6m級盾構(gòu)機分體過站用小車設計及運用

趙永柱 魯炎

摘要：本文綜述了運用于上海西站6m級盾構(gòu)機分體過站的狀況，盾構(gòu)運輸通道寬度僅5.4m、高度僅6m，盾構(gòu)機無法正常運輸進入始發(fā)井，運輸及其困難。通過設計的小車，實現(xiàn)了6m級盾構(gòu)機在寬度窄、長距離通道中運輸至始發(fā)井，并順利完成盾構(gòu)機組裝。

關鍵詞：6m級盾構(gòu)機;上海西站;分體過站;小車;設計;運輸通道

盾構(gòu)設備[3]及過站概況

上海西站地鐵用隧道工程使用盾構(gòu)機進行施工，需要吊裝及運輸盾構(gòu)機至始發(fā)工作區(qū)域，該隧道區(qū)間用盾構(gòu)機是中交天和機械設備制造有限公司生產(chǎn)的Φ6760m土壓平衡盾構(gòu)機。該盾構(gòu)機主要由刀盤、前盾、主驅(qū)動、中盾、尾盾、螺旋輸送機、拼裝機、整圓器、后方作業(yè)平臺、皮帶機、六節(jié)后配套臺車等部件組成，總重約600t，最重部件約71t，設備總長約82米。

盾構(gòu)機始發(fā)作業(yè)井上方已建設完畢，盾構(gòu)機需從上海西站東端頭井直接下井，然后過站至上海西站西端頭井安裝。從上海西站東端頭至西端頭為一條運輸通道，通道長300m、寬5.4m、高6m[4]。如上表1.1 盾構(gòu)機主要部件參數(shù)表所示，Φ6760m級盾構(gòu)機刀盤、驅(qū)動、盾體、鉸接環(huán)等各部件外形尺寸大于運輸通道寬度和高度，無法實現(xiàn)盾構(gòu)機正常運輸進入始發(fā)井，運輸困難。在同類6m級盾構(gòu)機進行始發(fā)井安裝前涉及到分體始發(fā)、分體過站等難點工作，為國內(nèi)首例情況。

為實現(xiàn)盾構(gòu)機各部件順利運輸至始發(fā)作業(yè)井，需要設計制作相應的運輸固定裝置，能在長300m、寬5.4m、高6m的過站通道內(nèi)安全有效的順利通過。

過站用小車的設計[1]

為實現(xiàn)上海西站用盾構(gòu)機順利過站至始發(fā)工作井，小車的設計需要考慮以下因素：

過站用小車需實現(xiàn)盾構(gòu)機各部件在寬5.4m、高6m通道內(nèi)不與墻體干涉;

小車需與盾構(gòu)機運輸部件有效連接固定;

小車運輸盾構(gòu)機部件需在長300m通道內(nèi)長距離行駛;

小車需考慮結(jié)構(gòu)強度，裝載部件時整體能穩(wěn)定受力于鋼軌上，通過車輪運動，運輸動載下具有安全穩(wěn)定性;

小車需考慮盾構(gòu)機下井過站工序流程，科學合理設計滿足盾構(gòu)機安裝作業(yè)工序中部件轉(zhuǎn)運順序。

根據(jù)以上實際情況進行針對性設計過站小車，為實現(xiàn)各部件運輸過站，設計過站小車具備以下三種模式：1.用于刀盤部件運輸模式;2.用于鉸接環(huán)部件運輸模式;3.用于驅(qū)動及其他部件運輸模式。

過站用小車用于刀盤部件運輸模式

如下圖所示過站用小車主結(jié)構(gòu)使用200H型鋼進行設計，結(jié)構(gòu)形式參考下圖所示，主框架采用焊接形式連接?？蚣艿撞吭O置3x4組車輪，小車斜面設計底板通過螺栓與刀盤法蘭板有效連接。

