盾構(gòu)用管片運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)介紹及應(yīng)用

徐金秋，王又增，陰書玉，李江華，張 開，胡燕偉

XU Jin-qiu,WANG You-zeng,YIN Shu-yu,LI Jiang-hua,ZHANG Kai,HU Yan-wei

（中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司 設(shè)計(jì)研究總院，河南 鄭州 450016）

在盾構(gòu)法施工中，隧洞成形采用預(yù)制管片錯(cuò)縫拼裝和通縫拼裝。目前，主要采用錯(cuò)縫拼裝工藝，然后，經(jīng)螺栓連接及后續(xù)處理則可完成隧道運(yùn)行需求。隧道施工完成后運(yùn)行通行公鐵路工具、行人和水等。

盾構(gòu)用管片運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以將預(yù)制場(chǎng)預(yù)制好的管片，通過(guò)該系統(tǒng)運(yùn)輸至拼裝機(jī)可抓取位置，確保管片拼裝機(jī)可以不間斷地拼裝管片，縮短管片間歇等待時(shí)間，提高施工效率。

1 管片運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成

管片運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)由隧道內(nèi)管片運(yùn)輸系統(tǒng)、管片吊轉(zhuǎn)系統(tǒng)和管片喂送系統(tǒng)等組成（圖1）。每個(gè)系統(tǒng)都有多種類型，通過(guò)各系統(tǒng)不同類型的組合可以滿足4～20m 級(jí)盾構(gòu)管片運(yùn)轉(zhuǎn)需求。

圖1 管片運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成及應(yīng)用

管片運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)首先通過(guò)管片運(yùn)輸系統(tǒng)的膠輪車或編組列車將洞外管片運(yùn)輸至盾構(gòu)作業(yè)區(qū)域；盾構(gòu)作業(yè)區(qū)域的管片吊轉(zhuǎn)系統(tǒng)將管片吊轉(zhuǎn)至管片喂送系統(tǒng)；管片喂送系統(tǒng)再將管片輸送至拼裝機(jī)抓舉位置。

管片運(yùn)輸系統(tǒng)主要指將預(yù)制好的管片運(yùn)輸至隧洞內(nèi)盾構(gòu)作業(yè)區(qū)域。運(yùn)輸過(guò)程根據(jù)隧洞直徑、隧洞用途和運(yùn)輸效率等采用膠輪車和編組電瓶列車。

管片吊轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要指將膠輪車上或者編組列車上的管片通過(guò)管片卸載器、管片吊機(jī)（管片吊機(jī)又分為單管片吊機(jī)和雙管片吊機(jī)）轉(zhuǎn)運(yùn)至管片喂送系統(tǒng)或者拼裝機(jī)抓取平臺(tái)。

管片喂送系統(tǒng)主要是將管片輸送至拼裝機(jī)抓取位置和存儲(chǔ)管片。

2 管片運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)

2.1 管片運(yùn)輸系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)

管片運(yùn)輸系統(tǒng)主要采用膠輪運(yùn)輸車（圖2）或編組列車（圖3）。此部分主要由施工單位自主選型，然后與盾構(gòu)廠家對(duì)接相關(guān)尺寸。

圖2 膠輪車運(yùn)輸示意圖

圖3 編組列車管片運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖

膠輪運(yùn)輸車一般采用內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力源相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)其它相對(duì)操作；在隧道內(nèi)不用鋪設(shè)臨時(shí)軌道，運(yùn)輸過(guò)程特別是坡度較大的隧道不存在溜車等風(fēng)險(xiǎn)，并且在特殊工況下膠輪車可以上下升降，在大直徑盾構(gòu)特別是存在箱涵件的盾構(gòu)隧道中應(yīng)用廣泛。

編組列車一般采用充電式，動(dòng)力源為電源，需定期充電，增加了限制作用；在隧道內(nèi)需要鋪設(shè)臨時(shí)軌道，可以同時(shí)牽引多組小車；另外，較小直徑盾構(gòu)，吊機(jī)空間受限，常規(guī)膠輪車很難滿足要求。另外，土壓盾構(gòu)接渣及運(yùn)輸管片比較方便，在土壓盾構(gòu)和小直徑盾構(gòu)中應(yīng)用廣泛。

二是“糧食銀行”利息的負(fù)擔(dān)。合作社給農(nóng)民發(fā)糧食儲(chǔ)藏利息，增加了收購(gòu)成本，但也避免了合作社從銀行貸款收購(gòu)糧食的利息負(fù)擔(dān)。普通稻谷兩者大體可以持平，優(yōu)質(zhì)稻谷支出要更多一些，而多出的差額，可以通過(guò)優(yōu)質(zhì)稻米的高價(jià)格得到彌補(bǔ)。

2.2 管片吊運(yùn)系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)

管片吊運(yùn)系統(tǒng)主要分為單管片吊機(jī)、雙管片吊機(jī)及管片卸載器。本文以單管片吊機(jī)簡(jiǎn)述單管片吊機(jī)吊運(yùn)軌跡和動(dòng)作。

