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1、 1 盾构配套运输设备选型及洞内布置工艺工法 1 前言 为满足盾构工程施工的需要,除盾构机整机需要选型外,还需对盾构机及整个后配套设备进行选型计算。在选型过程中，盾构机因为价值大、技术复杂等特点往往受到高度重视，而后配套设备由于金额相对较低、机型复杂、数量多等特点往往不被人重视。盾构法施工的连续性非常强，任何一个环节上的设备出现问题，都会直接影响生产效率。在具体的施工中，因为后配套设备的故障或不匹配影响施工的事例并不少见。选型的后配套设备包括电瓶车、渣土车、管片车、砂浆车、龙门吊等。2 适用条件 本工法适用于城市地铁施工用土压平衡盾构机后配套的选型，通过选型计算进行后配套运输列车的编组及洞内布
2、置。3 选型的原则及依据 根据以往隧道施工经验，结合 5 大原则，即尺寸包容（尺寸链）原则、满足安全施工进度要求原则、设备能力等级弃小取大及保证施工安全原则、考虑实际施工环境影响、尽量采用现有厂家生产通用标准件原则，可确定盾构施工后配套设备的主要技术参数及完成选型工作。盾构机配套运输设备的选型主要依据以下文件资料：设备采购合同、工程岩土勘察报告、投标文件、工程施工承包合同、工程设计图纸、工程施工组织设计等。4 选型工艺流程及要点 根据隧道开挖直径及设备参数（按 1.2 米宽管片，盾构机开挖直径6250mm 计算）,洞内盾构每环出渣用一列运输列车运出,每次由一台电瓶车牵引,配备两节管片车、一节砂
3、浆车和五节渣土车。设备选型依据如下：4.1 渣土车选型及计算 渣土车是运输渣土的直接载体，在设计时务必要遵循以下几点：2 4.1.1 渣土车必须具有一定的刚度和强度，保证在龙门吊吊运时不发生变形或断裂，同时也不能设计过重，否则，将造成龙门吊超过 45吨的设计。4.1.2 渣土车的宽度不得超过盾构机内部的最大限宽，高度不得超过双轨梁电机及葫芦，渣车的尺寸在选型时要留有一定的富余量，如图1。图 1 后配台车内部尺寸 图 2 龙门吊翻转倒土 4.1.3 渣土车的渣斗和底盘必须是相对独立的两部分，以使龙门吊在吊运时只吊起渣斗，而底盘不同时吊起。4.1.4 转弯半径不得大于 25m。4.1.5 渣土车的
4、长度和浆车及管片车需同时考虑，整节列车的长度不能超过盾构机内水平皮带输送机的限定长度，否则，最后端的一节渣车将无法装运渣土。4.1.6 考虑到渣土车在龙门吊吊出时需顺利倒渣，因此在渣土车两侧分别设计了起吊轴和偏心翻转轴，如图 2。计算每环出渣方量：V=d2/4Ln=6.252/41.21.4=51.5m3 式中，V每环计算出渣方量 3 L每环管片宽度 n渣土松散系数 根据出土的方量，同时考虑到有一定的富余量，将每节渣车设计为17m3，采用 5 节渣车编组，即每列列车可以运输 175=75m3 图 3 运渣车图 图 4 渣车底盘图 表 1 运碴车主要参数表 序号 项目名称 参数 备注 1 车体总
5、长 6.3m 2 车体宽度 1.5m 3 车体高度 2.35m 4 容积 17m3 5 重量 13 吨 底盘 5.25 吨 6 挂购销孔中心与轨面距离 430mm 7 轨距 900mm 8 车轮直径 410mm 9 制动方式 排气制动 10 每台制动缸缸数 4 11 制动气压压力 0.8MPa 4 12 最小转弯半径 25m 4.2 浆车选型及计算 浆车主要是将浆液从洞外运到盾构机后方台车上的储浆池内，满足每环同步注浆的最大注浆量，故做如下考虑：4.2.1 满足台车内限界尺寸限制。4.2.2 转弯半径不得大于 25m。4.2.3 浆液需从浆车中顺利抽出，设置防止沉淀的专用搅拌机构，且搅拌驱动机
6、构噪音要低，搅拌功率为 18.5KW。4.2.4 设置适合于对含有固体颗粒的砂浆流体的密封结构，砂浆输送泵质量可靠，使用耐久，砂浆出口压力 1.2Mpa,功率 11KW。计算每环注浆量：V 浆=（d2/4-d，2/4）L =/4（6.252-62）1.2=2.89m3 V 浆每环砂浆容量 d盾构机开挖直径 d，每环管片外径 考虑到地层的渗透系数及其它因素的影响，将浆车的容量设计为 7.5m3。图 5 运浆车 2 运浆车主要参数表 5 序号 项目名称 参数 备注 1 型号 SJC8-1 2 车体总高 2.3m 3 车体宽度 1.4m 4 车体总长 5.2m 5 轨距 900mm 6 容积 7.5
7、 m3 7 自重 6.6 吨 8 挂购销孔中心与轨面距离 430mm 9 最小转弯半径 25m 10 车轮直径 410mm 11 制动型式 手动 12 搅拌电机型号 Y-18.5-B3 13 搅拌电机功率 18.5kw 14 搅拌电机转速 960r/min 15 搅拌轴转速 960r/min 16 砂浆输送泵型号 2PN（叶片材料 Gr26）17 输浆量 47.1 m3/h 18 砂浆输出管闸阀形式 手动蝶阀 19 砂浆输出管口径 80mm 4.3 管片车选型及计算 管片车是将管片从洞外运到盾构机管片拼装机前的唯一载体，每列车两节，每节装三片管片，设计时应注意如下：4.3.1 管片叠放在管片车
