隧道擴大硐室內盾構機拆機裝置的研究設計

劉華

摘 要：盾構機地下擴大硐室拆解受自身重量、空間和地質條件等多種因素影響，無法直接使用大型露天吊裝工具進行盾構機拆解。因此，本文結合盾構機施工工程設備要求和盾構機地下拆解施工條件，將盾構機部件拆機理念運用到盾構機大型部件拆機裝置設計中。

關鍵詞：盾構機；擴大硐室；地下拆解；大型部件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.110

1 引言

盾構機屬于大型非標產品，實施“量身定做”[1]。通常情況下，盾構可拆解部件中單塊重量最大的是總重量達100t的主驅動，為保證拆機設備完好率，提高效率需要開展擴大硐室內盾構機地下拆解技術研究[2]。因此，需要研制煤礦斜井盾構機地下拆解專用裝置，實現盾構機的安全、快速、高效拆解。

2 拆機專用裝置組成

如圖1所示，拆機裝置主要由底盤、配重塊、支座、升降支座、橫梁支架、升降油缸組、斜撐油缸組組成。整車車架為一字形，中間段采用輪驅，前后段采用伸縮油缸支腿，中間段采用輪驅機構。

3 拆解專用裝置的結構仿真分析

3.1 設備整體結構仿真分析

（1）加載條件。利用MSC.Patran&Nastran有限元分析軟件對CXJ100型盾構拆解專用裝置模型進行強度和剛度校核，采用靜力學分析方法。

（2）模型結構網格劃分節點數為313877，單元數為931308，單元類型為四面體（CTETRA）。

（3）整體模型的應力分布示意圖，如圖2左所示。由仿真分析結果可知，在車的運動接觸位置產生較大的應力集中，這是因為油缸部位只有兩個運動支撐點，造成局部應力集中，所以在實際設計中，需要采用多點支撐設計，分散應力集中造成的不利影響，并對橫梁結構進行優化改進設計，降低橫梁局部應力集中。

3.2 設備支撐底座的仿真分析

支撐底座的應力分布示意圖如圖3左所示。由仿真分析結果可知，在裝置底座的接觸位置產生較大的應力集中，這是因為接觸部位運動支撐點較少，造成局部應力集中，所以在實際設計中，仍需要采用多點支撐設計，分散應力集中造成的不利影響，并對設備支撐底座進行結構優化設計，降低集中應力。

3.3 設備翻轉支座的仿真分析

翻轉支座的應力分布示意圖如圖4左所示。由仿真分析結果可知，在翻轉支座的接觸位置產生較大的應力集中，這是因為接觸部位運動支撐點較少，造成局部應力集中，所以在實際設計中，仍需要采用多點支撐設計，分散應力集中造成的不利影響，并對設備翻轉支座進行結構優化設計，降低局部應力集中。

4 拆解專用裝置研發設計

通過對盾構拆解專用裝置結構進行初步的仿真分析，并對裝置結構的橫梁支架吊裝方式改為懸臂梁輔助吊裝，對裝置支撐底座進行變截面強度設計，油缸數量由兩個翻轉支撐增加到四個支撐點等改進。

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通過進一步設計優化得到最終的盾構拆解專用裝置總體設計結構，如圖5所示。該裝置由底座支撐機構、伸縮支撐機構、翻轉起升機構、單臂起吊機構、液壓系統、電氣系統、配重塊、活動墩等組成。

5 工程應用

研制的盾構拆機專用裝置已經成功應用于神東補連塔煤礦斜井工程中，其具備的主要功能有：翻轉運輸車在起吊重物時可自行翻轉90°將重物運出洞外；小車起吊裝置設有吊架和懸臂2個吊點，懸臂吊點可以向前伸出，滿足不同位置拆卸要求；吊架最大起升重量100t，提升高度1.5m；懸臂最大起升重量23t，懸臂旋轉角度360°?，F場應用如圖6所示。

6 結論

隨著盾構機在礦用斜井隧道工程的應用不斷加大，對盾構機地下擴大硐室的拆解提出了更高的要求。本文針對盾構主驅動和刀盤的體積大、質量大、設備拆解完好率要求高的特點，基于設備安全性、實用性、經濟性等多種因素，完成了盾構拆解專用裝置起吊設備的分析與設計，為后續的拆機工裝的試制提供了理論基礎，為盾構機主要部件的回收再制造創造了技術支持條件。

參考文獻：

[1]雷升祥.斜井復合盾構法施工技術研究[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[2]李守彪，毛東暉，鄒春華.大埋深煤礦長斜井盾構拆解施工技術分析[J].煤炭工程，2014，46（09）：32-34.

[3]鄒春華，梅勇兵.煤礦斜井盾構螺旋輸送機原位拆卸施工技術[J].施工技術，2015（07）：117-119.