工作井內滑移平臺的設計制造與施工技術研究

陳耀峰

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

針對崇明天然氣隧道A線長距離運輸的要求，隧道內最多需要3組以上的電機車編組運輸管片、同步注漿漿液、進排泥漿管等材料。為了加快管片等材料的吊運，井內需要滿足至少一整列物料電機車的編組，同時還需要滿足一列空物料的電機車編組駛入要求。長距離地鐵盾構通常采用在隧道內靠近工作井口處安置道岔[1]，本工程工作井尺寸不適用此方案。對于小直徑盾構長距離運輸，為了放置長編組車輛，采用加大始發井或者增加后導洞的方案[2]，費用高、不經濟。同時小斷面長距離盾構施工為了提高運輸效率，采用運輸2環管片和材料的方案[3]，進一步加長了整個車輛編組的長度。本文介紹了通過滑移平臺裝置，在平臺上方并列多組軌道，實現井內電機車組重新編組，滿足運輸、吊運互不干涉和高速施工的要求。

1 場地尺寸及水平運輸方案

1.1 工作井尺寸

天然氣小盾構長興島始發井尺寸為17.4 m×10.4 m，其平面如圖1所示。

圖1 長興島始發井平面

盾構管片內徑3 400 mm，管片下部滿鋪高500 mm的鋼筋混凝土預制件。洞門位置的預制件上鋪設1組隧道內的電機車軌道，工作井內的電機車均通過此軌道駛入隧道內。預制件上表面距離工作井底板1 707 mm，立面如圖2所示。

圖2 長興島始發井立面

由于電機車需要平穩地駛入隧道內部，因此滑移平臺的上界面需要和預制件的上表面齊平。滑移平臺裝置包括其基礎的高度限制為1 707 mm。平面位置的尺寸限制為17.4 m×10.4 m，同時由于地下連續墻和內襯墻施工的誤差，還需要考慮一定的安全間隙。

1.2 水平運輸

為保證施工工效，水平運輸采用1輛18 t電機牽引，一次性運輸2環管片、2環同步漿液、2環預制件的編組方式。隧道管片采用6分塊錯縫拼裝，管片寬度1 350 mm。車輛的尺寸如表1所示。

表1 車輛尺寸

受限于盾構機臺車的高度，每輛平板管片車上方僅能堆疊3塊管片，即2環管片共需要4輛平板管片車；每輛預制件車可一次性運輸2塊預制件；漿車容積為4 m3，滿足掘進2環的注漿量要求。因此，一列電機車編組需要1輛電機車、5輛平板車和1輛漿車。通過表1可知，整列編組的長度遠超工作井的長度。

2 滑移平臺功能設計

2.1 滑移平臺車輛的數量和編組

為能在車輛駛入時充分利用搭接的流程吊裝物料，平臺上方車輛需滿足2環管片的物料需求，即需安放1輛電機車、1輛漿車和5輛平板車。同時平臺又需要有足夠的空間安放駛出隧道的空平板車，即需5輛空平板車的停放空間。因此設計滑移平臺采用3列軌道并排的方式，如圖3所示。

圖3 滑移平臺上方車輛編組

采用3列編組形式，分別為：①電機車＋漿車；②4輛管片車＋1輛預制件車（滿車）；③4輛管片車＋1輛預制件車（空車）。車輛編組最長為16 110 mm，小于工作井的凈長度，滿足安裝空間要求。采用上述編組可在空物料的車輛駛入滑移平臺后，通過滑移平臺裝置，使得裝滿物料的車輛能立即駛入隧道，之后行車能同步吊裝空車的物料。在水平運輸的過程中，實現高效的施工流程管理。

2.2 水平滑移功能

由于隧道斷面小，隧道口僅鋪設了1組軌道，要實現上述滿車和空車在井內的調度，在滑移平臺的設計上可采用左右滑移的機構。通過平臺移動，使平臺上方的軌道對齊隧道內的軌道，車輛根據運行流程依次駛入或駛出隧道。

