鉸接式單軌梁的研究及應用

王 輝

（廣東華隧建設股份有限公司，廣東 廣州 510500）

1 單軌梁研究背景

220kV奧林變電站電力隧道工程（南段）處于廣州市內，電纜隧道的直徑為4.35m，管片外徑為4.1m，內徑為3.6m。該工程采用4350mm泥水盾構機進行施工，在小直徑盾構隧道內的管片水平運輸存在一定的困難，因此，如何有效解決小直徑盾構隧道內的管片水平運輸成為一個重要課題。

為滿足盾構施工需要φ4350mm泥水盾構機大多采用與φ6260mm盾構機尺寸型號相同的設備，但是受隧道空間限制，盾構機只能采用單邊臺車形式，因單邊負重易引發臺車脫軌故障，所以我們采用異邊加設平衡車架，既實現了小盾構的大功效又保證了臺車平衡受力。

圖1 隧道單邊臺車布置圖單軌梁布置位置圖

2 單軌梁的設計思路

根據4350mm泥水盾構機最大轉彎半徑來設定鉸接式單軌梁的橫向鉸接角度；根據隧道區間里程中上下坡度來選定控制單軌梁上下活動范圍的機械千斤頂型號并設定千斤頂行程。

盾構機主體及附屬臺車安裝就位后，在盾構機張出臺與一號臺車間安裝單軌梁實現盾體與附屬臺車的連接，在一號臺車內部將單軌梁斷開分兩節布置。單軌梁主體結構采用400型工字鋼加工制作，工字鋼下平面焊接安裝水平翼板滾子鏈條，單軌梁鉸接處一端加工為凹型弧面，另一端加工為凸型弧面與之形成有縫鏈接，從而實現單軌梁在轉彎掘進過程中隨著盾體轉彎有效跟從；在張出臺上單軌梁的支撐位置安裝3噸螺旋式機械千斤頂實現盾體上下坡掘進時調整單軌梁兩端高差保證管片平衡運輸；在單軌梁與臺車及張出臺連接銷軸上安裝軸套限制單軌梁水平擺動范圍，使得單軌梁的有效擺動范圍在鉸接處的設計擺動幅度內；最后在單軌梁下部安裝行走式電動葫蘆實現管片在盾構機內的垂直和水平運輸。

3 單軌梁使用需要解決的相關問題

3.1 需要解決盾構機附屬臺車與盾構機主體間的連接及同步轉動問題

盾構機主體及附屬臺車安裝就位后，在盾構機張出臺與一號臺車間安裝單軌梁實現盾體與附屬臺車的連接，在一號臺車內部將單軌梁斷開分兩節布置，每節均在一號臺車頂部支撐梁固定，實現單軌梁在盾構機曲線掘進時能夠與盾體同步轉動。在單軌梁與張出臺連接處焊接支撐座，并用銷軸連接，銷軸上安裝軸套保證單軌梁在盾構機曲線掘進時跟隨盾體在有效范圍內擺動；在張出臺與一號臺車連接處焊接支撐座并用銷軸連接，安裝對應型號的軸套保證單軌梁在盾構機曲線掘進時跟隨盾體在有效范圍內擺動在單軌梁分節處一端加工凸型弧面另一端加工凹型弧面，并在單軌梁斷面安裝轉動銷，保證單軌梁轉動時斷面處的受力強度。

3.2 需要解決鉸接式單軌梁水平位移問題

根據盾構機最大轉彎半徑分別核算出盾構曲線掘進時單軌梁與張出臺連接處及單軌梁在一號臺車斷開出的最大水平位移，依據最大位移設計單軌梁凹凸弧面的弧度和半徑；分別在單軌梁與張出臺和一號臺車的固定處安裝軸套，軸套間隙尺寸即為單軌梁在該位置的最大位移。

3.3 需要解決鉸接式單軌梁垂直位移問題

在張出臺上單軌梁的支撐位置安裝支撐座，支撐座上加工環形槽，保證單軌梁連接銷可在環形槽內上下移動；在支撐座上安裝千斤頂行程保護器，安裝3噸螺旋式機械千斤頂實現盾體上下坡掘進時調整單軌梁兩端高差保證管片平衡運輸。

3.4 需要解決管片運輸通過鉸接處的問題

在工字鋼下部面板上焊接安裝水平翼板滾子鏈條，安裝行走式電動葫蘆實現管片在軌道梁內水平運輸；在單軌梁分節處，加工凹凸弧面，并留2cm間隙實現單軌梁的有縫鏈接，電動葫蘆的行走小車滾輪尺寸為Φ100，可保證小車行走至鉸接處可平穩過渡，從而保證盾構機在曲線掘進過程中管片在機內的平穩運輸。

5 單軌梁的應用

鉸接式單軌梁在廣州市220kV奧林變電站電力隧道工程中成功應用，能夠有效保證盾構機在小半徑轉彎掘進過程中管片在盾構機內運輸的安全性；能夠實現盾構機在上下坡掘進過程中管片在機內運輸的平穩性；同時鉸接式單軌梁靈便的設計、高效的功能、廉價的成本既滿足了施工需要又極大地縮短了工期，節約了成本，取得了較好的經濟效益，應用效果良好。

結語

（1）鉸接式單軌梁設計靈便、高效，成本低廉，解決了小直徑盾構掘進時管片在機內的水平運輸難題，極大的節約了成本，縮短了工期。

（2）鉸接式單軌梁水平位移設計打破了傳統單軌梁的設計瓶頸，為今后盾構施工及盾構研發提供了更廣闊的思路。

（3）鉸接式單軌梁垂直位移設計用螺旋式機械千斤頂解決了盾構在過程中單軌梁的平衡難題。

（4）鉸接式單軌梁在小直徑盾構隧道施工中的成功應用，為今后小直徑盾構施工中的管片水平運輸提供了借鑒參考，在廣東乃至國內城市軌道交通工程及市政隧道工程中將會有較大的應用前景。

[1]機械設計手冊[M].機械工業出版社，2010.

[2]盾構法隧道施工與驗收規范[M].中國建筑工業出版社，2008.