盾构机电缆自动延伸系统及结构设计

王远志++袁文征

【摘 要】盾构机配置了较多的电气设备，在其掘进过程中，需从隧道外引入多根电缆，电缆需要在拖车后面临时存放，以满足盾构掘进需要，针对目前电缆存储混乱、规划不合理现象，本文提出一种由支撑架、电缆转盘和进线机构等组成的电缆自动延伸系统，系统固定在盾构机最后一节拖车吊装过渡平台顶部，随盾构机行进。支撑架与拖车通过螺栓连接，在其上方设有若干电缆转盘，并设有固定进线机构，与电缆转盘一一对应，在转轴的周向设置三個沿径向可以调节的螺杆，来保证电缆的张紧。随盾构掘进，转盘能够自动释放存储的电缆，实现了电缆的不断延伸，同时使电缆合理有序摆放，该系统结构简单，经济实用。

【关键词】电缆转盘；盾构机；结构设计；自动延伸

【Abstract】 It is necessary to induct many electric power cables from outside the tunnel for electrical equipments on the shield machine，and which needs temporary storage in the rear of the shield machine trailer to suit the shield mechanical driving. It is currently in a state of confusion and unreasonable planning of the cable， in light of this situation， this paper presents an automatic cable extension system which is composed of a support frame， a cable rotary table and a wire feeding mechanism. The system move forward with the trailer， which is installed at the top of the hoisting transition platform on the last trailer. The support frame is connected with the trailer through bolts， the upper part of which is provided with a plurality of cable rotary table. Meanwhile， there are many confirmed wire feeding mechanisms on the table，and two of them are in one-to-one correspondence. The radial direction of the rotating shaft is provided with three screw rods which can be adjusted along the radial direction so as to ensure the tension of cable. With the shield tunneling， the cable rotary table achieve the continuous extension of cable by automatically releasing the stored cable， besides， can be reasonable and orderly arrangement the cable. Thus，the system is simple， economical and practical.

【Key words】 Cable rotary table； shield machine； structural design； automatic extension

引言

随着经济发展，城市化进程的加快，城市地铁、水利水电、公路、铁路等隧道都需要盾构来进行开挖，盾构以其安全快速等诸多优势而逐渐普及。盾构机配置了较多的电气设备，部分电气设备需要从隧道外供电，这就需要将电缆从隧道外引入，随着盾构机掘进，引入电缆需要不断延伸，隧道施工项目一般需要从隧道外引入5根电缆[1]。

目前施工时的做法是，通过人力将电缆引入隧道内，并在盾构机最后一节拖车尾部存放一定长度，存放的方式一般分为两种：一种是在拖车后部管片底部随意将电缆盘绕存放，另一种是在隧道侧面管片螺栓孔位置挂放[2-4]。如图1所示，目前在电缆缠绕、悬挂、存放等方面，没有一个合理的规划设计，比较杂乱，在盾构掘进时需要专人对电缆进行梳理，费时费力。并且由于电缆的随意摆放，会造成电缆的磨损，存在较大的安全隐患，降低了电缆使用寿命，提高了施工成本，影响工程施工进度，尤其是在当下对进度和成本要求十分严格的情况下，这个问题已经发展成为一个重要的制约因素，亟待解决[5]。

因此，为提高掘进效率，减少电缆破损的风险，使电缆合理有序摆放，降低人工劳动强度，设计一种自动放电缆系统很有必要。

本文以6米级土压平衡盾构为例，在拖车尾部固定回转机构，将需要延伸的电缆由隧道外引入，通过出线装置缠绕在旋转架上面，并随拖车行进，实现了电缆的自动延伸，使其合理、有序。

1.系统设计

1.1 系统位置布置

盾构掘进时，电缆延伸均发生在在后配套系统后部，电缆需要在最后一节拖车尾部储存，对于6米级土压平衡盾构，后配套一般包括6节拖车，所以将电缆自动存放系统布置在第6节拖车尾部[6-7]。

