始發(fā)段新型管片小車替代喂片機應(yīng)用技術(shù)研究

尚超話

(中鐵二十局集團第五工程有限公司 云南昆明 650200)

1 工程背景

佛莞城際鐵路FGZH-1標位于廣州市番禺區(qū)，全長11.03 km，包含兩站三區(qū)間，其中長隆站至番禺大道站區(qū)間采用2臺北方重工生產(chǎn)的盾構(gòu)機施工。該盾構(gòu)機在1號臺車底部設(shè)置了具有儲存、運輸管片功能的喂片機，喂片機通過4個行走膠輪同臺車連接。膠輪為臺車和喂片機的行走機構(gòu)，較目前市場上采用的拖拉試管片小車結(jié)構(gòu)相比，體積較大。

盾構(gòu)機組裝始發(fā)[1]時，該喂片機會侵入車站底板結(jié)構(gòu)，侵入深度約160 mm、寬4 230 mm、長15 465 mm(如圖1所示)，無法滿足始發(fā)階段管片存儲和喂片功能[2]。

圖1 喂片機與主體結(jié)構(gòu)關(guān)系(單位:mm)

項目根據(jù)施工現(xiàn)場條件，自制一輛臨時管片小車，該小車具有結(jié)構(gòu)尺寸小、行走輪轂自潤滑、小車輪轂內(nèi)置式安裝、小車托盤360°可旋轉(zhuǎn)特性[3]，以滿足盾構(gòu)始發(fā)前期管片運輸需要。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖2所示。

圖2 施工工藝流程

2.2 施工操作要點

2.2.1 管片小車運輸凈空確定

在始發(fā)階段前期，喂片機無法安裝使用，1號臺車的行走結(jié)構(gòu)只能采用鋼輪結(jié)構(gòu)代替原來的膠輪行走結(jié)構(gòu)[4]。車站底板鋪設(shè)臺車鋼輪行走軌道，并延伸至管片拼裝區(qū)域，軌距為2 910 mm。

新設(shè)計的臨時管片小車運載管片在車站底板軌道和CB1結(jié)構(gòu)梁之間的空隙內(nèi)前行，該空檔凈空尺寸需要滿足管片運輸要求。經(jīng)核算，其凈空尺寸為1 370 mm。

2.2.2 管片小車加工高度設(shè)計

根據(jù)管片運輸凈空間距L空＝1 370 mm，該高度為盾構(gòu)機1號臺車主梁和車站底板之間的距離，小車需要在底板鋪設(shè)軌道上行走，小車軌道高度Lg＝140 mm，運輸管片最大高度hmin＝912 mm，則小車允許的在軌高度h可根據(jù)以下公式計算:

預留100 mm的安全運輸間隙，最終小車的安全設(shè)計高度不可超過218 mm。

2.2.3 小車結(jié)構(gòu)設(shè)計

管片小車由車架、輪軸、輪轂、底盤、推力球軸承、載物旋轉(zhuǎn)托盤組成，采用焊接連接，如圖3所示。

圖3 管片小車結(jié)構(gòu)

(1)由于管片小車的安全設(shè)計高度為218 mm，小車車架為矩形框架結(jié)構(gòu)，長邊方向左右兩側(cè)間隔300 mm設(shè)置2個橫梁，材質(zhì)為HW150型鋼[5]，可滿足車架剛度及尺寸要求。

(2)為縮小管片小車在軌高度，預留更多的管片運輸安全距離，小車輪轂采用內(nèi)置方式安裝，即輪轂安裝在車架體內(nèi)，輪轂著軌面同車架底部僅預留10 mm間隙，以避免小車行走時受軌道影響。

(3)小車使用時，輪轂安裝于車架內(nèi)部，空間較小，手動黃油潤滑方式無法適用于輪轂軸承潤滑保養(yǎng)，故輪轂軸承采用自潤滑石墨銅套設(shè)計[6]，實現(xiàn)小車工作時自潤滑，解決因空間受制無法進行黃油潤滑而影響小車使用壽命的技術(shù)難題。