單管片吊機(jī)吊運(yùn)管片的軌跡（圖4）一般由連接橋后續(xù)的一節(jié)拖車上吊起管片，沿盾構(gòu)掘進(jìn)方向前移，前移至連接橋前部時(shí)，吊具下放，將管片放置指定位置。

圖4 單管片吊機(jī)吊運(yùn)軌跡圖

單管片吊機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分為吊機(jī)行走系統(tǒng)、吊機(jī)主體（有旋轉(zhuǎn)功能）和管片抓取裝置三部分；功能上須滿足管片（單管片）的抓取、吊運(yùn)、旋轉(zhuǎn)（在適當(dāng)工位旋轉(zhuǎn)管片90°）、松放等動(dòng)作，設(shè)計(jì)應(yīng)滿足能準(zhǔn)確放置管片于管片運(yùn)輸小車上相應(yīng)位置的要求。

單管片吊機(jī)系統(tǒng)吊運(yùn)流程如圖5 所示。

圖5 吊機(jī)吊運(yùn)流程圖

移動(dòng)單管片吊機(jī)，使其管片抓取裝置停于管片轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)管片上方，下放管片抓取裝置，抓取并吊運(yùn)管片（每次吊運(yùn)一片管片）至管片待轉(zhuǎn)區(qū)，旋轉(zhuǎn)管片抓取裝置實(shí)現(xiàn)管片90°旋轉(zhuǎn)，吊運(yùn)管片至預(yù)定位置，按要求吊放管片于管片喂送系統(tǒng)上；松開管片抓取裝置，并起吊至初始狀態(tài)，以備管片下次吊運(yùn)。

2.3 管片喂送系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)

管片喂送系統(tǒng)是盾構(gòu)管片運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的主要組成部分，主要用于管片喂送和存儲(chǔ)管片，是將管片依次輸送至拼裝機(jī)區(qū)域的裝置，可實(shí)現(xiàn)管片的連續(xù)遞進(jìn)式輸送。其設(shè)計(jì)的合理性對(duì)管片拼裝效率和施工效率都有一定的影響。

管片喂送系統(tǒng)（圖6）主要由底架、滑動(dòng)架、起升架、拖拉機(jī)構(gòu)組成。滑動(dòng)架和起升架安裝在底架上，底架上裝有起升油缸，可實(shí)現(xiàn)起升架的升降。滑動(dòng)架與底架之間裝有管片輸送油缸。整個(gè)底架在拖拉機(jī)構(gòu)的牽引下隨主機(jī)前行。

圖6 管片喂送系統(tǒng)示例圖

當(dāng)管片吊機(jī)將第一塊管片放置在管片喂送系統(tǒng)上時(shí)，滑動(dòng)架向前輸送一個(gè)油缸行程，起升油缸升起，起升架將管片托起，滑動(dòng)架收回，起升架降回原位置，管片吊機(jī)將第二塊管片放在管片輸送小車上，重復(fù)此過(guò)程，管片被逐漸輸送至拼裝機(jī)區(qū)域。

管片喂送系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中需要如下幾個(gè)準(zhǔn)則。

1）確定管片喂送系統(tǒng)長(zhǎng)度。管片喂送系統(tǒng)小車尾部區(qū)域需保證管片吊機(jī)行走至最前端時(shí)能將管片放置在滑動(dòng)架上，并且滑動(dòng)架行走至最前端時(shí)，被輸送管片需在拼裝機(jī)抓取區(qū)域內(nèi)，并預(yù)留足夠安全余量，滑動(dòng)架前端輪子需要與隧道管片前端保持安全距離，避免后配套拖拉油缸收回時(shí)滑動(dòng)架輪子懸空。

2）拼裝機(jī)吸盤抓取管片時(shí)需保證足夠的抓取間隙。

3）起升架升起時(shí)，需保證管片與滑動(dòng)架的間隙大于25mm；起升架落下時(shí)，起升架與管片保持足夠間隙，保證管片正常輸送。

4）牽引機(jī)構(gòu)包括伸縮油缸和鏈條長(zhǎng)度調(diào)節(jié)環(huán)，方便調(diào)節(jié)鏈條的長(zhǎng)度，并且在拼裝管片時(shí)，能比較方便的松開鏈條。

5）在設(shè)計(jì)牽引桿時(shí)，注意：牽引桿孔的大小不與鏈條鉤干涉；鏈條拉緊以后，鏈條不與滑動(dòng)架干涉；牽引桿的寬度與滑動(dòng)架底部的兩側(cè)輪子留有一定的間隙，防止在工作過(guò)程中產(chǎn)生干涉。

3 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了管片運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的組成，并分類別介紹了各系統(tǒng)組成部分的功能用途，對(duì)各系統(tǒng)適用性特點(diǎn)進(jìn)了闡述，利于行業(yè)人員對(duì)管片運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)分析選型。在文中，依托現(xiàn)有應(yīng)用，對(duì)單管片吊機(jī)及管片喂送系統(tǒng)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，并敘述了其基本準(zhǔn)則，為設(shè)計(jì)的可靠性和安全性提供強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。