液壓臺車在N—J水電工程穿河段壓力鋼管運輸與安裝中的應用

付智慧 陳超

【摘要】隨著地下埋藏式大型壓力鋼管直徑越來越大，安裝也面臨眾多技術難題，其中，壓力鋼管洞內運輸安裝是首先考慮的問題。在巴基斯坦N-J水電工程穿河段壓力鋼管的運輸與安裝過程中，成功地采用了一種壓力鋼管洞內運輸專用液壓臺車進行施工。該液壓臺車結構緊湊，占用空間小，且除運輸功能外，自身還具備調整功能，大大提高了施工效率，節約了項目成本，可為類似工程提供借鑒。本文對此種設備在壓力鋼管洞內運輸與安裝中的應用進行了探討。

【關鍵詞】液壓臺車；N-J水電工程；壓力鋼管；運輸；安裝

巴基斯坦尼魯姆—杰魯姆（Neelum-Jhelum）水電工程（簡稱“N-J水電工程”）為長隧洞引水式水電站。該水電站在尼魯姆河上建立攔水壩和取水口，經過軸線長達28. 6 km 的引水隧洞將河水引入地下電站廠房，利用其間河水的天然落差發電，尾水經尾水洞匯入杰魯姆河。該工程的引水隧洞為單雙洞混合式，共設置 5 條施工支洞。其中部分雙洞采用TBM掘進，掘進長度為2×11. 5 km；另有部分雙洞，即穿河段，采用壓力鋼管襯砌，襯砌長度為2×732m（左、右洞各732 m）。襯砌用的壓力鋼管單節長度為 12 m，規格為6660×30 mm（外徑×壁厚，不含加勁環），單節總重量達73 t ，共122節。

1、壓力鋼管洞內運輸與安裝方案的研究

壓力鋼管洞內運輸常用的方法是采用平板拖車拖運，但此種拖運方式需要較大的空間，因此隧洞前期開挖量較大，工程成本較高；此外平板拖車自身不具備調整功能，壓力鋼管運輸至搭接位置后需要門塔機或纜機配合調整才能完成搭接，不僅增加了工程成本，而且操作復雜。

另外，不同于普通襯砌用的鋼模臺車，此項目所需壓力鋼管運輸設備要求能頻繁運行。針對N-J水電工程穿河段壓力鋼管安裝項目實際情況，我公司委托三峽大學機械與動力學院廖湘輝教授設計、并依托公司內部生產能力制造了一種壓力鋼管洞內運輸專用液壓臺車。此設備不僅能負責壓力鋼管由卸車部位運輸到安裝部位的運輸行走工作，同時還可完成鋼管在安裝過程中上下左右前后六個調整動作。

2、液壓臺車的結構組成、工作原理及動作流程

2.1 主要結構

本液壓臺車主要由行走支撐系統、頂升支撐系統、液壓系統、聯系結構等四大部分組成。其中行走支撐系統包括支撐結構、動力機構、輔助支撐（從動輪等）；頂升支撐系統包括頂升支撐軸瓦、頂升支撐墊片；液壓系統包括鋼管轉動油缸、雙級頂升油缸、液壓馬達、液壓泵站、液壓管路等；聯系結構包括驅動聯系梁、縱向聯系梁和縱向伸縮梁等。

2.2 工作原理

運輸、調整、頂升系統的行走通過設置在軌道上的四組由液壓馬達驅動的行走輪來完成。行走液壓馬達設置了制動回路以及平衡調速回路，保證鋼管運輸過程中的平穩運行。行走液壓馬達還設置了角度位移傳感器以檢測馬達的運行狀態，可以在鋼管安裝時對鋼管的前后距離進行微調。

在安裝時調整鋼管上下和左右的距離是通過臺車上的頂升油缸來完成的。頂升油缸的升降可以調整鋼管的上下距離，軌道兩側的兩組油缸的形成差可以調整鋼管中心線的左右偏移。頂升油缸還設置了行程位置檢測傳感器，方便調整時的精確控制。

臺車的液壓控制系統設置在小車上，隨著小車移動。考慮到設備運行距離較遠，若采用電機驅動需要鋪設較長的纜線，故其動力部分是通過柴油機驅動液壓泵的方式為液壓系統提供壓力油。液壓系統的控制閥組分別設置了帶電磁閥控制的自動控制閥組和帶多路換向控制閥操作的手動控制回路，兩套回路可以相互切換，互為備用。