(4)小車運載管片后，若將管片橫向放置運輸，會受1號臺車行走鋼輪影響，無法運至管片拼裝區(qū)域，需將管片旋轉(zhuǎn)180°后方可運輸至拼裝區(qū)域；拼裝機抓起管片時，管片又需橫向放置，故管片運至拼裝區(qū)域后，管片需反向旋轉(zhuǎn)180°。為此，在小車上設(shè)置載物托盤，小車車架同托盤采用推力軸承裝配連接，可實現(xiàn)托盤360°旋轉(zhuǎn)。

2.2.4 小車加工要求

(1)小車加工場地應(yīng)平整，加工時可在場地上安裝2根P43軌，中心軌距970 mm，并用水平尺校準兩根軌道的水平度，確保軌道高差不超過5 mm，將輪轂放置在軌道上后組裝小車。

(2)安裝小車輪軸時，輪軸中軸線較車架中線低25 mm。小車輪轂組裝后，輪轂在軌面超出車架底邊10 mm，以保證小車使用時車架和軌道不受干擾。小車行走輪中心軌距控制在970±5 mm之間。

(3)小車載物托盤軸承為51164推力軸承[7]，軸承底座同小車輪軸焊接，采用20 mm鋼板制作，載物托盤載物面高度比車架主體頂面高37 mm，最終小車的整體軌上高度為197 mm，如圖4所示。

圖4 管片小車結(jié)構(gòu)尺寸控制示意(單位:mm)

(4)推力球軸承型號為51164，安裝時需要分清緊環(huán)和松環(huán)。緊環(huán)同載物旋轉(zhuǎn)托盤對中焊接，松環(huán)同底盤對中焊接。在底盤上采用鋼板沿軸承周圍每60°焊接1個擋塊，擋塊同軸承邊預留1 mm左右的間隙，防止載物托盤側(cè)翻時造成推力軸承側(cè)滑，并實現(xiàn)載物托盤360°可旋轉(zhuǎn)。

2.2.5 管片小車的使用

(1)1號臺車行走結(jié)構(gòu)改造

在1號臺車下井前，不安裝原設(shè)計的膠輪結(jié)構(gòu)，采用臺車的鋼輪結(jié)構(gòu)代替[8]。為滿足臺車中心線在同一個高度，鋼輪安裝完成后，應(yīng)保證1號臺車主梁和車站底板的間距為1 370 mm，需要在臺車鋼輪和臺車橫梁之間增加800 mm的支撐[9]。該支撐采用20H型鋼制作，并在兩側(cè)增加斜撐，斜撐采用20工字鋼加工，同鋼輪支撐呈30°夾角，一端和臺車橫梁焊接，另一端和鋼輪支撐底部焊接。

行走結(jié)構(gòu)的制作需要在地面完成，采用吊車將1號臺車調(diào)離地面1 400 mm，在地面堆設(shè)方木或工字鋼，將臺車墊高1 400 mm，此后在臺車豎向支撐梁位置處焊接鋼輪行走結(jié)構(gòu)，共計焊接2對鋼輪。焊接期間，吊車不可脫鉤，需要保持臺車吊起狀態(tài)，以保證焊接安全；待鋼輪結(jié)構(gòu)制作完成以后，便可將臺車下井[10]。

鋼輪焊接時，必須保證鋼輪垂直度，將鋼輪間距控制在2 910±10 mm內(nèi)。

(2)1號臺車軌道鋪設(shè)

1號臺車的行走機構(gòu)更改為鋼輪結(jié)構(gòu)后，需要在車站底板鋪設(shè)臺車運行軌道和管片小車行走軌道。臺車軌道中心軌距為2 910 mm，在盾構(gòu)機前進2環(huán)(3 m)后立即延伸軌道；小車行走軌道中心間距為970 mm，在每環(huán)管片拼裝完成后，立即延伸軌道，每次延伸1.6 m(每環(huán)管片寬度)；軌道的安裝、固定方式和水平運輸車輛運行軌道安裝方式相同。