根据土压平衡盾构设备常规布局，最后一节拖车一般布置为储风筒[8-10]，在拖车后部一般设置有轨道吊装过渡平台，将电缆自动存放系统通过支撑架与拖车，安装在#6拖车顶部平台上，跟随拖车行走，实现电缆的自动延伸，如图2、图3所示。

1.2 系统组成

如图4、图5、图6所示，电缆自动存放系统主要由件1电缆转盘、件2进线机构、件3支撑架等组成。电缆转盘设置为倾斜85°角，这样能够形成一个自然斜角，与电缆出线方向一致，使电缆收放更为顺畅，同时也能减少电缆的磨损。

根据6米级土压平衡盾构施工经验，一般需要同时延伸5跟电缆，所以本文共设置5个卷盘，同时对应5个出线口。

1.3 系统工作原理

电缆自动存放系统结构方面主要包括支撑架、电缆转盘和进线机构，支撑架与盾构机最后一节拖车后部立柱固定连接，随拖车行走，支撑架的上方设有若干电缆转盘，在最后一节拖车尾部，轨道吊装平台下部固定连接出线装置，并设有若干与电缆转盘一一对应的出线口。

隧道内电缆通过进线机构，穿入转盘，缠绕储存，再由转盘穿出，与盾构机电气设备相连，当盾构机行走时，转盘随之旋转，将电缆释放，形成电缆自动延伸。

电缆转盘装置是一套回转机构，转盘为中空结构，并设有旋转轴，转轴的周向固定三个可沿径向方向调节的螺杆，其上设置有两个螺母，可以用来调整电缆的张紧，避免电缆缠绕过程发生跳线现象。

2.结构设计

2.1 转盘结构设计

如图7所示，电缆自动存放系统转盘结构主要由件4支撑杆、件5限位盘、件6调节螺杆、件7调节螺母和件8回转轴组成。

电缆通过缠绕的方式储存在支撑杆上面，并由限位盘卡紧，支撑杆的长度即为电缆存储空间。通过调节螺母，支撑杆可在螺杆上面沿径向移动，实现电缆的张紧，方便可靠。

整个转盘系统通过回转轴与支撑架相连，并设置有卡板限位，放置转盘在支撑架上面滑动。

2.2进线机构设计

如图8所示，进线机构由件9螺栓杆、件10侧挡板、件11压线轮和件12铜套组成，整体通过螺栓与拖车固定。

压线轮共设置前后两排，前后两排压线轮形成了一个进线口，本文是以5根电缆为例进行的设计，共设置5个进线口，可同时满足5跟电缆的延伸。

两排压线轮上下交错排列，形成S形通道，电缆从前至后依次穿过压线轮，缠绕在转盘上面。此种穿绕方式保证了电缆具有一定的张紧力，处于张紧状态更有利于保证电缆的出线姿态，避免不同电缆相互缠绕。

2.3支撑架结构设计

支撑架是电缆自动存放系统转盘的框架稳定结构，是其支撑体。如图9所示，支撑架主要由件13下支撑板、件14限位板和件15上支撑板组成。上、下支撑板通过螺栓连接，松开连接螺栓，便可以将上支撑板移开，取出转盘回转轴，实现回转轴的可拆卸。

3.结论

与现有技术相比，本文描述的盾构机后配套电缆自动延伸装置具有以下优点：

1.盾构机掘进时，将需要延伸的电缆由隧道外引入，通过出线装置后缠绕在旋转杆上面，并随拖车行进，实现了电缆的自动延伸，减少了电缆的破损，延长了电缆使用寿命，机械缠绕的方式有利于降低人工劳动强度，从而降低人工成本。

2.电缆线盘套在旋转杆外面，通过调节螺杆上的螺母，可以调整旋转杆的回转半径，实现电缆线盘的张紧。

3.两排进线口压线轮上下交错排列，电缆成S型在线轮间穿绕，此种穿绕方式保证了电缆具有一定的张紧力，有利于保证电缆的出线姿态，避免不同电缆相互缠绕。

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