盾構(gòu)機(jī)電纜自動(dòng)延伸系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王遠(yuǎn)志++袁文征

【摘 要】盾構(gòu)機(jī)配置了較多的電氣設(shè)備，在其掘進(jìn)過(guò)程中，需從隧道外引入多根電纜，電纜需要在拖車后面臨時(shí)存放，以滿足盾構(gòu)掘進(jìn)需要，針對(duì)目前電纜存儲(chǔ)混亂、規(guī)劃不合理現(xiàn)象，本文提出一種由支撐架、電纜轉(zhuǎn)盤和進(jìn)線機(jī)構(gòu)等組成的電纜自動(dòng)延伸系統(tǒng)，系統(tǒng)固定在盾構(gòu)機(jī)最后一節(jié)拖車吊裝過(guò)渡平臺(tái)頂部，隨盾構(gòu)機(jī)行進(jìn)。支撐架與拖車通過(guò)螺栓連接，在其上方設(shè)有若干電纜轉(zhuǎn)盤，并設(shè)有固定進(jìn)線機(jī)構(gòu)，與電纜轉(zhuǎn)盤一一對(duì)應(yīng)，在轉(zhuǎn)軸的周向設(shè)置三個(gè)沿徑向可以調(diào)節(jié)的螺桿，來(lái)保證電纜的張緊。隨盾構(gòu)掘進(jìn)，轉(zhuǎn)盤能夠自動(dòng)釋放存儲(chǔ)的電纜，實(shí)現(xiàn)了電纜的不斷延伸，同時(shí)使電纜合理有序擺放，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

【關(guān)鍵詞】電纜轉(zhuǎn)盤；盾構(gòu)機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；自動(dòng)延伸

【Abstract】 It is necessary to induct many electric power cables from outside the tunnel for electrical equipments on the shield machine，and which needs temporary storage in the rear of the shield machine trailer to suit the shield mechanical driving. It is currently in a state of confusion and unreasonable planning of the cable， in light of this situation， this paper presents an automatic cable extension system which is composed of a support frame， a cable rotary table and a wire feeding mechanism. The system move forward with the trailer， which is installed at the top of the hoisting transition platform on the last trailer. The support frame is connected with the trailer through bolts， the upper part of which is provided with a plurality of cable rotary table. Meanwhile， there are many confirmed wire feeding mechanisms on the table，and two of them are in one-to-one correspondence. The radial direction of the rotating shaft is provided with three screw rods which can be adjusted along the radial direction so as to ensure the tension of cable. With the shield tunneling， the cable rotary table achieve the continuous extension of cable by automatically releasing the stored cable， besides， can be reasonable and orderly arrangement the cable. Thus，the system is simple， economical and practical.

【Key words】 Cable rotary table； shield machine； structural design； automatic extension

引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，城市地鐵、水利水電、公路、鐵路等隧道都需要盾構(gòu)來(lái)進(jìn)行開挖，盾構(gòu)以其安全快速等諸多優(yōu)勢(shì)而逐漸普及。盾構(gòu)機(jī)配置了較多的電氣設(shè)備，部分電氣設(shè)備需要從隧道外供電，這就需要將電纜從隧道外引入，隨著盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，引入電纜需要不斷延伸，隧道施工項(xiàng)目一般需要從隧道外引入5根電纜[1]。

目前施工時(shí)的做法是，通過(guò)人力將電纜引入隧道內(nèi)，并在盾構(gòu)機(jī)最后一節(jié)拖車尾部存放一定長(zhǎng)度，存放的方式一般分為兩種：一種是在拖車后部管片底部隨意將電纜盤繞存放，另一種是在隧道側(cè)面管片螺栓孔位置掛放[2-4]。如圖1所示，目前在電纜纏繞、懸掛、存放等方面，沒(méi)有一個(gè)合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，比較雜亂，在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)需要專人對(duì)電纜進(jìn)行梳理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。并且由于電纜的隨意擺放，會(huì)造成電纜的磨損，存在較大的安全隱患，降低了電纜使用壽命，提高了施工成本，影響工程施工進(jìn)度，尤其是在當(dāng)下對(duì)進(jìn)度和成本要求十分嚴(yán)格的情況下，這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)重要的制約因素，亟待解決[5]。

因此，為提高掘進(jìn)效率，減少電纜破損的風(fēng)險(xiǎn)，使電纜合理有序擺放，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)放電纜系統(tǒng)很有必要。

本文以6米級(jí)土壓平衡盾構(gòu)為例，在拖車尾部固定回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，將需要延伸的電纜由隧道外引入，通過(guò)出線裝置纏繞在旋轉(zhuǎn)架上面，并隨拖車行進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了電纜的自動(dòng)延伸，使其合理、有序。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)位置布置

盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，電纜延伸均發(fā)生在在后配套系統(tǒng)后部，電纜需要在最后一節(jié)拖車尾部?jī)?chǔ)存，對(duì)于6米級(jí)土壓平衡盾構(gòu)，后配套一般包括6節(jié)拖車，所以將電纜自動(dòng)存放系統(tǒng)布置在第6節(jié)拖車尾部[6-7]。

根據(jù)土壓平衡盾構(gòu)設(shè)備常規(guī)布局，最后一節(jié)拖車一般布置為儲(chǔ)風(fēng)筒[8-10]，在拖車后部一般設(shè)置有軌道吊裝過(guò)渡平臺(tái)，將電纜自動(dòng)存放系統(tǒng)通過(guò)支撐架與拖車，安裝在#6拖車頂部平臺(tái)上，跟隨拖車行走，實(shí)現(xiàn)電纜的自動(dòng)延伸，如圖2、圖3所示。

1.2 系統(tǒng)組成

如圖4、圖5、圖6所示，電纜自動(dòng)存放系統(tǒng)主要由件1電纜轉(zhuǎn)盤、件2進(jìn)線機(jī)構(gòu)、件3支撐架等組成。電纜轉(zhuǎn)盤設(shè)置為傾斜85°角，這樣能夠形成一個(gè)自然斜角，與電纜出線方向一致，使電纜收放更為順暢，同時(shí)也能減少電纜的磨損。

根據(jù)6米級(jí)土壓平衡盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，一般需要同時(shí)延伸5跟電纜，所以本文共設(shè)置5個(gè)卷盤，同時(shí)對(duì)應(yīng)5個(gè)出線口。

1.3 系統(tǒng)工作原理

電纜自動(dòng)存放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面主要包括支撐架、電纜轉(zhuǎn)盤和進(jìn)線機(jī)構(gòu)，支撐架與盾構(gòu)機(jī)最后一節(jié)拖車后部立柱固定連接，隨拖車行走，支撐架的上方設(shè)有若干電纜轉(zhuǎn)盤，在最后一節(jié)拖車尾部，軌道吊裝平臺(tái)下部固定連接出線裝置，并設(shè)有若干與電纜轉(zhuǎn)盤一一對(duì)應(yīng)的出線口。

隧道內(nèi)電纜通過(guò)進(jìn)線機(jī)構(gòu)，穿入轉(zhuǎn)盤，纏繞儲(chǔ)存，再由轉(zhuǎn)盤穿出，與盾構(gòu)機(jī)電氣設(shè)備相連，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)行走時(shí)，轉(zhuǎn)盤隨之旋轉(zhuǎn)，將電纜釋放，形成電纜自動(dòng)延伸。

電纜轉(zhuǎn)盤裝置是一套回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)盤為中空結(jié)構(gòu)，并設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的周向固定三個(gè)可沿徑向方向調(diào)節(jié)的螺桿，其上設(shè)置有兩個(gè)螺母，可以用來(lái)調(diào)整電纜的張緊，避免電纜纏繞過(guò)程發(fā)生跳線現(xiàn)象。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖7所示，電纜自動(dòng)存放系統(tǒng)轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)主要由件4支撐桿、件5限位盤、件6調(diào)節(jié)螺桿、件7調(diào)節(jié)螺母和件8回轉(zhuǎn)軸組成。

電纜通過(guò)纏繞的方式儲(chǔ)存在支撐桿上面，并由限位盤卡緊，支撐桿的長(zhǎng)度即為電纜存儲(chǔ)空間。通過(guò)調(diào)節(jié)螺母，支撐桿可在螺桿上面沿徑向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電纜的張緊，方便可靠。

整個(gè)轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)通過(guò)回轉(zhuǎn)軸與支撐架相連，并設(shè)置有卡板限位，放置轉(zhuǎn)盤在支撐架上面滑動(dòng)。

2.2進(jìn)線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖8所示，進(jìn)線機(jī)構(gòu)由件9螺栓桿、件10側(cè)擋板、件11壓線輪和件12銅套組成，整體通過(guò)螺栓與拖車固定。

壓線輪共設(shè)置前后兩排，前后兩排壓線輪形成了一個(gè)進(jìn)線口，本文是以5根電纜為例進(jìn)行的設(shè)計(jì)，共設(shè)置5個(gè)進(jìn)線口，可同時(shí)滿足5跟電纜的延伸。

兩排壓線輪上下交錯(cuò)排列，形成S形通道，電纜從前至后依次穿過(guò)壓線輪，纏繞在轉(zhuǎn)盤上面。此種穿繞方式保證了電纜具有一定的張緊力，處于張緊狀態(tài)更有利于保證電纜的出線姿態(tài)，避免不同電纜相互纏繞。

