另一侧对应焊接在壳体二上，保证壳体一和壳体二焊接过程中处在同心圆位置；
4)辅助焊接块焊接点对应焊接后将壳体一和壳体二根据其坡口形式焊接在一起；
5)焊接隔板一、隔板二通过预留坡口依次焊接在壳体一和两块连接板上；
6)隔板三焊接在壳体二和两块连接板上；
7)中心环一和中心环二根据预先加工坡口，首先将其焊接在一起，然后依次焊接在两连接板与隔板一和隔板二上；
8)使用连接板依次连接前中盾块一、前中盾块二、前中盾块三、前中盾块四、前中盾块五、前中盾块六、前中盾块七、前中盾块八；
9)将超前注浆块焊接在壳体二预先加工的方口中。
有益效果：本发明将超大直径盾构机前中盾盾体分为8部分，每一块单独下料，通过辅助焊接工进行焊接，加工组装，然后通过连接板与其它块连接，保证了圆弧同心；辅助焊接工装单件尺寸较小，安装拆除较为方便，具有较好的实用性，并且本辅助焊接工装使用Q355B材质，具有良好的力学性能和焊接性能，满足超大直径壳体的焊接拼装加工。
附图说明
图1所示为本发明前中盾的结构示意图；
图2所示为本发明前中盾块二的结构示意图；
图3所示为本发明壳体一的结构示意图；
图4所示为本发明壳体一坡口的放大示意图；
图5所示为本发明壳体二的结构示意图；
图6所示为本发明辅助焊接块的结构示意图；
图7所示为本发明辅助焊接块坡口的放大示意图；
图8所示为本发明连接板结构示意图。
图中：1、前中盾块一；2、前中盾块二；3、前中盾块三；4、前中盾块四；5、前中盾块五；6、前中盾块六；7、前中盾块七；8、前中盾块八；201、壳体一；202、壳体二；203、辅助焊接块；204、连接板；205、隔板一；206、隔板二；207、中心环一；208、中心环二；209、隔板三；210、超前注浆块。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。
如图1-图8所示，本发明提供了一种超大直径盾构机盾体壳体及其辅助焊接工装和方法。本发明将超大直径盾构机前中盾盾体分为8部分，每一块单独下料，焊接，加工组装，然后通过连接板与其它块连接。
本发明的超大直径盾构机盾体壳体，包括前中盾块一1、前中盾块二2、前中盾块三3、前中盾块四4、前中盾块五5、前中盾块六6、前中盾块七7、前中盾块八8和八对对称加工的连接板204，所述前中盾块二2一侧通过连接板204与前中盾块一1上对称加工的另一块连接板用螺栓螺母连接，另一侧通过连接板204与前中盾块三3上对称加工的另一块连接板用螺栓螺母连接；其余类推：前中盾块四4两侧分别连接前中盾块三3和前中盾块五5，前中盾块六6两侧分别连接前中盾块五5和前中盾块七7，前中盾块八8两侧分别连接前中盾块七7和前中盾块一1。
所述前中盾块二2包括壳体一201、壳体二202、隔板一205、隔板二206、隔板三209、中心环一207和中心环二208，所述壳体二202设有两个对称的35°坡口，通过焊接与连接板204相连，壳体前端加工一个40°对称坡口与壳体一201焊接；所述壳体一201侧边设有两个对称的35°坡口，通过焊接与连接板204相连，壳体前端加工一个45°单边坡口与刀盘相连；所述前中盾块一1、前中盾块三3、前中盾块四4、前中盾块五5、前中盾块六6、前中盾块七7和前中盾块八8的结构与前中盾块二2相同。
所述壳体一201和壳体二202材质为Q355B，满足盾体所需强度和刚度，且具有良好的焊接性能；壳体一201半径尺寸为R7475mm，厚度为90mm，长度尺寸3400mm，圆弧角度51.43°；壳体二202直径尺寸为R7465mm，厚度为80mm，长度尺寸4480mm，圆弧角度51.43°。
所述连接板204材料为Q355B、通过壳体一201和壳体二202上预留的坡口焊接在壳体上，其中连接板204前部焊接在壳体一201上，尾部焊接在壳体二202上，实现前中盾块二2的辅助焊接。
所述壳体二202尾端开有三个长方形口，用于焊接超前注浆块210。
本发明还提供了一种超大直径盾构机盾体壳体的辅助焊接工装，包括辅助焊接块203，所述辅助焊接块203形状为U形，两侧分别加工对称的35°坡口，分别焊接在壳体一201和壳体二202外圆弧面上；所述辅助焊接块203在前中盾块二2壳体上均布6个，其它各前中盾块上与此相同。
所述辅助焊接块203材料为Q355B，具有良好的焊接性能。
本发明还提供了一种超大直径盾构机盾体壳体的焊接方法，采用辅助焊接块203，具体包括如下步骤：
1)按图下料/加工壳体一201、壳体二202、连接板204、隔板一205、隔板二206和隔板三209；
2)焊接前：在壳体一201和壳体二202上按照辅助焊接块203U形腿的尺寸大小均布6个焊接点，确定好对应焊接位置，方便壳体一201、壳体二202同心位置确定；
3)首先将辅助焊接块203U形腿的一侧均匀焊接在壳体一201上；然后另一侧对应焊接在壳体二202上，保证壳体一201和壳体二202焊接过程中处在同心圆位置；
4)辅助焊接块203焊接点对应焊接后将壳体一201和壳体二202根据其坡口形式焊接在一起；
5)焊接隔板一205、隔板二206通过预留坡口依次焊接在壳体一201和两块连接板204上；
6)隔板三209焊接在壳体二202和两块连接板204上；
7)中心环一207和中心环二208根据预先加工坡口，首先将其焊接在一起，然后依次焊接在两连接板204与隔板一205和隔板二206上；
8)使用连接板204依次连接前中盾块一1、前中盾块二2、前中盾块三3、前中盾块四4、前中盾块五5、前中盾块六6、前中盾块七7、前中盾块八8；
9)将超前注浆块210焊接在壳体二202预先加工的方口中。
所述壳体一201、壳体二202具有较大直径尺寸和长度尺寸，两块壳体直接拼装焊接的过程中难以保证圆弧同心以及焊接后力学性能，因此在焊接过程中添加几块辅助焊接块203，辅助块壳体焊接以保证其同心位置、焊接的力学性能以及焊接应力的处理。
本发明将超大直径盾构机前中盾盾体分为8部分，每一块单独下料，通过辅助焊接工进行焊接，加工组装，然后通过连接板与其它块连接，保证了圆弧同心；辅助焊接工装单件尺寸较小，安装拆除较为方便，具有较好的实用性，并且本辅助焊接工装使用Q355B材质，具有良好的力学性能和焊接性能，满足超大直径壳体的焊接拼装加工。
本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。
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