工作井内滑移平台的设计制造与施工技术研究

2021-11-05陈耀峰

建筑施工 2021年7期

陈耀峰

上海市机械施工集团有限公司上海 200072

针对崇明天然气隧道A线长距离运输的要求，隧道内最多需要3组以上的电机车编组运输管片、同步注浆浆液、进排泥浆管等材料。为了加快管片等材料的吊运，井内需要满足至少一整列物料电机车的编组，同时还需要满足一列空物料的电机车编组驶入要求。长距离地铁盾构通常采用在隧道内靠近工作井口处安置道岔[1]，本工程工作井尺寸不适用此方案。对于小直径盾构长距离运输，为了放置长编组车辆，采用加大始发井或者增加后导洞的方案[2]，费用高、不经济。同时小断面长距离盾构施工为了提高运输效率，采用运输2环管片和材料的方案[3]，进一步加长了整个车辆编组的长度。本文介绍了通过滑移平台装置，在平台上方并列多组轨道，实现井内电机车组重新编组，满足运输、吊运互不干涉和高速施工的要求。

1 场地尺寸及水平运输方案

1.1 工作井尺寸

天然气小盾构长兴岛始发井尺寸为17.4 m×10.4 m，其平面如图1所示。

图1 长兴岛始发井平面

盾构管片内径3 400 mm，管片下部满铺高500 mm的钢筋混凝土预制件。洞门位置的预制件上铺设1组隧道内的电机车轨道，工作井内的电机车均通过此轨道驶入隧道内。预制件上表面距离工作井底板1 707 mm，立面如图2所示。

图2 长兴岛始发井立面

由于电机车需要平稳地驶入隧道内部，因此滑移平台的上界面需要和预制件的上表面齐平。滑移平台装置包括其基础的高度限制为1 707 mm。平面位置的尺寸限制为17.4 m×10.4 m，同时由于地下连续墙和内衬墙施工的误差，还需要考虑一定的安全间隙。

1.2 水平运输

为保证施工工效，水平运输采用1辆18 t电机牵引，一次性运输2环管片、2环同步浆液、2环预制件的编组方式。隧道管片采用6分块错缝拼装，管片宽度1 350 mm。车辆的尺寸如表1所示。

表1 车辆尺寸

受限于盾构机台车的高度，每辆平板管片车上方仅能堆叠3块管片，即2环管片共需要4辆平板管片车；每辆预制件车可一次性运输2块预制件；浆车容积为4 m3，满足掘进2环的注浆量要求。因此，一列电机车编组需要1辆电机车、5辆平板车和1辆浆车。通过表1可知，整列编组的长度远超工作井的长度。

2 滑移平台功能设计

2.1 滑移平台车辆的数量和编组

为能在车辆驶入时充分利用搭接的流程吊装物料，平台上方车辆需满足2环管片的物料需求，即需安放1辆电机车、1辆浆车和5辆平板车。同时平台又需要有足够的空间安放驶出隧道的空平板车，即需5辆空平板车的停放空间。因此设计滑移平台采用3列轨道并排的方式，如图3所示。

图3 滑移平台上方车辆编组

采用3列编组形式，分别为：①电机车＋浆车；②4辆管片车＋1辆预制件车（满车）；③4辆管片车＋1辆预制件车（空车）。车辆编组最长为16 110 mm，小于工作井的净长度，满足安装空间要求。采用上述编组可在空物料的车辆驶入滑移平台后，通过滑移平台装置，使得装满物料的车辆能立即驶入隧道，之后行车能同步吊装空车的物料。在水平运输的过程中，实现高效的施工流程管理。

2.2 水平滑移功能

由于隧道断面小，隧道口仅铺设了1组轨道，要实现上述满车和空车在井内的调度，在滑移平台的设计上可采用左右滑移的机构。通过平台移动，使平台上方的轨道对齐隧道内的轨道，车辆根据运行流程依次驶入或驶出隧道。

滑移平台安装在井底，滑移平台的上界面高度需要和预制件的上表面齐平。平台下界面高度根据设备机械结构所需的尺寸设计，但需要考虑平台底部基础的安装要求。

滑移平台上共安置3列电机车编组，沿盾构推进方向设置，平台上右侧、中间为4辆管片车＋1辆预制件车；左侧为电机车＋浆车。管片吊装时需要人员在车辆两侧操作，因此车辆单侧预留至少600 mm的操作空间。最终滑移平台上的空间布置如图4、图5所示，从左到右依次为：689 mm的操作空间（左侧设有栏杆）、1 100 mm的电机车、300 mm的安全间隙、1 350 mm的管片车、600 mm的操作空间、1 350 mm的管片车、1 176 mm的操作空间（右侧设有栏杆），则滑移平台宽度方向总尺寸为6 565 mm。长度方向上与＋1环管片预留间隙300 mm，另一侧与内衬墙间隙800 mm，此位置用来安装行人的安全通道，则滑移平台总长度方向尺寸为16 098 mm。

图4 滑移平台安放车辆编组立面

图5 滑移平台安放车辆编组平面

图4同时也是滑移平台位于井内最右侧的状态，此时滑移平台上左侧的车辆编组与隧道内的电机车轨道对齐，滑移平台距离右侧井内壁安全间隙为150 mm。当滑移平台往左平移1 525 mm后，中间列的车辆编组即可与隧道内的电机车轨道对齐。继续往左平移1 950 mm后，最右侧的车辆编组即可与隧道内的电机车轨道对齐，此时滑移平台距离左侧井内壁安全间隙为150 mm，如图6、图7所示。

