趙永柱 魯炎

摘要：本文綜述了運(yùn)用于上海西站6m級盾構(gòu)機(jī)分體過站的狀況，盾構(gòu)運(yùn)輸通道寬度僅5.4m、高度僅6m，盾構(gòu)機(jī)無法正常運(yùn)輸進(jìn)入始發(fā)井，運(yùn)輸及其困難。通過設(shè)計(jì)的小車，實(shí)現(xiàn)了6m級盾構(gòu)機(jī)在寬度窄、長距離通道中運(yùn)輸至始發(fā)井，并順利完成盾構(gòu)機(jī)組裝。

關(guān)鍵詞：6m級盾構(gòu)機(jī);上海西站;分體過站;小車;設(shè)計(jì);運(yùn)輸通道

盾構(gòu)設(shè)備[3]及過站概況

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

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)作業(yè)井上方已建設(shè)完畢，盾構(gòu)機(jī)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(yùn)輸通道，通道長300m、寬5.4m、高6m[4]。如上表1.1 盾構(gòu)機(jī)主要部件參數(shù)表所示，Φ6760m級盾構(gòu)機(jī)刀盤、驅(qū)動(dòng)、盾體、鉸接環(huán)等各部件外形尺寸大于運(yùn)輸通道寬度和高度，無法實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)正常運(yùn)輸進(jìn)入始發(fā)井，運(yùn)輸困難。在同類6m級盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行始發(fā)井安裝前涉及到分體始發(fā)、分體過站等難點(diǎn)工作，為國內(nèi)首例情況。

為實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)各部件順利運(yùn)輸至始發(fā)作業(yè)井，需要設(shè)計(jì)制作相應(yīng)的運(yùn)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(shè)計(jì)[1]

為實(shí)現(xiàn)上海西站用盾構(gòu)機(jī)順利過站至始發(fā)工作井，小車的設(shè)計(jì)需要考慮以下因素：

過站用小車需實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)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(jī)運(yùn)輸部件有效連接固定;

小車運(yùn)輸盾構(gòu)機(jī)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(qiáng)度，裝載部件時(shí)整體能穩(wěn)定受力于鋼軌上，通過車輪運(yùn)動(dòng)，運(yùn)輸動(dòng)載下具有安全穩(wěn)定性;

小車需考慮盾構(gòu)機(jī)下井過站工序流程，科學(xué)合理設(shè)計(jì)滿足盾構(gòu)機(jī)安裝作業(yè)工序中部件轉(zhuǎn)運(yùn)順序。

根據(jù)以上實(shí)際情況進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)過站小車，為實(shí)現(xiàn)各部件運(yùn)輸過站，設(shè)計(jì)過站小車具備以下三種模式：1.用于刀盤部件運(yùn)輸模式;2.用于鉸接環(huán)部件運(yùn)輸模式;3.用于驅(qū)動(dòng)及其他部件運(yùn)輸模式。

過站用小車用于刀盤部件運(yùn)輸模式

如下圖所示過站用小車主結(jié)構(gòu)使用200H型鋼進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shè)置3x4組車輪，小車斜面設(shè)計(jì)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(yùn)輸

刀盤重39t、外徑達(dá)φ6770mm，通過與小車斜面螺栓連接，整個(gè)刀盤呈斜向通道對角線的形式進(jìn)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(yùn)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(yù)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(jìn)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(yùn)輸?shù)陌踩行浴?/p>

過站用小車用于鉸接環(huán)部件運(yùn)輸模式

過站用小車用于鉸接環(huán)部件運(yùn)輸模式，在刀盤運(yùn)輸模式的形態(tài)下外側(cè)增加四個(gè)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(dá)φ6770mm，通過與小車四個(gè)延伸支架螺栓連接，整個(gè)鉸接環(huán)呈斜向通道對角線的形式進(jìn)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(yùn)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(yù)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(jìn)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(yùn)輸?shù)陌踩行浴?/p>

過站用小車用于驅(qū)動(dòng)及其他部件運(yùn)輸模式

過站用小車用于驅(qū)動(dòng)及其他部件運(yùn)輸模式，在刀盤運(yùn)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(shè)鋼板用于運(yùn)輸驅(qū)動(dòng)及其他部件（除臺(tái)車以外）。

驅(qū)動(dòng)及其他部件與小車接觸式擺放固定，前后使用手拉葫蘆進(jìn)行鎖緊固定。

過站用小車有限元分析[2]

