液压台车在N—J水电工程穿河段压力钢管运输与安装中的应用

付智慧 陈超

【摘要】随着地下埋藏式大型压力钢管直径越来越大，安装也面临众多技术难题，其中，压力钢管洞内运输安装是首先考虑的问题。在巴基斯坦N-J水电工程穿河段压力钢管的运输与安装过程中，成功地采用了一种压力钢管洞内运输专用液压台车进行施工。该液压台车结构紧凑，占用空间小，且除运输功能外，自身还具备调整功能，大大提高了施工效率，节约了项目成本，可为类似工程提供借鉴。本文对此种设备在压力钢管洞内运输与安装中的应用进行了探讨。

【关键词】液压台车；N-J水电工程；压力钢管；运输；安装

巴基斯坦尼鲁姆—杰鲁姆（Neelum-Jhelum）水电工程（简称“N-J水电工程”）为长隧洞引水式水电站。该水电站在尼鲁姆河上建立拦水坝和取水口，经过轴线长达28. 6 km 的引水隧洞将河水引入地下电站厂房，利用其间河水的天然落差发电，尾水经尾水洞汇入杰鲁姆河。该工程的引水隧洞为单双洞混合式，共设置 5 条施工支洞。其中部分双洞采用TBM掘进，掘进长度为2×11. 5 km；另有部分双洞，即穿河段，采用压力钢管衬砌，衬砌长度为2×732m（左、右洞各732 m）。衬砌用的压力钢管单节长度为 12 m，规格为6660×30 mm（外径×壁厚，不含加劲环），单节总重量达73 t ，共122节。

1、压力钢管洞内运输与安装方案的研究

压力钢管洞内运输常用的方法是采用平板拖车拖运，但此种拖运方式需要较大的空间，因此隧洞前期開挖量较大，工程成本较高；此外平板拖车自身不具备调整功能，压力钢管运输至搭接位置后需要门塔机或缆机配合调整才能完成搭接，不仅增加了工程成本，而且操作复杂。

另外，不同于普通衬砌用的钢模台车，此项目所需压力钢管运输设备要求能频繁运行。针对N-J水电工程穿河段压力钢管安装项目实际情况，我公司委托三峡大学机械与动力学院廖湘辉教授设计、并依托公司内部生产能力制造了一种压力钢管洞内运输专用液压台车。此设备不仅能负责压力钢管由卸车部位运输到安装部位的运输行走工作，同时还可完成钢管在安装过程中上下左右前后六个调整动作。

2、液压台车的结构组成、工作原理及动作流程

2.1 主要结构

本液压台车主要由行走支撑系统、顶升支撑系统、液压系统、联系结构等四大部分组成。其中行走支撑系统包括支撑结构、动力机构、辅助支撑（从动轮等）；顶升支撑系统包括顶升支撑轴瓦、顶升支撑垫片；液压系统包括钢管转动油缸、双级顶升油缸、液压马达、液压泵站、液压管路等；联系结构包括驱动联系梁、纵向联系梁和纵向伸缩梁等。

2.2 工作原理

运输、调整、顶升系统的行走通过设置在轨道上的四组由液压马达驱动的行走轮来完成。行走液压马达设置了制动回路以及平衡调速回路，保证钢管运输过程中的平稳运行。行走液压马达还设置了角度位移传感器以检测马达的运行状态，可以在钢管安装时对钢管的前后距离进行微调。

在安装时调整钢管上下和左右的距离是通过台车上的顶升油缸来完成的。顶升油缸的升降可以调整钢管的上下距离，轨道两侧的两组油缸的形成差可以调整钢管中心线的左右偏移。顶升油缸还设置了行程位置检测传感器，方便调整时的精确控制。

台车的液压控制系统设置在小车上，随着小车移动。考虑到设备运行距离较远，若采用电机驱动需要铺设较长的缆线，故其动力部分是通过柴油机驱动液压泵的方式为液压系统提供压力油。液压系统的控制阀组分别设置了带电磁阀控制的自动控制阀组和带多路换向控制阀操作的手动控制回路，两套回路可以相互切换，互为备用。