图6 滑移平台往左平移1 525 mm到位示意

图7 滑移平台继续往左平移1 950 mm到位示意

3 滑移平台设备设计

3.1 设计原则

滑移平台设计时主要考虑3个方面：先是设备的安全性，工人操作时需要简化操作，杜绝由于误操作等原因造成的安全事故；其次是设备的高精度，平台上往复运动频繁，平台上的轨道每次滑移后均需严格对准隧道内的轨道，防止因误差而导致车辆脱轨；最后是高效施工，提高水平运输施工的效率。主要的重、难点和设计要求如下：

1）人员操作安全：限制滑移平台速度过快，平移速度设为8 m/min。

2）平台和洞门隧道对接精度：防止脱轨，滑移平台精度要求±5 mm。

3）滑移平台结构上需要有防止渣泥污染传动结构的设计，并且需要考虑结构设备的可更换性。

4）平台安全性：机械、电机限位须安装合理、可靠。5）平台需要组合安装，便于运输。

3.2 设计载荷

设计时考虑最不利工况，即滑移平台上方的2列平板车均满载，电机车编组质量如表2所示。

表2 车辆质量

3.3 平台结构

滑移平台的设计参数如表3所示。

表3 滑移平台的设计参数

3.3.1 机械部分

滑移平台装置本体包括底座和上部的滑动平台，底座安装固定在工作井中，滑动平台安装在底座上。滑动平台上表面设置有3组电机车轨道，电机车轨道的间距根据要求设置，如图8所示。

图8 滑移平台装置示意

底座主要由6根钢轨组成，其中外侧和中间共4根钢轨为普通钢轨，仅具有承载功能，每根钢轨上对应滑动平台下方的2个行走轮。余下的2根钢轨作为导向轨，每根钢轨上对应滑动平台下方的2个导向车轮，导向轮组通过1对导向轮夹紧导向轨限制平台的窜动，保证运行平稳，同时这2根钢轨采用数控机加工控制直线度，可大幅提高运行精度。底座还包括2组齿条安装架，分别安装在上述导向轨的内侧，如图9、图10所示。

图9 导向轮示意

图10 齿条安装架示意

整个平台的驱动采用齿轮齿条的形式，齿轮齿条结构承载力大、运行平稳、传动精度高。齿条固定在齿条安装架上，齿条平行于滑动平台的滑移方向，齿条长度略大于整个滑动平台左右平移的总距离。齿轮转动架安装在滑动平台的下侧，齿轮转动架包括驱动电机、减速箱、传动轴和齿轮。其中驱动电机和减速器位于滑动平台一侧的正中位置，通过固定架子与滑动平台连接。减速箱采用平行双输出轴的型号，减速箱两侧各通过联轴器连接传动轴，传动轴另一端再通过联轴器连接齿轮，最后齿轮与齿条安装架上的齿条啮合。同时齿条安装方向朝下且与工作井底部留有足够的距离，防止平台下方泥浆污染齿轮齿条情况的发生，保证了结构的可靠性，如图11所示。

图11 驱动结构示意

滑动平台采用优质碳素型钢和结构钢焊接而成，具有较高的强度、刚度，有利于运输及加工。平台分三段螺栓连接固定，走道板固定主体两侧，并且走道板一面有高度1.2 m的护栏，分块形式如图12所示。同时为了便于对齿轮转动架进行维修保养，平台上方开有若干个检修孔。

图12 滑动平台分块示意

3.3.2 电气部分

电机采用变频控制，配编码器，保证启动、停止时平台运行平稳，平台运行位置精度高。为了控制滑移平台的运行精度，采用了旋转编码器来控制驱动电机的运行时间，旋转编码器型号E6B2-CWZ1X，该编码器配合齿轮齿条的啮合精度完全能满足±5 mm的精度要求。

平台两侧各配置有2组接近开关以及2个机械限位挡块，防止意外发生，同时配置了紧急停止、声光报警等功能，进一步保证施工的安全。

4 滑移平台运输流程

根据本文2.1和2.2小节中车辆的编组形式，满车驶入隧道的流程为：滑移平台滑移，使得滑移平台上的中间轨道与隧道洞口处轨道对接；依次首尾连接处于隧道中的牵引电机车和处于正对隧道洞口的②编组车辆；通过牵引电机车把②编组车辆牵引至隧道内，然后断开牵引电机车和②编组车辆，牵引电机车退回至隧道内的岔道位置；滑移平台滑移，使得滑移平台上的左侧轨道与隧道洞口处轨道对接；依次首尾连接处于平台上的①编组车辆和隧道洞口的②编组车辆；满车车辆编组完成并驶入隧道。通过采用上述技术方案，由滑移平台承载编组车辆，并依次将车辆供给至隧道洞口处进行编组，极大地方便了工作人员对电机车的编组作业。

空车驶出隧道的流程为：滑移平台滑移，使得滑移平台上的左侧轨道与隧道洞口处轨道对接；隧道内的空车编组车辆驶入平台；当空车编组中的①编组车辆（即电机车和浆车）到达平台后，断开浆车和后续管片车的连接；滑移平台滑移，使得滑移平台上的右侧轨道与隧道洞口处轨道对接，同时隧道内的牵引电机车与隧道内的③编组车辆连接；通过牵引电机车把③编组车辆牵引至平台上；断开牵引电机车和③编组车辆，牵引电机车退回至隧道内的岔道位置；采用行车吊运管片等物料至空车上。通过采用上述技术方案，当空车驶入滑移平台上后，可以马上吊运管片等物料至空车上，极大地加快了对电机车上物料吊运的作业速度。