過站用小車用于刀盤部件、鉸接環(huán)部件運輸

刀盤重39t、外徑達φ6770mm，通過與小車斜面螺栓連接，整個刀盤呈斜向通道對角線的形式進行放置，刀盤外周與寬5.4m、高6m通道上部最大距離寬232mm、高333mm;下部最大距離寬232mm、高322mm，滿足刀盤在通道內(nèi)運輸空間。刀盤部件重心在小車結(jié)構(gòu)中心位置，刀盤法蘭板與斜面接觸面積大，依靠小車的承載力、刀盤法蘭板與斜面連接預緊力、刀盤法蘭板與斜面接觸摩擦力，能將刀盤的壓力有效的分散在12處車輪處，使得行進途中小車與鋼軌受力均勻、構(gòu)件處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)，提高運輸?shù)陌踩行浴?/p>

過站用小車用于鉸接環(huán)部件運輸模式

過站用小車用于鉸接環(huán)部件運輸模式，在刀盤運輸模式的形態(tài)下外側(cè)增加四個延伸支架，支架與鉸接環(huán)底部法蘭通過螺栓連接固定。

鉸接環(huán)重22t、外徑達φ6770mm，通過與小車四個延伸支架螺栓連接，整個鉸接環(huán)呈斜向通道對角線的形式進行放置，鉸接環(huán)外周與寬5.4m、高6m通道上部最大距離寬210mm、高302mm;下部最大距離寬210mm、高343mm，滿足鉸接環(huán)在通道內(nèi)運輸空間。鉸接環(huán)部件重心在小車結(jié)構(gòu)中心位置，鉸接環(huán)法蘭板與斜面接觸面積大，依靠小車的承載力、鉸接環(huán)法蘭板與斜面連接預緊力、鉸接環(huán)法蘭板與斜面接觸摩擦力，能將鉸接環(huán)的壓力有效的分散在12處車輪處，使得行進途中小車與鋼軌受力均勻、構(gòu)件處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)，提高運輸?shù)陌踩行浴?/p>

過站用小車用于驅(qū)動及其他部件運輸模式

過站用小車用于驅(qū)動及其他部件運輸模式，在刀盤運輸模式的形態(tài)下拆除平板車與斜側(cè)支架連接螺栓，在平板車上鋪設鋼板用于運輸驅(qū)動及其他部件（除臺車以外）。

驅(qū)動及其他部件與小車接觸式擺放固定，前后使用手拉葫蘆進行鎖緊固定。

過站用小車有限元分析[2]

過站用小車運用于盾構(gòu)機部件運輸狀態(tài)功能性滿足條件下，需要對小車機械構(gòu)件進行有限元分析。

根據(jù)最大受力運輸?shù)侗P部件進行分析，分有以下四大布置：a.核算載荷;b.建立模型;c.求解計算;d.得出結(jié)論。

下表1為有限元分析數(shù)據(jù)表，小車結(jié)構(gòu)使用Q235B設計，根據(jù)運載最重部件進行受力計算，小車所承最大應力約為69.1MPa，最大位移為0.24mm，安全系數(shù)達到3.4倍，該小車滿足強度要求。

過站用小車的現(xiàn)場運用

過站用小車設計→生產(chǎn)制造→檢驗完成后，運輸至現(xiàn)場，為現(xiàn)場盾構(gòu)機分體過站投入使用。

盾構(gòu)機分體過站通道寬5.4m、高6m、長300m，底部鋪設4道鋼軌。小車行駛前需對通道內(nèi)鋼軌進行檢查：鋼軌鋪設軌道間距、直線度、上下平整度、鋼軌固定強度、前后鋼軌連接強度、軌道內(nèi)有無異物。小車運輸部件前進行試車運行，小車為運輸?shù)侗P部件模式并連接電瓶車，檢查行進途中有無異物干涉、車輪與鋼軌接觸運轉(zhuǎn)情況、鋼軌及地基承載部件情況。小車試運行確認無誤后進行運輸部件。

過站用小車運用于刀盤部件運輸

過站用小車切換成刀盤部件運輸狀態(tài)，刀盤下井后調(diào)整其傾角姿態(tài)，角度與小車斜面角度一致，刀盤與小車接觸面預留一定高度。移動小車至刀盤連接法蘭下方，小車上對應螺栓連接孔設有工藝導柱，主吊鉤緩慢下放使刀盤法蘭板向小車連接面移動，使得刀盤連接孔順利通過工藝導柱。

