地铁车站水下开挖移动平台行走系统设计与应用

冯屾++勾常春

摘 要：水下开挖作业平台在基坑冠梁上需要通过行走系统实现沿基坑纵向移动，液压式滑靴和轮式移动方式是常用两种方式，针对北京地铁永定门外站水下开挖平台的特殊性，综合考虑移动速度、同步性控制、承重能力以及安全性等内容，设计出十分合理的液压式滑靴行走方式，通过现场应用试验得到验证，本文通过移动方式选择以及实用性设计重点讲述水下开挖移动平台行走系统的具体情况，为类似工程提供参考。

关键词：行走系统；液压式滑靴；设计；应用

0 引言

针对北京地铁永定门外站采用水下开挖方式，需要研发一种能够在基坑冠梁上需要通过行走系统实现沿基坑纵向移动的新型行走系统，既能承受来自作业平台238吨的重量和瞬时冲击力，又能抵抗水下开挖过程中的扭力保证平台稳定，此外，行走系统的同步性控制、持续性作业能力也十分关键。本文通过行走系统的方式研究以及现场实际试验，验证其合理性，为今后类似工程提供参考。

1 工程概况

1.1 平台概况

水下开挖平台上部结构采用“贝雷梁+钢架+桥面系”组合形式构成，平台自重150t，主要作业工况为旋挖钻取土作业、小挖机装土、渣土车运输、重力抓斗取土以及射流反循环作业等内容，最大承重约80t，最大抵抗扭矩220kN·m，由于平台设计整体性极强，竖向力和横向扭力均传递到滑靴系统。

1.2 行走概况

平台主要在基坑东西两侧顶冠梁上部行走，冠梁1.6米宽、1.2米高，与围护结构地下连续墙锚固在一起，为了保证平台行走，在施工冠梁时在冠梁上预埋1cm厚、30cm宽钢板，沿冠梁中心布置，在钢板上铺设P43钢轨，钢轨下间隔1米垫钢板找平，后期平台行走系统沿轨道纵向移动，移动速度不宜过快，控制在20cm/min，并保证两侧同步，防止平台严重扭转而失稳。

2 行走系统设计与制作

2.1 行走系统方式选

通过多方调研，针对轮式移动系统和液压式滑靴进行充分对比，轮式移动系统移动速度快、操作简便，对轨道的要求高、经济性差而且加工周期长，而液压式滑靴移动速度能满足施工要求，满足的2.0安全系数。

2.1行走系统结构组成

由于本工程的特殊性，行走系统与常规桥梁方式不尽相同，进行了针对性的设计和改造。主要结构由行走轨道、支座、上爬头、下爬头、连接杆、前桁架滑动座、后桁架滑动座、滑动座连接销轴、（支座）锚固螺栓、（贝雷桁架栈桥与滑动支座之间）连接件、液压控制站及油路和液压千斤顶等组成。

2.2 行走系统原理

前桁架滑动座通过连接杆与液压千斤顶销接，利用液压千斤顶的顶或拉，带动前、后桁架滑动座连同贝雷桁架栈桥及贝雷桁架栈桥上的旋挖机、装载机沿P43钢轨表面滑行，前、后桁架滑动座与P43钢轨接触面镶嵌有20mm厚、150mm宽的聚四氟乙烯板。

行走轨道与前、后桁架滑动座连同贝雷桁架栈桥及贝雷桁架上的旋挖机、装载机一块循环交替互爬。

2.3 行走系统受力分析及验算

水下开挖平台行走系统设计计算的主要内容：通过对水下开挖平台行走系统的结构和受力进行分析可知，水下开挖平台行走系统设计计算的主要内容有桁架滑动座的抗压稳定性、连接销轴的抗剪强度、连接螺栓抗拉强度等内容。

（1）施工荷载计算

贝雷桁架组栈桥自身的重量为150t、旋挖钻机自身的重量为71t、装载机的重量为17t，全部荷载。

贝雷桁架组栈桥由20榀贝雷桁架组组成，前、后桁架滑动座上各10组贝雷桁架，前、后桁架滑动座上的荷载分别为，由于贝雷桁架组左右端点分别搭在前、后桁架滑动座上，所以每个滑动座承受的荷载为。

（2）桁架滑动座的抗压稳定性计算根据静力平衡：

聚四氟乙烯与鋼轨间静摩擦系数 将代入式①、②、③和④，得：。

滑动座是一种箱形结构，用10mm厚钢板焊接而成，竖向箱形截面轮廓尺寸为450×490mm，横向箱形截面轮廓尺寸为210×2250mm，中间有9道10mm厚钢筋板，横向截面惯性矩为：

Q235钢材的弹性模量，滑动座支撑高度，在外荷载作用于滑动座相当于一端固定一端自由的压杆，欧拉公式的压杆长度系数取。临界压力根据欧拉公式（注：参考刘鸿文主编《材料力学》第2版下册，高等教育出版社，第171页），将各参数代入，得临界压力

远大于每个滑动座承受的荷载为。故：滑动座安全稳定。从以上的计算可知，水下开挖平台行走系统各关键部件的设计可行，使用安全可靠。

3 行走系统试验及结果分析

2016年9月23日在施工现场进行实际工况行走系统试验，水下开挖平台在顶冠梁上沿基坑纵向方向移动0.5m，期间进行了行走前的检查工作、行走中的轨道系统观测、行走同步性数据观测以及连接螺栓有无松动等情况，均能满足施工要求。

4 结论

通过系统性的设计与研究行走系统各项指标满足现场施工需求，并通过现场实际工况试验模拟平台行走各种情况的作业，均符合要求。

5 结束语

实践证明，液压式滑靴行走系统能够满足水下开挖移动平台作业的各项指标要求，特别是承重和抗扭方面具有明显优势，在后续先施工过程中，要加强行走系统各方面的检查和维保工作，确保各部件处理良好的工作状态，此外根据实际作业情况制定专项操作规程，保证系统的同步性和安全性。