鉸接式單軌梁的研究及應(yīng)用

王 輝

（廣東華隧建設(shè)股份有限公司，廣東 廣州 510500）

1 單軌梁研究背景

220kV奧林變電站電力隧道工程（南段）處于廣州市內(nèi)，電纜隧道的直徑為4.35m，管片外徑為4.1m，內(nèi)徑為3.6m。該工程采用4350mm泥水盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工，在小直徑盾構(gòu)隧道內(nèi)的管片水平運(yùn)輸存在一定的困難，因此，如何有效解決小直徑盾構(gòu)隧道內(nèi)的管片水平運(yùn)輸成為一個重要課題。

為滿足盾構(gòu)施工需要φ4350mm泥水盾構(gòu)機(jī)大多采用與φ6260mm盾構(gòu)機(jī)尺寸型號相同的設(shè)備，但是受隧道空間限制，盾構(gòu)機(jī)只能采用單邊臺車形式，因單邊負(fù)重易引發(fā)臺車脫軌故障，所以我們采用異邊加設(shè)平衡車架，既實(shí)現(xiàn)了小盾構(gòu)的大功效又保證了臺車平衡受力。

圖1 隧道單邊臺車布置圖單軌梁布置位置圖

2 單軌梁的設(shè)計(jì)思路

根據(jù)4350mm泥水盾構(gòu)機(jī)最大轉(zhuǎn)彎半徑來設(shè)定鉸接式單軌梁的橫向鉸接角度；根據(jù)隧道區(qū)間里程中上下坡度來選定控制單軌梁上下活動范圍的機(jī)械千斤頂型號并設(shè)定千斤頂行程。

盾構(gòu)機(jī)主體及附屬臺車安裝就位后，在盾構(gòu)機(jī)張出臺與一號臺車間安裝單軌梁實(shí)現(xiàn)盾體與附屬臺車的連接，在一號臺車內(nèi)部將單軌梁斷開分兩節(jié)布置。單軌梁主體結(jié)構(gòu)采用400型工字鋼加工制作，工字鋼下平面焊接安裝水平翼板滾子鏈條，單軌梁鉸接處一端加工為凹型弧面，另一端加工為凸型弧面與之形成有縫鏈接，從而實(shí)現(xiàn)單軌梁在轉(zhuǎn)彎掘進(jìn)過程中隨著盾體轉(zhuǎn)彎有效跟從；在張出臺上單軌梁的支撐位置安裝3噸螺旋式機(jī)械千斤頂實(shí)現(xiàn)盾體上下坡掘進(jìn)時調(diào)整單軌梁兩端高差保證管片平衡運(yùn)輸；在單軌梁與臺車及張出臺連接銷軸上安裝軸套限制單軌梁水平擺動范圍，使得單軌梁的有效擺動范圍在鉸接處的設(shè)計(jì)擺動幅度內(nèi)；最后在單軌梁下部安裝行走式電動葫蘆實(shí)現(xiàn)管片在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的垂直和水平運(yùn)輸。

3 單軌梁使用需要解決的相關(guān)問題

3.1 需要解決盾構(gòu)機(jī)附屬臺車與盾構(gòu)機(jī)主體間的連接及同步轉(zhuǎn)動問題

盾構(gòu)機(jī)主體及附屬臺車安裝就位后，在盾構(gòu)機(jī)張出臺與一號臺車間安裝單軌梁實(shí)現(xiàn)盾體與附屬臺車的連接，在一號臺車內(nèi)部將單軌梁斷開分兩節(jié)布置，每節(jié)均在一號臺車頂部支撐梁固定，實(shí)現(xiàn)單軌梁在盾構(gòu)機(jī)曲線掘進(jìn)時能夠與盾體同步轉(zhuǎn)動。在單軌梁與張出臺連接處焊接支撐座，并用銷軸連接，銷軸上安裝軸套保證單軌梁在盾構(gòu)機(jī)曲線掘進(jìn)時跟隨盾體在有效范圍內(nèi)擺動；在張出臺與一號臺車連接處焊接支撐座并用銷軸連接，安裝對應(yīng)型號的軸套保證單軌梁在盾構(gòu)機(jī)曲線掘進(jìn)時跟隨盾體在有效范圍內(nèi)擺動在單軌梁分節(jié)處一端加工凸型弧面另一端加工凹型弧面，并在單軌梁斷面安裝轉(zhuǎn)動銷，保證單軌梁轉(zhuǎn)動時斷面處的受力強(qiáng)度。

