盾构用管片运转系统介绍及应用

徐金秋，王又增，阴书玉，李江华，张 开，胡燕伟

XU Jin-qiu,WANG You-zeng,YIN Shu-yu,LI Jiang-hua,ZHANG Kai,HU Yan-wei

（中铁工程装备集团有限公司 设计研究总院，河南 郑州 450016）

在盾构法施工中，隧洞成形采用预制管片错缝拼装和通缝拼装。目前，主要采用错缝拼装工艺，然后，经螺栓连接及后续处理则可完成隧道运行需求。隧道施工完成后运行通行公铁路工具、行人和水等。

盾构用管片运转系统可以将预制场预制好的管片，通过该系统运输至拼装机可抓取位置，确保管片拼装机可以不间断地拼装管片，缩短管片间歇等待时间，提高施工效率。

1 管片运转系统组成

管片运转系统由隧道内管片运输系统、管片吊转系统和管片喂送系统等组成（图1）。每个系统都有多种类型，通过各系统不同类型的组合可以满足4～20m 级盾构管片运转需求。

图1 管片运转系统组成及应用

管片运转系统首先通过管片运输系统的胶轮车或编组列车将洞外管片运输至盾构作业区域；盾构作业区域的管片吊转系统将管片吊转至管片喂送系统；管片喂送系统再将管片输送至拼装机抓举位置。

管片运输系统主要指将预制好的管片运输至隧洞内盾构作业区域。运输过程根据隧洞直径、隧洞用途和运输效率等采用胶轮车和编组电瓶列车。

管片吊转系统主要指将胶轮车上或者编组列车上的管片通过管片卸载器、管片吊机（管片吊机又分为单管片吊机和双管片吊机）转运至管片喂送系统或者拼装机抓取平台。

管片喂送系统主要是将管片输送至拼装机抓取位置和存储管片。

2 管片运转系统分析设计

2.1 管片运输系统分析设计

管片运输系统主要采用胶轮运输车（图2）或编组列车（图3）。此部分主要由施工单位自主选型，然后与盾构厂家对接相关尺寸。

图2 胶轮车运输示意图

图3 编组列车管片运转示意图

胶轮运输车一般采用内燃式发动机，动力源相对简单，无其它相对操作；在隧道内不用铺设临时轨道，运输过程特别是坡度较大的隧道不存在溜车等风险，并且在特殊工况下胶轮车可以上下升降，在大直径盾构特别是存在箱涵件的盾构隧道中应用广泛。

编组列车一般采用充电式，动力源为电源，需定期充电，增加了限制作用；在隧道内需要铺设临时轨道，可以同时牵引多组小车；另外，较小直径盾构，吊机空间受限，常规胶轮车很难满足要求。另外，土压盾构接渣及运输管片比较方便，在土压盾构和小直径盾构中应用广泛。

二是“粮食银行”利息的负担。合作社给农民发粮食储藏利息，增加了收购成本，但也避免了合作社从银行贷款收购粮食的利息负担。普通稻谷两者大体可以持平，优质稻谷支出要更多一些，而多出的差额，可以通过优质稻米的高价格得到弥补。

2.2 管片吊运系统分析设计

管片吊运系统主要分为单管片吊机、双管片吊机及管片卸载器。本文以单管片吊机简述单管片吊机吊运轨迹和动作。

单管片吊机吊运管片的轨迹（图4）一般由连接桥后续的一节拖车上吊起管片，沿盾构掘进方向前移，前移至连接桥前部时，吊具下放，将管片放置指定位置。

图4 单管片吊机吊运轨迹图

单管片吊机系统结构上分为吊机行走系统、吊机主体（有旋转功能）和管片抓取装置三部分；功能上须满足管片（单管片）的抓取、吊运、旋转（在适当工位旋转管片90°）、松放等动作，设计应满足能准确放置管片于管片运输小车上相应位置的要求。

单管片吊机系统吊运流程如图5 所示。

图5 吊机吊运流程图

移动单管片吊机，使其管片抓取装置停于管片转运区管片上方，下放管片抓取装置，抓取并吊运管片（每次吊运一片管片）至管片待转区，旋转管片抓取装置实现管片90°旋转，吊运管片至预定位置，按要求吊放管片于管片喂送系统上；松开管片抓取装置，并起吊至初始状态，以备管片下次吊运。

2.3 管片喂送系统分析设计

管片喂送系统是盾构管片运转系统的主要组成部分，主要用于管片喂送和存储管片，是将管片依次输送至拼装机区域的装置，可实现管片的连续递进式输送。其设计的合理性对管片拼装效率和施工效率都有一定的影响。

管片喂送系统（图6）主要由底架、滑动架、起升架、拖拉机构组成。滑动架和起升架安装在底架上，底架上装有起升油缸，可实现起升架的升降。滑动架与底架之间装有管片输送油缸。整个底架在拖拉机构的牵引下随主机前行。

图6 管片喂送系统示例图

当管片吊机将第一块管片放置在管片喂送系统上时，滑动架向前输送一个油缸行程，起升油缸升起，起升架将管片托起，滑动架收回，起升架降回原位置，管片吊机将第二块管片放在管片输送小车上，重复此过程，管片被逐渐输送至拼装机区域。

管片喂送系统在设计中需要如下几个准则。

1）确定管片喂送系统长度。管片喂送系统小车尾部区域需保证管片吊机行走至最前端时能将管片放置在滑动架上，并且滑动架行走至最前端时，被输送管片需在拼装机抓取区域内，并预留足够安全余量，滑动架前端轮子需要与隧道管片前端保持安全距离，避免后配套拖拉油缸收回时滑动架轮子悬空。

2）拼装机吸盘抓取管片时需保证足够的抓取间隙。

3）起升架升起时，需保证管片与滑动架的间隙大于25mm；起升架落下时，起升架与管片保持足够间隙，保证管片正常输送。

4）牵引机构包括伸缩油缸和链条长度调节环，方便调节链条的长度，并且在拼装管片时，能比较方便的松开链条。

5）在设计牵引杆时，注意：牵引杆孔的大小不与链条钩干涉；链条拉紧以后，链条不与滑动架干涉；牵引杆的宽度与滑动架底部的两侧轮子留有一定的间隙，防止在工作过程中产生干涉。

3 结语

本文阐述了管片运转系统的组成，并分类别介绍了各系统组成部分的功能用途，对各系统适用性特点进了阐述，利于行业人员对管片运转系统分析选型。在文中，依托现有应用，对单管片吊机及管片喂送系统进行了分析设计，并叙述了其基本准则，为设计的可靠性和安全性提供强有力的理论基础。