滑移平臺安裝在井底，滑移平臺的上界面高度需要和預制件的上表面齊平。平臺下界面高度根據設備機械結構所需的尺寸設計，但需要考慮平臺底部基礎的安裝要求。

滑移平臺上共安置3列電機車編組，沿盾構推進方向設置，平臺上右側、中間為4輛管片車＋1輛預制件車；左側為電機車＋漿車。管片吊裝時需要人員在車輛兩側操作，因此車輛單側預留至少600 mm的操作空間。最終滑移平臺上的空間布置如圖4、圖5所示，從左到右依次為：689 mm的操作空間（左側設有欄桿）、1 100 mm的電機車、300 mm的安全間隙、1 350 mm的管片車、600 mm的操作空間、1 350 mm的管片車、1 176 mm的操作空間（右側設有欄桿），則滑移平臺寬度方向總尺寸為6 565 mm。長度方向上與＋1環管片預留間隙300 mm，另一側與內襯墻間隙800 mm，此位置用來安裝行人的安全通道，則滑移平臺總長度方向尺寸為16 098 mm。

圖4 滑移平臺安放車輛編組立面

圖5 滑移平臺安放車輛編組平面

圖4同時也是滑移平臺位于井內最右側的狀態，此時滑移平臺上左側的車輛編組與隧道內的電機車軌道對齊，滑移平臺距離右側井內壁安全間隙為150 mm。當滑移平臺往左平移1 525 mm后，中間列的車輛編組即可與隧道內的電機車軌道對齊。繼續往左平移1 950 mm后，最右側的車輛編組即可與隧道內的電機車軌道對齊，此時滑移平臺距離左側井內壁安全間隙為150 mm，如圖6、圖7所示。

圖6 滑移平臺往左平移1 525 mm到位示意

圖7 滑移平臺繼續往左平移1 950 mm到位示意

3 滑移平臺設備設計

3.1 設計原則

滑移平臺設計時主要考慮3個方面：先是設備的安全性，工人操作時需要簡化操作，杜絕由于誤操作等原因造成的安全事故；其次是設備的高精度，平臺上往復運動頻繁，平臺上的軌道每次滑移后均需嚴格對準隧道內的軌道，防止因誤差而導致車輛脫軌；最后是高效施工，提高水平運輸施工的效率。主要的重、難點和設計要求如下：

1）人員操作安全：限制滑移平臺速度過快，平移速度設為8 m/min。

2）平臺和洞門隧道對接精度：防止脫軌，滑移平臺精度要求±5 mm。

3）滑移平臺結構上需要有防止渣泥污染傳動結構的設計，并且需要考慮結構設備的可更換性。

4）平臺安全性：機械、電機限位須安裝合理、可靠。5）平臺需要組合安裝，便于運輸。

3.2 設計載荷

設計時考慮最不利工況，即滑移平臺上方的2列平板車均滿載，電機車編組質量如表2所示。

表2 車輛質量

3.3 平臺結構

滑移平臺的設計參數如表3所示。

表3 滑移平臺的設計參數

3.3.1 機械部分

滑移平臺裝置本體包括底座和上部的滑動平臺，底座安裝固定在工作井中，滑動平臺安裝在底座上。滑動平臺上表面設置有3組電機車軌道，電機車軌道的間距根據要求設置，如圖8所示。

圖8 滑移平臺裝置示意

底座主要由6根鋼軌組成，其中外側和中間共4根鋼軌為普通鋼軌，僅具有承載功能，每根鋼軌上對應滑動平臺下方的2個行走輪。余下的2根鋼軌作為導向軌，每根鋼軌上對應滑動平臺下方的2個導向車輪，導向輪組通過1對導向輪夾緊導向軌限制平臺的竄動，保證運行平穩，同時這2根鋼軌采用數控機加工控制直線度，可大幅提高運行精度。底座還包括2組齒條安裝架，分別安裝在上述導向軌的內側，如圖9、圖10所示。

圖9 導向輪示意

圖10 齒條安裝架示意

整個平臺的驅動采用齒輪齒條的形式，齒輪齒條結構承載力大、運行平穩、傳動精度高。齒條固定在齒條安裝架上，齒條平行于滑動平臺的滑移方向，齒條長度略大于整個滑動平臺左右平移的總距離。齒輪轉動架安裝在滑動平臺的下側，齒輪轉動架包括驅動電機、減速箱、傳動軸和齒輪。其中驅動電機和減速器位于滑動平臺一側的正中位置，通過固定架子與滑動平臺連接。減速箱采用平行雙輸出軸的型號，減速箱兩側各通過聯軸器連接傳動軸，傳動軸另一端再通過聯軸器連接齒輪，最后齒輪與齒條安裝架上的齒條嚙合。同時齒條安裝方向朝下且與工作井底部留有足夠的距離，防止平臺下方泥漿污染齒輪齒條情況的發生，保證了結構的可靠性，如圖11所示。