3.2 需要解決鉸接式單軌梁水平位移問題

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)最大轉(zhuǎn)彎半徑分別核算出盾構(gòu)曲線掘進(jìn)時單軌梁與張出臺連接處及單軌梁在一號臺車斷開出的最大水平位移，依據(jù)最大位移設(shè)計(jì)單軌梁凹凸弧面的弧度和半徑；分別在單軌梁與張出臺和一號臺車的固定處安裝軸套，軸套間隙尺寸即為單軌梁在該位置的最大位移。

3.3 需要解決鉸接式單軌梁垂直位移問題

在張出臺上單軌梁的支撐位置安裝支撐座，支撐座上加工環(huán)形槽，保證單軌梁連接銷可在環(huán)形槽內(nèi)上下移動；在支撐座上安裝千斤頂行程保護(hù)器，安裝3噸螺旋式機(jī)械千斤頂實(shí)現(xiàn)盾體上下坡掘進(jìn)時調(diào)整單軌梁兩端高差保證管片平衡運(yùn)輸。

3.4 需要解決管片運(yùn)輸通過鉸接處的問題

在工字鋼下部面板上焊接安裝水平翼板滾子鏈條，安裝行走式電動葫蘆實(shí)現(xiàn)管片在軌道梁內(nèi)水平運(yùn)輸；在單軌梁分節(jié)處，加工凹凸弧面，并留2cm間隙實(shí)現(xiàn)單軌梁的有縫鏈接，電動葫蘆的行走小車滾輪尺寸為Φ100，可保證小車行走至鉸接處可平穩(wěn)過渡，從而保證盾構(gòu)機(jī)在曲線掘進(jìn)過程中管片在機(jī)內(nèi)的平穩(wěn)運(yùn)輸。

5 單軌梁的應(yīng)用

鉸接式單軌梁在廣州市220kV奧林變電站電力隧道工程中成功應(yīng)用，能夠有效保證盾構(gòu)機(jī)在小半徑轉(zhuǎn)彎掘進(jìn)過程中管片在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)運(yùn)輸?shù)陌踩?；能夠?qū)崿F(xiàn)盾構(gòu)機(jī)在上下坡掘進(jìn)過程中管片在機(jī)內(nèi)運(yùn)輸?shù)钠椒€(wěn)性；同時鉸接式單軌梁靈便的設(shè)計(jì)、高效的功能、廉價的成本既滿足了施工需要又極大地縮短了工期，節(jié)約了成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用效果良好。

結(jié)語

（1）鉸接式單軌梁設(shè)計(jì)靈便、高效，成本低廉，解決了小直徑盾構(gòu)掘進(jìn)時管片在機(jī)內(nèi)的水平運(yùn)輸難題，極大的節(jié)約了成本，縮短了工期。

（2）鉸接式單軌梁水平位移設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)單軌梁的設(shè)計(jì)瓶頸，為今后盾構(gòu)施工及盾構(gòu)研發(fā)提供了更廣闊的思路。

（3）鉸接式單軌梁垂直位移設(shè)計(jì)用螺旋式機(jī)械千斤頂解決了盾構(gòu)在過程中單軌梁的平衡難題。

（4）鉸接式單軌梁在小直徑盾構(gòu)隧道施工中的成功應(yīng)用，為今后小直徑盾構(gòu)施工中的管片水平運(yùn)輸提供了借鑒參考，在廣東乃至國內(nèi)城市軌道交通工程及市政隧道工程中將會有較大的應(yīng)用前景。

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范[M].中國建筑工業(yè)出版社，2008.