地鐵車站水下開挖移動平臺行走系統(tǒng)設計與應用

馮屾++勾常春

摘 要：水下開挖作業(yè)平臺在基坑冠梁上需要通過行走系統(tǒng)實現沿基坑縱向移動，液壓式滑靴和輪式移動方式是常用兩種方式，針對北京地鐵永定門外站水下開挖平臺的特殊性，綜合考慮移動速度、同步性控制、承重能力以及安全性等內容，設計出十分合理的液壓式滑靴行走方式，通過現場應用試驗得到驗證，本文通過移動方式選擇以及實用性設計重點講述水下開挖移動平臺行走系統(tǒng)的具體情況，為類似工程提供參考。

關鍵詞：行走系統(tǒng)；液壓式滑靴；設計；應用

0 引言

針對北京地鐵永定門外站采用水下開挖方式，需要研發(fā)一種能夠在基坑冠梁上需要通過行走系統(tǒng)實現沿基坑縱向移動的新型行走系統(tǒng)，既能承受來自作業(yè)平臺238噸的重量和瞬時沖擊力，又能抵抗水下開挖過程中的扭力保證平臺穩(wěn)定，此外，行走系統(tǒng)的同步性控制、持續(xù)性作業(yè)能力也十分關鍵。本文通過行走系統(tǒng)的方式研究以及現場實際試驗，驗證其合理性，為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 平臺概況

水下開挖平臺上部結構采用“貝雷梁+鋼架+橋面系”組合形式構成，平臺自重150t，主要作業(yè)工況為旋挖鉆取土作業(yè)、小挖機裝土、渣土車運輸、重力抓斗取土以及射流反循環(huán)作業(yè)等內容，最大承重約80t，最大抵抗扭矩220kN·m，由于平臺設計整體性極強，豎向力和橫向扭力均傳遞到滑靴系統(tǒng)。

1.2 行走概況

平臺主要在基坑東西兩側頂冠梁上部行走，冠梁1.6米寬、1.2米高，與圍護結構地下連續(xù)墻錨固在一起，為了保證平臺行走，在施工冠梁時在冠梁上預埋1cm厚、30cm寬鋼板，沿冠梁中心布置，在鋼板上鋪設P43鋼軌，鋼軌下間隔1米墊鋼板找平，后期平臺行走系統(tǒng)沿軌道縱向移動，移動速度不宜過快，控制在20cm/min，并保證兩側同步，防止平臺嚴重扭轉而失穩(wěn)。

2 行走系統(tǒng)設計與制作

2.1 行走系統(tǒng)方式選

通過多方調研，針對輪式移動系統(tǒng)和液壓式滑靴進行充分對比，輪式移動系統(tǒng)移動速度快、操作簡便，對軌道的要求高、經濟性差而且加工周期長，而液壓式滑靴移動速度能滿足施工要求，滿足的2.0安全系數。

2.1行走系統(tǒng)結構組成

由于本工程的特殊性，行走系統(tǒng)與常規(guī)橋梁方式不盡相同，進行了針對性的設計和改造。主要結構由行走軌道、支座、上爬頭、下爬頭、連接桿、前桁架滑動座、后桁架滑動座、滑動座連接銷軸、（支座）錨固螺栓、（貝雷桁架棧橋與滑動支座之間）連接件、液壓控制站及油路和液壓千斤頂等組成。

2.2 行走系統(tǒng)原理

前桁架滑動座通過連接桿與液壓千斤頂銷接，利用液壓千斤頂的頂或拉，帶動前、后桁架滑動座連同貝雷桁架棧橋及貝雷桁架棧橋上的旋挖機、裝載機沿P43鋼軌表面滑行，前、后桁架滑動座與P43鋼軌接觸面鑲嵌有20mm厚、150mm寬的聚四氟乙烯板。

行走軌道與前、后桁架滑動座連同貝雷桁架棧橋及貝雷桁架上的旋挖機、裝載機一塊循環(huán)交替互爬。

2.3 行走系統(tǒng)受力分析及驗算

水下開挖平臺行走系統(tǒng)設計計算的主要內容：通過對水下開挖平臺行走系統(tǒng)的結構和受力進行分析可知，水下開挖平臺行走系統(tǒng)設計計算的主要內容有桁架滑動座的抗壓穩(wěn)定性、連接銷軸的抗剪強度、連接螺栓抗拉強度等內容。

（1）施工荷載計算

貝雷桁架組棧橋自身的重量為150t、旋挖鉆機自身的重量為71t、裝載機的重量為17t，全部荷載。

貝雷桁架組棧橋由20榀貝雷桁架組組成，前、后桁架滑動座上各10組貝雷桁架，前、后桁架滑動座上的荷載分別為，由于貝雷桁架組左右端點分別搭在前、后桁架滑動座上，所以每個滑動座承受的荷載為。

（2）桁架滑動座的抗壓穩(wěn)定性計算根據靜力平衡：

聚四氟乙烯與鋼軌間靜摩擦系數 將代入式①、②、③和④，得：。

滑動座是一種箱形結構，用10mm厚鋼板焊接而成，豎向箱形截面輪廓尺寸為450×490mm，橫向箱形截面輪廓尺寸為210×2250mm，中間有9道10mm厚鋼筋板，橫向截面慣性矩為：

Q235鋼材的彈性模量，滑動座支撐高度，在外荷載作用于滑動座相當于一端固定一端自由的壓桿，歐拉公式的壓桿長度系數取。臨界壓力根據歐拉公式（注：參考劉鴻文主編《材料力學》第2版下冊，高等教育出版社，第171頁），將各參數代入，得臨界壓力

遠大于每個滑動座承受的荷載為。故：滑動座安全穩(wěn)定。從以上的計算可知，水下開挖平臺行走系統(tǒng)各關鍵部件的設計可行，使用安全可靠。

3 行走系統(tǒng)試驗及結果分析

2016年9月23日在施工現場進行實際工況行走系統(tǒng)試驗，水下開挖平臺在頂冠梁上沿基坑縱向方向移動0.5m，期間進行了行走前的檢查工作、行走中的軌道系統(tǒng)觀測、行走同步性數據觀測以及連接螺栓有無松動等情況，均能滿足施工要求。

4 結論

通過系統(tǒng)性的設計與研究行走系統(tǒng)各項指標滿足現場施工需求，并通過現場實際工況試驗模擬平臺行走各種情況的作業(yè)，均符合要求。

5 結束語

實踐證明，液壓式滑靴行走系統(tǒng)能夠滿足水下開挖移動平臺作業(yè)的各項指標要求，特別是承重和抗扭方面具有明顯優(yōu)勢，在后續(xù)先施工過程中，要加強行走系統(tǒng)各方面的檢查和維保工作，確保各部件處理良好的工作狀態(tài)，此外根據實際作業(yè)情況制定專項操作規(guī)程，保證系統(tǒng)的同步性和安全性。