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

根據(jù)最大受力運(yùn)輸?shù)侗P部件進(jìn)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(jì)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(shè)計(jì)，根據(jù)運(yùn)載最重部件進(jìn)行受力計(jì)算，小車所承最大應(yīng)力約為69.1MPa，最大位移為0.24mm，安全系數(shù)達(dá)到3.4倍，該小車滿足強(qiáng)度要求。

過站用小車的現(xiàn)場運(yùn)用

過站用小車設(shè)計(jì)→生產(chǎn)制造→檢驗(yàn)完成后，運(yùn)輸至現(xiàn)場，為現(xiàn)場盾構(gòu)機(jī)分體過站投入使用。

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

過站用小車運(yùn)用于刀盤部件運(yùn)輸

過站用小車切換成刀盤部件運(yùn)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(yù)留一定高度。移動(dòng)小車至刀盤連接法蘭下方，小車上對應(yīng)螺栓連接孔設(shè)有工藝導(dǎo)柱，主吊鉤緩慢下放使刀盤法蘭板向小車連接面移動(dòng)，使得刀盤連接孔順利通過工藝導(dǎo)柱。

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

電瓶車頂推小車通過通道到達(dá)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(jìn)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(jìn)行下一部件運(yùn)輸作業(yè)。

過站用小車運(yùn)用于鉸接環(huán)部件運(yùn)輸

為小車運(yùn)輸鉸接環(huán)，在刀盤運(yùn)輸模式的形態(tài)下外側(cè)增加四個(gè)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(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)，小車運(yùn)輸鉸接環(huán)到達(dá)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(jìn)行下一部件運(yùn)輸作業(yè)。

過站用小車運(yùn)用于驅(qū)動(dòng)及其他部件運(yùn)輸

在刀盤運(yùn)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(shè)鋼板用于運(yùn)輸驅(qū)動(dòng)及其他部件（除臺(tái)車以外）。這些部件（除臺(tái)車以外），與小車接觸式擺放固定，前后使用手拉葫蘆進(jìn)行鎖緊固定，通過電瓶車帶動(dòng)小車頂推前進(jìn)及牽引后退，實(shí)現(xiàn)小車運(yùn)輸盾構(gòu)機(jī)各部件。

結(jié)論及展望

結(jié)論

根據(jù)上海西站盾構(gòu)機(jī)過站實(shí)際情況進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)過站小車，實(shí)現(xiàn)各部件運(yùn)輸過站，設(shè)計(jì)過站小車具備以下三種模式：1.用于刀盤部件運(yùn)輸模式;2.用于鉸接環(huán)部件運(yùn)輸模式;3.用于驅(qū)動(dòng)及其他部件運(yùn)輸模式。

通過設(shè)計(jì)及現(xiàn)場運(yùn)用的過站小車實(shí)現(xiàn)6m級盾構(gòu)機(jī)在寬度窄、長距離通道中運(yùn)輸至始發(fā)井，并順利完成盾構(gòu)機(jī)組裝。通過在上海西站盾構(gòu)機(jī)分體運(yùn)用的過站小車，得出了過站小車具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢功能：

過站小車能實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)分體過站時(shí)，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(qiáng)度，裝載部件時(shí)整體能穩(wěn)定受力于鋼軌上，通過車輪運(yùn)動(dòng)，運(yùn)輸動(dòng)載下具有安全穩(wěn)定性;

過站小車通過與盾構(gòu)機(jī)運(yùn)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(jī)下井過站工序流程，科學(xué)合理設(shè)計(jì)滿足盾構(gòu)機(jī)安裝作業(yè)工序中部件轉(zhuǎn)運(yùn)順序。

展望

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)運(yùn)輸通道尺寸布置考慮到方方面面因素，始發(fā)運(yùn)輸通道尺寸無法滿足盾構(gòu)機(jī)正常運(yùn)輸進(jìn)入始發(fā)井將成為常態(tài)，盾構(gòu)機(jī)需要分體過站。過站小車的設(shè)計(jì)及成功運(yùn)用解決了盾構(gòu)機(jī)分體過站時(shí)的難點(diǎn)，過站小車考慮盾構(gòu)機(jī)下井過站部件尺寸及工序流程，科學(xué)合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)各部件分體轉(zhuǎn)運(yùn)工作。

參考文獻(xiàn)

GB50017–2017，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

ansys有限元分析軟件[Z].

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上海西站地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料[Z].