盾構(gòu)機(jī)管片轉(zhuǎn)運(yùn)形式的分析和對(duì)比

徐逸　達(dá)桑詩程　呂賀峰

摘 要：本文分析了盾構(gòu)機(jī)中管片的幾種轉(zhuǎn)運(yùn)形式，通過比對(duì)工作流程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其適用條件進(jìn)行歸納，為盾構(gòu)機(jī)管片轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)計(jì)和選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；管片轉(zhuǎn)運(yùn)；吊機(jī)

中圖分類號(hào)：TU94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

管片轉(zhuǎn)運(yùn)是盾構(gòu)施工中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，由于工作環(huán)境惡劣，空間緊張等因素限制，導(dǎo)致管片的幾種轉(zhuǎn)運(yùn)形式都存在各自優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，針對(duì)不同要求的隧道，盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)須根據(jù)其特點(diǎn)選擇合適的方案。目前常用的管片轉(zhuǎn)運(yùn)主要有單套吊機(jī)、吊機(jī)+喂片機(jī)和一次吊機(jī)+二次吊機(jī)這3種形式。

一、轉(zhuǎn)運(yùn)形式介紹

（一）單套吊機(jī)

如圖1所示，吊機(jī)采用單軌中置方式，即俯視角度看沿著隧道軸線方向布置于設(shè)備中間，分為幾段通過鉸接連接。其轉(zhuǎn)運(yùn)流程為：管片通過服務(wù)列車從隧道外運(yùn)送至吊機(jī)下，再由吊機(jī)起吊轉(zhuǎn)運(yùn)，直接送至拼裝機(jī)可抓取的范圍內(nèi)。

（二）吊機(jī)+喂片機(jī)

如圖2所示，吊機(jī)同樣采用單軌中置，與單套吊機(jī)相比行程較短；喂片機(jī)通過舉升油缸與平移油缸相互配合以步進(jìn)形式輸送管片。此形式的工作流程為：服務(wù)列車將管片從隧道外運(yùn)送至吊機(jī)下，通過吊機(jī)和喂片機(jī)，逐步將管片向前送至拼裝機(jī)可抓取的范圍內(nèi)。

（三）一次吊機(jī)+二次吊機(jī)

如圖3所示，一次吊機(jī)為單軌中置，二次吊機(jī)為雙軌，分別放置于連接橋左右兩個(gè)主梁下方。其工作流程為服務(wù)列車將管片從隧道外運(yùn)送至一次吊機(jī)下，一次吊機(jī)將其起吊轉(zhuǎn)運(yùn)至連接橋尾部二次吊機(jī)下方，然后通過二次吊機(jī)再送至拼裝機(jī)可抓取的范圍內(nèi)。

二、幾種轉(zhuǎn)運(yùn)形式特點(diǎn)

（一）單套吊機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)形式特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

1.成本低。相比于其他兩種轉(zhuǎn)運(yùn)方式，僅需要一套吊機(jī)就能完成整個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)工作，省去了喂片機(jī)或第二套吊機(jī)，成本低于另外兩種方式一半以上。

2.結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便。就吊機(jī)而言，如果沒有質(zhì)量問題，則在隧道施工中損壞的概率很低，而吊機(jī)梁僅是型鋼焊接而成的結(jié)構(gòu)件，故基本不需特殊維護(hù)。

3.滿足小（水平）轉(zhuǎn)彎半徑隧道施工要求。僅有一根吊機(jī)梁，分為幾段并各自懸掛在管片橋、連接橋和拖車上，每段梁相對(duì)于懸掛點(diǎn)基本是靜止?fàn)顟B(tài)，在轉(zhuǎn)彎動(dòng)作中不會(huì)產(chǎn)生較大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，避免了機(jī)械干涉，最小可滿足180m轉(zhuǎn)彎半徑要求。

缺點(diǎn)：

1.在土壓盾構(gòu)上工作效率較低。通常的土壓盾構(gòu)中采用服務(wù)列車運(yùn)載排土，正常情況下服務(wù)車收集渣土工作與從服務(wù)車上卸載管片的工作是同時(shí)進(jìn)行的，但單套吊機(jī)的斜梁長度較大，而且斜梁段又不適合裝載或卸載動(dòng)作，導(dǎo)致連接橋下基本沒有空間放置管片（對(duì)比圖1與圖3），卸載工作只能與拼裝管片的環(huán)節(jié)同時(shí)進(jìn)行，而這樣的工作形式又將占用服務(wù)車向隧道外運(yùn)送渣土的時(shí)間，從而降低施工速度，影響工作效率。

2.占用連接橋空間較大。斜梁及吊機(jī)運(yùn)行軌跡占用了連接橋內(nèi)部大量空間，給管路鋪設(shè)造成一定困難；土壓盾構(gòu)上，吊機(jī)梁從帶式輸送機(jī)下方通過，影響帶式輸送機(jī)布置位置。

（二）吊機(jī)+喂片機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)形式特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

1.可以用于小（水平）轉(zhuǎn)彎半徑的隧道。因?yàn)槲蛊瑱C(jī)位于連接橋下方且空間充足，所以轉(zhuǎn)彎時(shí)不會(huì)與其他部分發(fā)生機(jī)械干涉。