液压系统中的液压绞车及行走液压马达均设置了碟簧复位的液压刹车以及液压控制的平衡阀锁定回路，两种装置形成双保险，保证绞车和行走液压马达的制动。液压系统中还设置了各级压力的安全保护溢流阀，可在绞车卡死、行走液压马达过载、油缸工作压力过大等不正常工况下有效保护系统。

2.3 动作流程

液压台车的动作流程如下：100吨液压平板车运输压力钢管到卸车位→卸车门架起吊系统连接→压力钢管提升→100吨液压平板车离开→液压台车到钢管下就位→压力钢管下降→液压台车承载压力钢管→运输到安装部位→压力钢管调整→液压台车回位→下一个工作过程。

2.4液压台车运输、调整具体步骤

⑴台车就位：将台车沿轨道开到压力钢管下方，前后移动液压台车使钢管台车顶升油缸与钢管托架停在钢管重心对称位置上。

⑵台车承载钢管：下降卸车门架液压卷扬机，将压力钢管放置在液压台车上，解除压力钢管起吊绳索。

⑶压力钢管运输：压力钢管放置完成后，启动台车驱动系统，将压力钢管运输到压力钢管安装部位。

⑷压力钢管调整：根据对液压台车控制台的具体操作，实现四个顶升油缸整体升降和单个顶升油缸的独立升降。通过顶升油缸动作的组合完成钢管上下左右四个方位对接的精细调整。压力钢管的前后调整由驱动系统的动作来完成。

⑸台车回位：压力钢管调整完成，并进行压力钢管加固后，顶升油缸收回到下限，钢管托架与钢管分离，且低于压力钢管的加劲环，这样液压台车即可从压力钢管下方沿轨道回到卸车位，为下一个工作循环做准备。

3、施工情况简介

N-J水电工程采用压力钢管衬砌的穿河段隧洞分为左右两洞。其中，左洞地质状况较好，压力钢管安装顺序为从上游至下游顺次安装。右洞由于有28米断层带，是事故多发地段，为缩短廊道支护与混凝土浇筑之间的时间，监理工程师要求调整右洞安装顺序：先安装断层带位置的3节钢衬（第23/24/25节），安装完后立即进行混凝土衬砌，解决安全隐患后，再安装其余钢衬。

考虑到先安装断层带钢衬后将形成三个作业面，且断层带位置钢衬将影响焊接烟雾和液压台车上柴油机烟雾的及时排除，在这种情况下，为加快施工进度，并改善施工环境，同时也鉴于前两台液压台车在施工中极为得力，公司在原柴油机驱动的液压台车的基础上又制造了一台电驱液压台车投入此项目，主要用于右洞上游第1至22节钢衬的运输及调整（在此施工段内，液压台车运行距离较短，仅需200米配套电缆即可）。三台液压台车在在整个施工过程中运行良好，发揮了重要作用，为保证项目施工进度奠定了坚实的基础。

结语：

综上所述，这种集运输与调整功能于一体的液压台车，在巴基斯坦N-J水电工程穿河段压力钢管运输与安装中的应用取得了成功，为后期类似的大直径管道运输与安装工程的施工积累了经验，提供了参考。同时，作为一种对环境适应性非常强的设备，液压台车不仅可以用于水利水电建设工程中压力钢管的安装与运输，还可以通过适当改造，在多种管道安装领域拥有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]N-J水电工程监理工程师.N-J水电工程穿河段压力钢管技术规范，2013.

[2]廖湘辉，三峡大学机械与动力学院教授.液压台车设计方案说明，2014.

[3]N-J水电工程监理工程师.N-J水电工程穿河段压力钢管右洞安装变更方案，2015.

[4]N-J项目部压力钢管厂.N-J水电工程穿河段压力钢管安装方案，2015.