8、上时，必须和管片车是软性接触，即设置专门的橡胶垫，橡胶垫位置应适应于管片受力，防止运输过程中管片的损坏。4.3.2 按照管片的弧型应将管片车设计成凹型结构，以保证最底层管片和管片车的充分接触。6 4.3.3 三片管片叠放在管片车上，单轨梁起吊最上一片管片时，必须保证从第二片最上部顺利通过。4.3.4 转弯半径不得大于 25m。4.3.5 行走系统应设置缓冲装置，制动可靠。图 6 管片车图 表 3 管片车主要参数表 序号 项目名称 参数 备注 1 车体总长 3.6m 2 车体总宽 1.32m 3 车体总高 0.54m 4 重量 3.2 吨 5 制动形式 手动 6 车轮直径 410mm 7 最小转
9、弯半径 25m 8 挂钩销孔中心与轨面距离 430mm 4.4 电瓶车选型及计算 根据施工组织安排，运输方式定为两列编组列车交叉作业：一列车在隧道内作业，另一列车在井口卸渣、装管片及装砂浆，提高效率。电瓶车是将渣土从出土口运输至吊出井的动力工具，选用是否得当直接关系到洞内运输能否正常进行，故主要考虑如下：4.4.1 每辆电瓶车必须具备牵引一节浆车、两节管片车和五节渣车 7 并满足全负荷的能力。4.4.2 能保证在 35的坡道上安全启动并牵引整列车正常行驶。4.4.3 具备变频装置，以适应不同的工况。4.4.4 配备的蓄电池单次充电需保证 10KM 的运输。4.4.5 根据相关安全规范，地铁隧道
10、施工电瓶车允许的行驶速度在1520km/h 以下，根据这一速度计算列车的容量等级和列车数。4.4.6 因电瓶车和渣土车、浆车、管片车为一个统一的运输整体，因此，对整体的刹车、轨距、连接方式等有整体的部署。电瓶车选型计算：电瓶车的选型主要考虑起牵引能力，电瓶车主要有两种工况，一种工况为满载渣土驶出，另一种工况为装载一环管片及满载浆液驶进。G1=G 渣+2G 管片车自+G 砂浆车自=205.3t G2=5G 渣自+G 砂浆车自+G 浆液+G 管片+2G 管片车自=116t Gmax=G1=205.3t 按照盾构隧道常见最大坡度 30来计算，电瓶车所需要的最小牵引力：Pmin=GQ(Wq+iq)/(
11、-Wq，-iq)其中：为机车粘着系数，取 0.26 Wq，为机车单位启动阻力 5，根据机车牵引取值 iq 为坡道阻力系数 30。Wq=3+0.4iq=15 Pmin=205.3（15+30）/（0.26-5-30）=41.4t 依据上述计算公式，同时考虑留有余量，选用电瓶车牵引力 45t。8 图 7 电瓶车图 表 4 电瓶车主要参数表 序号 项目名称 参数 备注 1 车体总长 7800mm 2 车体总宽 1550mm 3 车体总高 2450mm 4 牵引力 45 吨 5 轨距 900mm 6 传动比 12.99 7 启动牵引力 126kN 8 持续牵引力 96kN 9 最高速度 25km/h
12、10 最小曲线半径 25m 11 重载爬坡度 35 12 制动型式 闸瓦制动 4.5 编组列车布置 编组列车如下图所示，即保证了一列编组列车完成掘进、运浆及管片拼装任务，又满足编组列车总长度不大于皮带输送机的总长度，最后一节渣车正常出土。9 图 8 盾构机主机及台车图 图 9 盾构机列车编组图 10 4.6 龙门吊选型及计算 龙门吊是将渣土垂直运输到地面渣土坑的起升设备，主要考虑如下：4.6.1 首先满足满载吊运时的总重量，即吊运满载渣土重量不得大于龙门吊起升重量。4.6.2 根据施工场地的条件限制，自行设计跨距，并确定是否采用悬臂结构。净高设计为 8m 以上，以保证翻渣机构必须的正常高度，即
13、 3m。4.6.3 根据施工场地条件限制，龙门吊布置一般有两种方式，即平行于盾构机掘进方向和垂直于盾构机掘进方向，因此翻渣机构也分为两种，即龙门吊正面倒土和侧面倒土两种形式，选型时可根据场地的实际情况进行具体设计。4.6.4 为保证大车行走平稳，大车行走机构采用变频设计。4.6.5 为节省垂直运输的时间和吊运时的稳定性，主起升机构采用变频设计，双制动。4.6.6 龙门吊设计时还需考虑声光报警、防雷、防潮、起升高度限位装置、大小车行走限位装置、起升高度显示器、重量显示仪、避雷针、风速仪、蜂鸣器等。起吊单件最大重量比较：渣土及渣车重量：渣V斗+M渣车=1.417+13=36.8 吨 电瓶车重量为：M粘-M瓶=45-35=30 吨 从上式可以得出,龙门吊吨位应大于 36.8 吨，考虑龙门吊安装误 11 差及特殊工况，为提高稳定性，取安全系数 n=1.2,龙门吊最大起吊重量为：M吊=36.81.2=44.2 吨 结合对龙门吊型号的比选，取起升重量为 45 吨的龙门吊，完全能满足施工需求。