摘要：近年来，随着我国城市化的快速发展，城市道路交通压力日益增大，如交通拥堵、尾气污染等。道路交通建设之间的矛盾和机动车辆的数量变得越来越突出。地下空间资源的开发和利用受到越来越多的关注。城市地下轨道交通地铁建设为主要手段，实现安全性和可靠性等有许多优点，大容量，低环境和生态破坏，和良好的抗震性能。随着盾构制造和施工技术的不断发展，地铁隧道施工主要以盾构法为主，对“盾构段模具”提出了更高的要求。
关键词：盾构管片模具；模具测量样板；控制技术研究
1 管片模具发展现状
管片模具最早是由欧洲国家进行研究生产，20世纪60年代在日本得到迅速发展，随后引进国内，并逐渐在国内发展壮大。
按照模具振捣方式来区分，主要分为附着式振捣、振动台振捣和人工插棒振捣。
近些年来，根据采用的自动化生产线模式选择附着式振捣模式较为合理。但需要解决以下几点问题：1）解决噪音问题；2）解决振捣控制问题，彻底杜绝人为因素；3）提高模具的精度控制；
2 管片模具制造要求
根据相关国家规范要求，钢模的精度要求主要为：钢模宽度（±0.4mm）、钢模高度（-1～+3mm）、钢模弧弦长（±0.4mm）。
出于成本、精度等多方面考虑，工程应用的每套管片钢模一般需生产1500环管片，反复的开合模、振捣等操作，加上国内一般采用蒸养工艺来加快钢模周转速度，使得其使用环境十分恶劣，这些都对钢模的耐久性是个极大的考验。
为满足高精度的要求，钢模的型腔面采用数控加工中心加工获得。耐久性与易操作性的要求通过合理的结构设计来满足。
相对于固定模具，生产线模具需要研究以下内容：
1）采用3D设计模具模型；2）适用于生产线模具振捣系统的布置和设置；3）轮轴耐用性设计；
3 管片模具设计阐述
一般的管片钢模的结构主要由三大件（底模、两块侧模、两块端模）和相关构件组成。钢模的结构设计主要是围绕三大件的设计，需考虑它们的定位方式和开启方式等。端、侧模的开启方式有多种：侧模一般有平移式和铰链式开启两种方式；端模一般采用铰链式开启。
钢模的在使用过程中的振动方式也是设计阶段必须考虑的问题，此方案钢模主要采用附着式气动振动器进行振动。
4 管片模具设计关键技术及要求
4.1 3D建模
由于管片结构尺寸一般均不相同，因此钢模是典型的定制化生产产品，设计工作量很大，采用二维设计软件差错比较多，尤其是在老图纸修改过程中，错误比较多，采用三维设计可以大幅度地减少设计错误，提高设计效率。相对于二维设计方法，三维设计最大的优点在于其可视化的效果，能够直观的展示设计者的设计意图，通过虚拟装配，提前发现错误，避免了设计上的失误。
.png)
图一 管片成环3D模型（楔形量计算） 图二 隧道管片模具3D模型 图三 侧板面板的应力分布
通过三维设计，建立钢模的数字模型，通过有限元计算手段，可以很方便的获得整个钢模的受力情况、变形情况，从而实现对结构的快速优化，在成本与性能中间找到合理的平衡点。
4.2 模具振捣系统研究
振捣系统主要从振捣器的选型与布置、空压系统设置、进气技术要求等方面进行研究。
振捣器的选型：附着式振动器的加速度参考值为G大于1.5g=15m/sec2，G=Fc/W=1.5，模具的重量（负载数量）W=Fc*n/G，Fc为振动器的激振力，n为振动器数量。
大直径管片单块重16-18吨，按照最大18吨计算，尺寸为5.2*2*0.65m，空气振动器的有效振幅距离为1.5m，通过计算选用7个振动器可满足要求，振捣器通过振动力模拟，按照横向波浪形布置。
空压系统设置：空压机按照振动器提供的要求来进行计算，一个振动器耗气量1800L/min，每块模具耗气量为：12600L/min，需要配备12.6方以上的空压机，控制压力0.6-0.8Mpa以上。
进气技术要求：根据要求，振动器需干净、干燥空气，因此须在进气口安装过滤器，定期换油。
5 管片模具制造精度控制工艺
5.1 制造工艺流程图
.png)
图四 制造工艺流程图
.png)
图五 模具弧长测量 图六 模具宽度测量
5.2 传统测量方法
传统测量工具有：内径千分尺、模具弧度样板（定制）、深度尺
5.3 高精度模具测量技术研究
目前，有专业化的厂家采用激光跟踪测量系统检测模具。
激光跟踪测量系统（Laser Tracker System）是工业测量系统中一种高精度测量仪器。具有高精度、实时跟踪测量、操作简便等特点。
激光跟踪测量系统由激光跟踪头（跟踪仪）、控制器、用户计算机、反射器（靶镜）及测量附件等组成。
采用激光跟踪仪进行模具精度测量，测量精度0.1-0.2mm。
.png)
.png)
图七 激光跟踪仪 图八 测量矢量图
6 结束语
综上所述，为了更好的建设城市地下轨道交通，需要管片模具的设计和制造工艺，以及钢模的精度要求，钢模的测量方法等方面都要做到精益求精。
参考文献：
[1]张磊.地铁盾构隧道预制管片施工技术[J/OL].工程技术研究，2017（02）.
[2]李涛.盾构隧道混凝土管片预制工艺及质量控制[J].工程材料与设备，2011（03）.
论文作者:钱凤亮
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/18
标签：管片论文; 振动器论文; 模具论文; 测量论文; 盾构论文; 精度论文; 激光论文; 《基层建设》2019年第28期论文;