盾構機電纜自動延伸系統及結構設計

王遠志++袁文征

【摘 要】盾構機配置了較多的電氣設備，在其掘進過程中，需從隧道外引入多根電纜，電纜需要在拖車后面臨時存放，以滿足盾構掘進需要，針對目前電纜存儲混亂、規劃不合理現象，本文提出一種由支撐架、電纜轉盤和進線機構等組成的電纜自動延伸系統，系統固定在盾構機最后一節拖車吊裝過渡平臺頂部，隨盾構機行進。支撐架與拖車通過螺栓連接，在其上方設有若干電纜轉盤，并設有固定進線機構，與電纜轉盤一一對應，在轉軸的周向設置三個沿徑向可以調節的螺桿，來保證電纜的張緊。隨盾構掘進，轉盤能夠自動釋放存儲的電纜，實現了電纜的不斷延伸，同時使電纜合理有序擺放，該系統結構簡單，經濟實用。

【關鍵詞】電纜轉盤；盾構機；結構設計；自動延伸

【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

隨著經濟發展，城市化進程的加快，城市地鐵、水利水電、公路、鐵路等隧道都需要盾構來進行開挖，盾構以其安全快速等諸多優勢而逐漸普及。盾構機配置了較多的電氣設備，部分電氣設備需要從隧道外供電，這就需要將電纜從隧道外引入，隨著盾構機掘進，引入電纜需要不斷延伸，隧道施工項目一般需要從隧道外引入5根電纜[1]。

目前施工時的做法是，通過人力將電纜引入隧道內，并在盾構機最后一節拖車尾部存放一定長度，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，沒有一個合理的規劃設計，比較雜亂，在盾構掘進時需要專人對電纜進行梳理，費時費力。并且由于電纜的隨意擺放，會造成電纜的磨損，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，影響工程施工進度，尤其是在當下對進度和成本要求十分嚴格的情況下，這個問題已經發展成為一個重要的制約因素，亟待解決[5]。

因此，為提高掘進效率，減少電纜破損的風險，使電纜合理有序擺放，降低人工勞動強度，設計一種自動放電纜系統很有必要。

本文以6米級土壓平衡盾構為例，在拖車尾部固定回轉機構，將需要延伸的電纜由隧道外引入，通過出線裝置纏繞在旋轉架上面，并隨拖車行進，實現了電纜的自動延伸，使其合理、有序。

1.系統設計

1.1 系統位置布置

盾構掘進時，電纜延伸均發生在在后配套系統后部，電纜需要在最后一節拖車尾部儲存，對于6米級土壓平衡盾構，后配套一般包括6節拖車，所以將電纜自動存放系統布置在第6節拖車尾部[6-7]。

根據土壓平衡盾構設備常規布局，最后一節拖車一般布置為儲風筒[8-10]，在拖車后部一般設置有軌道吊裝過渡平臺，將電纜自動存放系統通過支撐架與拖車，安裝在#6拖車頂部平臺上，跟隨拖車行走，實現電纜的自動延伸，如圖2、圖3所示。

1.2 系統組成

如圖4、圖5、圖6所示，電纜自動存放系統主要由件1電纜轉盤、件2進線機構、件3支撐架等組成。電纜轉盤設置為傾斜85°角，這樣能夠形成一個自然斜角，與電纜出線方向一致，使電纜收放更為順暢，同時也能減少電纜的磨損。

根據6米級土壓平衡盾構施工經驗，一般需要同時延伸5跟電纜，所以本文共設置5個卷盤，同時對應5個出線口。

1.3 系統工作原理

電纜自動存放系統結構方面主要包括支撐架、電纜轉盤和進線機構，支撐架與盾構機最后一節拖車后部立柱固定連接，隨拖車行走，支撐架的上方設有若干電纜轉盤，在最后一節拖車尾部，軌道吊裝平臺下部固定連接出線裝置，并設有若干與電纜轉盤一一對應的出線口。

隧道內電纜通過進線機構，穿入轉盤，纏繞儲存，再由轉盤穿出，與盾構機電氣設備相連，當盾構機行走時，轉盤隨之旋轉，將電纜釋放，形成電纜自動延伸。

電纜轉盤裝置是一套回轉機構，轉盤為中空結構，并設有旋轉軸，轉軸的周向固定三個可沿徑向方向調節的螺桿，其上設置有兩個螺母，可以用來調整電纜的張緊，避免電纜纏繞過程發生跳線現象。

2.結構設計

2.1 轉盤結構設計

如圖7所示，電纜自動存放系統轉盤結構主要由件4支撐桿、件5限位盤、件6調節螺桿、件7調節螺母和件8回轉軸組成。

電纜通過纏繞的方式儲存在支撐桿上面，并由限位盤卡緊，支撐桿的長度即為電纜存儲空間。通過調節螺母，支撐桿可在螺桿上面沿徑向移動，實現電纜的張緊，方便可靠。

整個轉盤系統通過回轉軸與支撐架相連，并設置有卡板限位，放置轉盤在支撐架上面滑動。

2.2進線機構設計

如圖8所示，進線機構由件9螺栓桿、件10側擋板、件11壓線輪和件12銅套組成，整體通過螺栓與拖車固定。

壓線輪共設置前后兩排，前后兩排壓線輪形成了一個進線口，本文是以5根電纜為例進行的設計，共設置5個進線口，可同時滿足5跟電纜的延伸。

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

2.3支撐架結構設計

支撐架是電纜自動存放系統轉盤的框架穩定結構，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、下支撐板通過螺栓連接，松開連接螺栓，便可以將上支撐板移開，取出轉盤回轉軸，實現回轉軸的可拆卸。

3.結論

與現有技術相比，本文描述的盾構機后配套電纜自動延伸裝置具有以下優點：

1.盾構機掘進時，將需要延伸的電纜由隧道外引入，通過出線裝置后纏繞在旋轉桿上面，并隨拖車行進，實現了電纜的自動延伸，減少了電纜的破損，延長了電纜使用壽命，機械纏繞的方式有利于降低人工勞動強度，從而降低人工成本。

2.電纜線盤套在旋轉桿外面，通過調節螺桿上的螺母，可以調整旋轉桿的回轉半徑，實現電纜線盤的張緊。

3.兩排進線口壓線輪上下交錯排列，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，避免不同電纜相互纏繞。

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