大直徑盾構管片卸載器的研究與應用

徐陽

摘要：本文以佛莞城際隧道工程為研究背景，研發了一種應用在大直徑盾構上液壓驅動的管片卸載器，介紹了管片卸載器的結構和工作原理，對其進行了受力分析。研究結果表明本文設計的管片卸載器加快了管片卸載速度，提高了盾構施工法整體施工效率。

關鍵詞：大直徑盾構;管片卸載器

Research and application ofSegment unloader on the largediameter shield

Xu Yang

China Railway Construction Heavy Industry Co.Ltd.HunanChangsha410100

Abstract：In this paper，based on the fozhouDongguan intercity tunnel project as the research background，a piece of pipe unloader driven by hydraulic pressure on largediameter shield is developed.The structure and working principle of the piece of pipe unloader are introduced and its stress analysis is carried out.The results show that the unloader designed in this paper speeds up the unloading speed and improves the overall construction efficiency of shield tunneling method.

Key words：Largediameter shield;Segment unloader

1 緒論

隨著中國經濟的蓬勃發展，國家基礎交通建設的不斷深入，城市地鐵、公路隧道、跨江跨海隧道成為國家基礎建設的重中之重。目前全國大都市、長江沿岸、黃河沿岸都將修建隧道作為主要的交通通道。盾構法施工是隧道施工的重要方法之一，目前已經被廣泛應用于地鐵、過江隧道等重大的隧道施工中，而且大直徑長距離隧道工程越來越多。[1]本文以佛莞城際隧道工程為研究背景，設計研發了一種管片卸載器，加快了管片卸載速度，提高了盾構施工法整體施工效率。

2 工程概況

隧道開挖直徑8850m，最大埋深65m，平面最小曲線半徑：1400m，最大線路坡度35‰。周邊環境：隧道多穿越山地、荒地、村莊自留用地，村莊自留用地多經過人工改造，現部分地段已開始開發建設，隧道沿線經過道路地段地下管線復雜、密集。

3 管片卸載器總體設計

3.1 工作原理

根據8.8m盾構施工管片的運輸流程，設計了基于液壓驅動的管片卸載器。

管片卸載器的工作流程：（1）管片運輸車將管片運輸到管片卸載器處。（2）管片卸載器的提升機構將管片起吊到指定高度后管片運輸車駛出。（3）管片卸載器的提升機構下降到一定高度，然后管片吊機依次將管片轉運。（圖1）。

3.2 結構組成

兩個管片卸載器相互對稱安裝到拖車上，組成一個整體后工作。每個卸載器主要由外機架、提升油缸、提升機構、導向輪組等組成（圖2）。

管片卸載器通過高強度螺栓整體栓接在1號和2號拖車橫梁上。

3.3 主要技術參數

每兩個管片卸載器組成一組，每臺盾構共三組。

每組管片卸載器的主要技術參數為：

額定起重量22噸;

液壓系統額定工作壓力25MPa;

最大提升高度700mm;

平均提升速度3.8m/min;

三組可卸載一環（7塊）管片。

3.4 液壓、電氣控制系統

管片卸載吊機的液壓系統主要由同步馬達、平衡閥、調速閥、溢流閥、單向閥等液壓元件組成，系統液壓動力由液壓泵站提供。卸載器通過操作箱上的控制按鈕進行操作，按下啟動按鈕后管片卸載器開始工作，待接近開關檢測到提升機構達到指定位置后自動停止動作。每組管片卸載器獨立工作。

4 關鍵結構件強度校核

管片卸載器屬于起重機械部件，主要按照起重機械相關的設計規范[2]進行設計選型和強度校核。

所選鋼板與矩形方管材料均為Q235B，三維建模完成后，利用有限元軟件進行了強度校核。計算工況：與管片相接觸部位兩端均加載荷，大小為1.5倍額定載荷。

根據卸載器的實際受力情況和安裝方式，螺栓與盾構拖車固定的接觸面采用固定約束，整體采用四面體實體單元劃分網格。計算結果如圖3所示。

從計算結果看，管片卸載器的導向輪銷軸與提升機構接觸部位受力受大。最大von Mises應力達到183Mpa，但是對于卸載器的大部分區域，應力基本在120Mpa以下，均小于鋼材的屈服應力235Mpa。

5 結語

本文所述的基于液壓驅動管片卸載器，整機結構簡單，使用可靠，滿足了大直徑盾構施工的工程需要。本文所述管片卸載器應用在開挖直徑8.8m盾構，同時亦可將該管片卸載器相關技術應用到直徑12m、15m等更大直徑盾構上，將明顯提高大直徑盾構的施工效率。

參考文獻：

[1]陳志勇，晏勝榮.淺談大直徑盾構管片生產工藝質量控制[J].現代隧道技術，2009.46（增刊1）：242247.

[2]王夢恕.臺灣海峽海底鐵路隧道建設方案[J].隧道建設，2008，28（5）：517626.

[3]張質文，虞和謙，王金諾，等.起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1998.