2.為連接橋內(nèi)部節(jié)省足夠空間。不同于單套吊機(jī)形式，僅占用連接橋尾部空間，可以忽略對(duì)管路及皮帶機(jī)布置的影響。

3.施工效率高。

4.安全性相對(duì)較高。與其他兩種形式相比，連接橋下方的管片轉(zhuǎn)運(yùn)采用托盤方式而不是懸掛方式，人員通過時(shí)安全性較高。

缺點(diǎn)：

1.成本高。喂片機(jī)上裝有多個(gè)液壓油缸同時(shí)還要有相應(yīng)的液壓系統(tǒng)，加上其制造公差要求較高的結(jié)構(gòu)件，總體成本要比其他兩種轉(zhuǎn)運(yùn)形式高出不少。

2.施工環(huán)境要求高。如圖2所示，喂片機(jī)處于隧道下部，如果施工隧道水量較大或排水不及時(shí)，喂片機(jī)就會(huì)浸沒水中，水中摻有砂石漿液，油缸在其中長時(shí)間工作會(huì)導(dǎo)致密封失效，從而損壞油缸，使喂片機(jī)陷入癱瘓，影響整機(jī)工作。

一次吊機(jī)+二次吊機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)形式特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

1.成本相對(duì)低。制造成本低于吊機(jī)+喂片機(jī)形式。

2.施工效率高。

3.結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單。僅為兩套吊機(jī)及型鋼制成的吊機(jī)梁，可靠性好，維護(hù)簡單。

4.占用空間較少。一次吊機(jī)僅占用連接橋尾部空間，二次吊機(jī)為雙軌道占用連接橋下部空間，對(duì)于連接橋的設(shè)備、管路布置基本不產(chǎn)生影響。

缺點(diǎn)：

1.不適合小（水平）轉(zhuǎn)彎半徑的隧道。參看圖3與圖4（二次吊機(jī)與拼裝機(jī)的簡易俯視圖），圖中拼裝機(jī)與二次吊機(jī)梁形成角度B來模擬盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)彎情形，圖中可見，為保證一次吊機(jī)向二次吊機(jī)交接管片時(shí)不產(chǎn)生機(jī)械干涉，二次吊機(jī)梁尾部分開寬度必須大于一定數(shù)值，而在拼裝機(jī)一端，為保證吊機(jī)梁能夠穿過拼裝機(jī)內(nèi)環(huán)且不產(chǎn)生干涉，則必須保證吊機(jī)梁前段分開寬度小于一定數(shù)值，所以二次吊機(jī)梁的布置形成了“八”字形，從而產(chǎn)生夾角A，再看圖5（為圖4中D-D剖視的簡易視圖，為了更直觀，隱藏掉許多不必要的部件），管片吊取梁的長度在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)吊機(jī)梁分開寬度而確定，吊機(jī)處在E點(diǎn)和F點(diǎn)時(shí)吊機(jī)梁與吊機(jī)的夾角都為G（左右對(duì)稱），G隨著角度A變化，A隨著角度B變化；當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑縮小時(shí)，角度B增大，角度G隨之增大，其結(jié)果是加速鏈條磨損，縮短吊機(jī)使用壽命。通常我們允許角度G在8度以內(nèi)，然而當(dāng)隧道轉(zhuǎn)彎半徑小于350m時(shí)，G角度將會(huì)大于10度以上，考慮到吊機(jī)為重載且頻繁使用的重要部件，一旦損壞將會(huì)嚴(yán)重影響施工效率甚至生產(chǎn)安全，所以在小轉(zhuǎn)彎半徑隧道中通常不推薦使用二次吊機(jī)形式。

結(jié)論

對(duì)比來看，一次吊機(jī)+二次吊機(jī)的形式在國內(nèi)的實(shí)際工程運(yùn)用較多，但其應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)彎半徑較小的隧道仍顯不足；喂片機(jī)+吊機(jī)的形式在國外較為常用，因?yàn)閲馐┕ひ蟾撸淼琅潘^好，喂片機(jī)的壽命有保證，同時(shí)工作效率高，又能滿足小轉(zhuǎn)彎半徑的要求，只是成本增加較多；單套吊機(jī)形式缺點(diǎn)是在采用服務(wù)車排土的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)上施工效率低（在泥水平衡盾構(gòu)和采用二次皮帶機(jī)向外排渣的土壓盾構(gòu)機(jī)上則對(duì)施工效率影響不大），但它可以輕松應(yīng)對(duì)小轉(zhuǎn)彎半徑，對(duì)于隧道環(huán)境要求不高且生產(chǎn)成本低易維護(hù)，所以仍是目前轉(zhuǎn)運(yùn)形式中的重要選項(xiàng)之一。

結(jié)語

本文通過對(duì)3種轉(zhuǎn)運(yùn)形式的描述，就其在適用條件、施工效率、制造成本、維護(hù)難易程度等方面進(jìn)行分析對(duì)比，為盾構(gòu)設(shè)計(jì)人員及施工用戶在進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)管片轉(zhuǎn)運(yùn)方案選擇時(shí)提供一些參考。

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