盾构机管片转运形式的分析和对比

徐逸　达桑诗程　吕贺峰

摘 要：本文分析了盾构机中管片的几种转运形式，通过比对工作流程和结构特点，对其适用条件进行归纳，为盾构机管片转运设计和选择提供参考。

关键词：盾构；管片转运；吊机

中图分类号：TU94 文献标识码：A

管片转运是盾构施工中的一个重要的环节，由于工作环境恶劣，空间紧张等因素限制，导致管片的几种转运形式都存在各自优点及缺点，针对不同要求的隧道，盾构机的设计须根据其特点选择合适的方案。目前常用的管片转运主要有单套吊机、吊机+喂片机和一次吊机+二次吊机这3种形式。

一、转运形式介绍

（一）单套吊机

如图1所示，吊机采用单轨中置方式，即俯视角度看沿着隧道轴线方向布置于设备中间，分为几段通过铰接连接。其转运流程为：管片通过服务列车从隧道外运送至吊机下，再由吊机起吊转运，直接送至拼装机可抓取的范围内。

（二）吊机+喂片机

如图2所示，吊机同样采用单轨中置，与单套吊机相比行程较短；喂片机通过举升油缸与平移油缸相互配合以步进形式输送管片。此形式的工作流程为：服务列车将管片从隧道外运送至吊机下，通过吊机和喂片机，逐步将管片向前送至拼装机可抓取的范围内。

（三）一次吊机+二次吊机

如图3所示，一次吊机为单轨中置，二次吊机为双轨，分别放置于连接桥左右两个主梁下方。其工作流程为服务列车将管片从隧道外运送至一次吊机下，一次吊机将其起吊转运至连接桥尾部二次吊机下方，然后通过二次吊机再送至拼装机可抓取的范围内。

二、几种转运形式特点

（一）单套吊机转运形式特点

优点：

1.成本低。相比于其他两种转运方式，仅需要一套吊机就能完成整个转运工作，省去了喂片机或第二套吊机，成本低于另外两种方式一半以上。

2.结构简单，维护方便。就吊机而言，如果没有质量问题，则在隧道施工中损坏的概率很低，而吊机梁仅是型钢焊接而成的结构件，故基本不需特殊维护。

3.满足小（水平）转弯半径隧道施工要求。仅有一根吊机梁，分为几段并各自悬挂在管片桥、连接桥和拖车上，每段梁相对于悬挂点基本是静止状态，在转弯动作中不会产生较大的相对运动，避免了机械干涉，最小可满足180m转弯半径要求。

缺点：

1.在土压盾构上工作效率较低。通常的土压盾构中采用服务列车运载排土，正常情况下服务车收集渣土工作与从服务车上卸载管片的工作是同时进行的，但单套吊机的斜梁长度较大，而且斜梁段又不适合装载或卸载动作，导致连接桥下基本没有空间放置管片（对比图1与图3），卸载工作只能与拼装管片的环节同时进行，而这样的工作形式又将占用服务车向隧道外运送渣土的时间，从而降低施工速度，影响工作效率。

2.占用连接桥空间较大。斜梁及吊机运行轨迹占用了连接桥内部大量空间，给管路铺设造成一定困难；土压盾构上，吊机梁从带式输送机下方通过，影响带式输送机布置位置。

（二）吊机+喂片机转运形式特点

优点：

1.可以用于小（水平）转弯半径的隧道。因为喂片机位于连接桥下方且空间充足，所以转弯时不会与其他部分发生机械干涉。

2.为连接桥内部节省足够空间。不同于单套吊机形式，仅占用连接桥尾部空间，可以忽略对管路及皮带机布置的影响。

3.施工效率高。

4.安全性相对较高。与其他两种形式相比，连接桥下方的管片转运采用托盘方式而不是悬挂方式，人员通过时安全性较高。

缺点：

1.成本高。喂片机上装有多个液压油缸同时还要有相应的液压系统，加上其制造公差要求较高的结构件，总体成本要比其他两种转运形式高出不少。

2.施工环境要求高。如图2所示，喂片机处于隧道下部，如果施工隧道水量较大或排水不及时，喂片机就会浸没水中，水中掺有砂石浆液，油缸在其中长时间工作会导致密封失效，从而损坏油缸，使喂片机陷入瘫痪，影响整机工作。

一次吊机+二次吊机转运形式特点：

优点：

1.成本相对低。制造成本低于吊机+喂片机形式。

2.施工效率高。

3.结构相对简单。仅为两套吊机及型钢制成的吊机梁，可靠性好，维护简单。

4.占用空间较少。一次吊机仅占用连接桥尾部空间，二次吊机为双轨道占用连接桥下部空间，对于连接桥的设备、管路布置基本不产生影响。

缺点：

1.不适合小（水平）转弯半径的隧道。参看图3与图4（二次吊机与拼装机的简易俯视图），图中拼装机与二次吊机梁形成角度B来模拟盾构机转弯情形，图中可见，为保证一次吊机向二次吊机交接管片时不产生机械干涉，二次吊机梁尾部分开宽度必须大于一定数值，而在拼装机一端，为保证吊机梁能够穿过拼装机内环且不产生干涉，则必须保证吊机梁前段分开宽度小于一定数值，所以二次吊机梁的布置形成了“八”字形，从而产生夹角A，再看图5（为图4中D-D剖视的简易视图，为了更直观，隐藏掉许多不必要的部件），管片吊取梁的长度在设计时根据吊机梁分开宽度而确定，吊机处在E点和F点时吊机梁与吊机的夹角都为G（左右对称），G随着角度A变化，A随着角度B变化；当转弯半径缩小时，角度B增大，角度G随之增大，其结果是加速链条磨损，缩短吊机使用寿命。通常我们允许角度G在8度以内，然而当隧道转弯半径小于350m时，G角度将会大于10度以上，考虑到吊机为重载且频繁使用的重要部件，一旦损坏将会严重影响施工效率甚至生产安全，所以在小转弯半径隧道中通常不推荐使用二次吊机形式。

结论

对比来看，一次吊机+二次吊机的形式在国内的实际工程运用较多，但其应对转弯半径较小的隧道仍显不足；喂片机+吊机的形式在国外较为常用，因为国外施工要求高，隧道排水较好，喂片机的寿命有保证，同时工作效率高，又能满足小转弯半径的要求，只是成本增加较多；单套吊机形式缺点是在采用服务车排土的土压平衡盾构机上施工效率低（在泥水平衡盾构和采用二次皮带机向外排渣的土压盾构机上则对施工效率影响不大），但它可以轻松应对小转弯半径，对于隧道环境要求不高且生产成本低易维护，所以仍是目前转运形式中的重要选项之一。

结语

本文通过对3种转运形式的描述，就其在适用条件、施工效率、制造成本、维护难易程度等方面进行分析对比，为盾构设计人员及施工用户在进行盾构机管片转运方案选择时提供一些参考。

参考文献

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