(3)小車調(diào)試

完成小車和臺車軌道延伸后，于管片小車上放置管片后進行起運檢查，對小車進行調(diào)試和試運行，檢測小車行走是否受軌道干擾。

(4)吊運管片至運輸小車

采用管片吊機將水平運輸車輛上的管片吊運至管片小車上，放置管片時確保管片中線與小車中線重合，管片軸線和小車運行方向垂直。管片放置完成后，在管片和小車的間隙內(nèi)塞入方木，固定管片，防止管片移動。

(5)運輸管片至拼裝區(qū)域

因管片小車為臨時管片運輸裝置，小車自身未設(shè)置動力裝置，運輸管片時需要借助外力并經(jīng)傳動機構(gòu)帶動小車行走。小車的傳動結(jié)構(gòu)采用1根鋼絲繩代替，鋼絲繩一端采用卡扣和小車連接，另一端繞過設(shè)計的3個地滑輪(第1個地滑輪固定在中盾和尾盾相接的底部中心位置，第2個地滑輪固定在1號臺車最前端中心位置，第3個地滑輪固定在1號臺車后端中心位置，保證3個地滑輪在同一個軸面上，可不在同一個標高)[11]，并同動力結(jié)構(gòu)(可用卷揚機或者隧道水平運輸車輛)連接，如圖5所示。

圖5 管片運輸示意

完成傳動結(jié)構(gòu)安裝后，指揮水平運輸車輛緩慢前行，行進速度控制在5 km/h以內(nèi)。拉動管片小車前行，小車行走期間，安排專人觀察小車上所載管片是否偏移[12]、是否有障礙物阻擋，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，立即停止運輸，清理障礙物后方可繼續(xù)。

(6)旋轉(zhuǎn)管片

小車到達管片拼裝區(qū)域后停止運輸，人工推動管片，將管片旋轉(zhuǎn)180°后開始拼裝管片，如圖6所示。

圖6 管片旋轉(zhuǎn)180°

(7)小車回位和管片拼裝

小車旋轉(zhuǎn)到位后，采用拼裝機抓起管片進行拼裝，如管片拼裝不影響小車回位，可將管片運輸時所用的鋼絲繩和水平運輸車輛拖至場地，將另一根鋼絲繩和管片小車后端及水平運輸車輛相連接，指揮水平運輸車輛前行，將小車拉回管片吊裝區(qū)域，準備運輸下一塊管片。

采用以上方式，將所有管片運輸完成。

3 結(jié)束語

通過對始發(fā)段新型管片小車替代喂片機技術(shù)的應(yīng)用，解決了盾構(gòu)機自帶喂片機受車站主體結(jié)構(gòu)影響無法使用，無法完成盾構(gòu)正常掘進施工工序的技術(shù)難題。消除盾構(gòu)始發(fā)時，因車站底板或側(cè)墻結(jié)構(gòu)影響盾構(gòu)自帶小車使用而需要提前預留孔洞或始發(fā)后進行車站側(cè)墻二次施工的技術(shù)困難，解決了盾構(gòu)機自帶管片小車改造費用較高的經(jīng)濟效益問題。該小車在應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)尺寸小，可操作空間大，能夠在窄寬度、小間距的管片運輸環(huán)境下使用，具有較強的適應(yīng)性。

該施工技術(shù)有可改進之處，如在小車施工時，只能進行單塊管片的運輸，無法保證整環(huán)管片拼裝的連續(xù)性，對人員配合要求較高；運輸中出現(xiàn)異常情況時，對施工進度影響較大。對此，可以改進小車的動力系統(tǒng)，提高運輸效率。