圖11 驅動結構示意

滑動平臺采用優質碳素型鋼和結構鋼焊接而成，具有較高的強度、剛度，有利于運輸及加工。平臺分三段螺栓連接固定，走道板固定主體兩側，并且走道板一面有高度1.2 m的護欄，分塊形式如圖12所示。同時為了便于對齒輪轉動架進行維修保養，平臺上方開有若干個檢修孔。

圖12 滑動平臺分塊示意

3.3.2 電氣部分

電機采用變頻控制，配編碼器，保證啟動、停止時平臺運行平穩，平臺運行位置精度高。為了控制滑移平臺的運行精度，采用了旋轉編碼器來控制驅動電機的運行時間，旋轉編碼器型號E6B2-CWZ1X，該編碼器配合齒輪齒條的嚙合精度完全能滿足±5 mm的精度要求。

平臺兩側各配置有2組接近開關以及2個機械限位擋塊，防止意外發生，同時配置了緊急停止、聲光報警等功能，進一步保證施工的安全。

4 滑移平臺運輸流程

根據本文2.1和2.2小節中車輛的編組形式，滿車駛入隧道的流程為：滑移平臺滑移，使得滑移平臺上的中間軌道與隧道洞口處軌道對接；依次首尾連接處于隧道中的牽引電機車和處于正對隧道洞口的②編組車輛；通過牽引電機車把②編組車輛牽引至隧道內，然后斷開牽引電機車和②編組車輛，牽引電機車退回至隧道內的岔道位置；滑移平臺滑移，使得滑移平臺上的左側軌道與隧道洞口處軌道對接；依次首尾連接處于平臺上的①編組車輛和隧道洞口的②編組車輛；滿車車輛編組完成并駛入隧道。通過采用上述技術方案，由滑移平臺承載編組車輛，并依次將車輛供給至隧道洞口處進行編組，極大地方便了工作人員對電機車的編組作業。

空車駛出隧道的流程為：滑移平臺滑移，使得滑移平臺上的左側軌道與隧道洞口處軌道對接；隧道內的空車編組車輛駛入平臺；當空車編組中的①編組車輛（即電機車和漿車）到達平臺后，斷開漿車和后續管片車的連接；滑移平臺滑移，使得滑移平臺上的右側軌道與隧道洞口處軌道對接，同時隧道內的牽引電機車與隧道內的③編組車輛連接；通過牽引電機車把③編組車輛牽引至平臺上；斷開牽引電機車和③編組車輛，牽引電機車退回至隧道內的岔道位置；采用行車吊運管片等物料至空車上。通過采用上述技術方案，當空車駛入滑移平臺上后，可以馬上吊運管片等物料至空車上，極大地加快了對電機車上物料吊運的作業速度。

5 結語

1）通過在平臺上3列編組車輛的水平滑移，實現了滿車物料的輸入以及空車的駛出，解決了整個水平運輸過程中關鍵環節的問題，實現了高效施工。

2）通過機械上高精度的齒輪齒條傳動結構以及電氣上的高精度控制模式，實現了±5 mm的精度控制，在1年多的實際施工過程中，未出現由于精度誤差導致的電機車出軌等問題。

3）滑移平臺機構簡單，具有較強的維護性能和可靠性。同時通過多個機械結構、電氣限位等裝置確保了平臺操作的安全性。

[1] 李劍彤,梁真,管天有.土壓平衡式盾構長距離運輸施工技術[J].建筑,2010(18):82-83.

[2] 劉開揚,許劍波,彭文韜,等.深埋小直徑盾構物料長距離運輸技術[J].建筑施工,2020,42(5):793-795.

[3] 劉昆,張平,姜濤.小斷面長距離盾構施工的洞內運輸[J].隧道建設,2009,29(增刊1):43-45.