2.3支撐架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

支撐架是電纜自動(dòng)存放系統(tǒng)轉(zhuǎn)盤的框架穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，是其支撐體。如圖9所示，支撐架主要由件13下支撐板、件14限位板和件15上支撐板組成。上、下支撐板通過(guò)螺栓連接，松開連接螺栓，便可以將上支撐板移開，取出轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)軸，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)軸的可拆卸。

3.結(jié)論

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本文描述的盾構(gòu)機(jī)后配套電纜自動(dòng)延伸裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，將需要延伸的電纜由隧道外引入，通過(guò)出線裝置后纏繞在旋轉(zhuǎn)桿上面，并隨拖車行進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了電纜的自動(dòng)延伸，減少了電纜的破損，延長(zhǎng)了電纜使用壽命，機(jī)械纏繞的方式有利于降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，從而降低人工成本。

2.電纜線盤套在旋轉(zhuǎn)桿外面，通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿上的螺母，可以調(diào)整旋轉(zhuǎn)桿的回轉(zhuǎn)半徑，實(shí)現(xiàn)電纜線盤的張緊。

3.兩排進(jìn)線口壓線輪上下交錯(cuò)排列，電纜成S型在線輪間穿繞，此種穿繞方式保證了電纜具有一定的張緊力，有利于保證電纜的出線姿態(tài)，避免不同電纜相互纏繞。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王 軍，熊東旭，馬建剛.提高土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)效率研究.隧道建設(shè).2015，（35）：59～64.（WANG Jun，XIONG Dongxu，MA Jiangang. How to improve the efficiency of the EPB shield tunnel[J]. Tunnel construction，2015（35）：59-64.（in Chinese））

[2] 許光明.淺談土壓平衡盾構(gòu)施工后配套設(shè)備選型[J]. 隧道建設(shè).2011，（31）：204～209.（XU Guangming. Discussion on Relative Equipment Selection of Earth Pressure Balance （EPB） Shield Tunnelling[J]. Tunnel construction，2011，（31）：204-209.（in Chinese））

[3] 尉旭平. 雙護(hù)盾 TBM 設(shè)計(jì)與施工配套技術(shù)[J]. 隧道建設(shè).2009，（29）：246～249. （YU Xuping，Technique for Double shield TBM Design and Construction[J]. Tunnel construction， 2009（29）：246-249.（in Chinese））

[4] 王效文. 地鐵盾構(gòu)隧道施工組織影響因素分析[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)，2005（6）：56-59.（WANG Xiaowen. Analysis of factors affecting the construction of Metro shield tunnel [J]. Modern Tunnelling Technology， 2005 （6）： 56–59.（in Chinese））

[5] 鄧勇，齊夢(mèng)學(xué).硬巖掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)及工程實(shí)踐[M]. 天津：天津大學(xué)出版社，2010： 1.（ DENG Yong， QI Mengxue. Construction technology and engineering practices of hard rock TBM[M].Tianjin： Tianjin University Press， 2010： 1.（in Chinese））

[6] 王夢(mèng)恕. 中國(guó)盾構(gòu)和掘進(jìn)機(jī)隧道技術(shù)現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題及發(fā)展思路[J].隧道建設(shè). 2014，34 （3）： 179 - 187. （WANG Mengshu. Tunneling by TBM /shield in China： State of art，problems and proposals [J].Tunnel Construction， 2014， 34（3）： 179 - 187.（in Chinese））

[7] 周文波. 盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.（ZHOU Wenbo. Method of shield tunnel construction technology and its application [M]. Beijing： China Building Industry Press， 2004.（in Chinese））

[8] 楊凱.結(jié)合亦莊線工程談盾構(gòu)施工組織設(shè)計(jì)[J].市政技術(shù)，2010， 28 （ S2 ）： 160 - 163. （ YANG Kai. On construction design of shield tunneling for Yizhuang Line project [J]. Municipal Engineering Technology， 2010， 28（S2）： 160 - 163. （in Chinese））

[9] 石良濱. 地鐵施工用盾構(gòu)機(jī)選型及施工組織[J]. 科學(xué) 之 友， 2011 （ 30 ）： 98， 100. （ SHI Liangbin. The shield machine selection and construction organization in subway construction[ J]. Friend of Science Amateurs， 2011（30）： 98，100. （in Chinese））

[10] 曹洋.土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)過(guò)地鐵車站施工技術(shù)[J]. 鐵道建 筑，2012 （ 4）： 96 - 98. （CAO Yang. Construction technology of EPB shied through the Metro station [J]. Railway Engineering，2012（4）： 96 - 98.（in Chinese））