刀盤與小車調(diào)整姿態(tài)進行連接，后側(cè)電瓶車前行與小車進行連接，通過電瓶車頂推實現(xiàn)小車前進。

電瓶車頂推小車通過通道到達至始發(fā)安裝作業(yè)區(qū)域，行車主鉤連接鋼絲繩，鋼絲繩與刀盤吊耳通過卸扣進行連接，完成后起升主吊鉤使得鋼絲繩處于張緊狀態(tài)，拆除小車與刀盤連接螺栓，主吊鉤繼續(xù)提升至一定高度，保證小車與刀盤有足夠的分離距離，電瓶車牽引小車離開始發(fā)作業(yè)區(qū)域，進行下一部件運輸作業(yè)。

過站用小車運用于鉸接環(huán)部件運輸

為小車運輸鉸接環(huán)，在刀盤運輸模式的形態(tài)下外側(cè)增加四個延伸支架，支架與鉸接環(huán)底部法蘭通過螺栓連接固定。通過電瓶車頂推小車實現(xiàn)小車前進，小車運輸鉸接環(huán)到達始發(fā)作業(yè)區(qū)域后，行車主鉤連接鉸接環(huán)吊耳，松去鉸接環(huán)與小車連接螺栓，起升主吊鉤，電瓶車牽引小車離開始發(fā)作業(yè)區(qū)域，進行下一部件運輸作業(yè)。

過站用小車運用于驅(qū)動及其他部件運輸

在刀盤運輸模式的形態(tài)下拆除平板車與斜側(cè)支架連接螺栓，在平板車上鋪設鋼板用于運輸驅(qū)動及其他部件（除臺車以外）。這些部件（除臺車以外），與小車接觸式擺放固定，前后使用手拉葫蘆進行鎖緊固定，通過電瓶車帶動小車頂推前進及牽引后退，實現(xiàn)小車運輸盾構(gòu)機各部件。

結(jié)論及展望

結(jié)論

根據(jù)上海西站盾構(gòu)機過站實際情況進行針對性設計過站小車，實現(xiàn)各部件運輸過站，設計過站小車具備以下三種模式：1.用于刀盤部件運輸模式;2.用于鉸接環(huán)部件運輸模式;3.用于驅(qū)動及其他部件運輸模式。

通過設計及現(xiàn)場運用的過站小車實現(xiàn)6m級盾構(gòu)機在寬度窄、長距離通道中運輸至始發(fā)井，并順利完成盾構(gòu)機組裝。通過在上海西站盾構(gòu)機分體運用的過站小車，得出了過站小車具有以下幾點優(yōu)勢功能：

過站小車能實現(xiàn)盾構(gòu)機分體過站時，各部件在寬5.4m、高6m通道內(nèi)不與墻體干涉;

過站小車具有足夠的結(jié)構(gòu)強度，裝載部件時整體能穩(wěn)定受力于鋼軌上，通過車輪運動，運輸動載下具有安全穩(wěn)定性;

過站小車通過與盾構(gòu)機運輸部件有效連接固定，保障了在長300m通道內(nèi)長距離行駛中的安全穩(wěn)定性;

過站小車考慮盾構(gòu)機下井過站工序流程，科學合理設計滿足盾構(gòu)機安裝作業(yè)工序中部件轉(zhuǎn)運順序。

展望

盾構(gòu)機始發(fā)運輸通道尺寸布置考慮到方方面面因素，始發(fā)運輸通道尺寸無法滿足盾構(gòu)機正常運輸進入始發(fā)井將成為常態(tài)，盾構(gòu)機需要分體過站。過站小車的設計及成功運用解決了盾構(gòu)機分體過站時的難點，過站小車考慮盾構(gòu)機下井過站部件尺寸及工序流程，科學合理設計實現(xiàn)盾構(gòu)機各部件分體轉(zhuǎn)運工作。

參考文獻

GB50017–2017，鋼結(jié)構(gòu)設計標準[S].

ansys有限元分析軟件[Z].

中交天和機械設備制造有限公司6m級盾構(gòu)設計資料[Z].

上海西站地鐵車站結(jié)構(gòu)設計資料[Z].