液壓系統中的液壓絞車及行走液壓馬達均設置了碟簧復位的液壓剎車以及液壓控制的平衡閥鎖定回路，兩種裝置形成雙保險，保證絞車和行走液壓馬達的制動。液壓系統中還設置了各級壓力的安全保護溢流閥，可在絞車卡死、行走液壓馬達過載、油缸工作壓力過大等不正常工況下有效保護系統。

2.3 動作流程

液壓臺車的動作流程如下：100噸液壓平板車運輸壓力鋼管到卸車位→卸車門架起吊系統連接→壓力鋼管提升→100噸液壓平板車離開→液壓臺車到鋼管下就位→壓力鋼管下降→液壓臺車承載壓力鋼管→運輸到安裝部位→壓力鋼管調整→液壓臺車回位→下一個工作過程。

2.4液壓臺車運輸、調整具體步驟

⑴臺車就位：將臺車沿軌道開到壓力鋼管下方，前后移動液壓臺車使鋼管臺車頂升油缸與鋼管托架停在鋼管重心對稱位置上。

⑵臺車承載鋼管：下降卸車門架液壓卷揚機，將壓力鋼管放置在液壓臺車上，解除壓力鋼管起吊繩索。

⑶壓力鋼管運輸：壓力鋼管放置完成后，啟動臺車驅動系統，將壓力鋼管運輸到壓力鋼管安裝部位。

⑷壓力鋼管調整：根據對液壓臺車控制臺的具體操作，實現四個頂升油缸整體升降和單個頂升油缸的獨立升降。通過頂升油缸動作的組合完成鋼管上下左右四個方位對接的精細調整。壓力鋼管的前后調整由驅動系統的動作來完成。

⑸臺車回位：壓力鋼管調整完成，并進行壓力鋼管加固后，頂升油缸收回到下限，鋼管托架與鋼管分離，且低于壓力鋼管的加勁環，這樣液壓臺車即可從壓力鋼管下方沿軌道回到卸車位，為下一個工作循環做準備。

3、施工情況簡介

N-J水電工程采用壓力鋼管襯砌的穿河段隧洞分為左右兩洞。其中，左洞地質狀況較好，壓力鋼管安裝順序為從上游至下游順次安裝。右洞由于有28米斷層帶，是事故多發地段，為縮短廊道支護與混凝土澆筑之間的時間，監理工程師要求調整右洞安裝順序：先安裝斷層帶位置的3節鋼襯（第23/24/25節），安裝完后立即進行混凝土襯砌，解決安全隱患后，再安裝其余鋼襯。

考慮到先安裝斷層帶鋼襯后將形成三個作業面，且斷層帶位置鋼襯將影響焊接煙霧和液壓臺車上柴油機煙霧的及時排除，在這種情況下，為加快施工進度，并改善施工環境，同時也鑒于前兩臺液壓臺車在施工中極為得力，公司在原柴油機驅動的液壓臺車的基礎上又制造了一臺電驅液壓臺車投入此項目，主要用于右洞上游第1至22節鋼襯的運輸及調整（在此施工段內，液壓臺車運行距離較短，僅需200米配套電纜即可）。三臺液壓臺車在在整個施工過程中運行良好，發揮了重要作用，為保證項目施工進度奠定了堅實的基礎。

結語：

綜上所述，這種集運輸與調整功能于一體的液壓臺車，在巴基斯坦N-J水電工程穿河段壓力鋼管運輸與安裝中的應用取得了成功，為后期類似的大直徑管道運輸與安裝工程的施工積累了經驗，提供了參考。同時，作為一種對環境適應性非常強的設備，液壓臺車不僅可以用于水利水電建設工程中壓力鋼管的安裝與運輸，還可以通過適當改造，在多種管道安裝領域擁有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]N-J水電工程監理工程師.N-J水電工程穿河段壓力鋼管技術規范，2013.

[2]廖湘輝，三峽大學機械與動力學院教授.液壓臺車設計方案說明，2014.

[3]N-J水電工程監理工程師.N-J水電工程穿河段壓力鋼管右洞安裝變更方案，2015.

[4]N-J項目部壓力鋼管廠.N-J水電工程穿河段壓力鋼管安裝方案，2015.