6m级盾构机分体过站用小车设计及运用

赵永柱 鲁炎

摘要：本文综述了运用于上海西站6m级盾构机分体过站的状况，盾构运输通道宽度仅5.4m、高度仅6m，盾构机无法正常运输进入始发井，运输及其困难。通过设计的小车，实现了6m级盾构机在宽度窄、长距离通道中运输至始发井，并顺利完成盾构机组装。

关键词：6m级盾构机;上海西站;分体过站;小车;设计;运输通道

盾构设备[3]及过站概况

上海西站地铁用隧道工程使用盾构机进行施工，需要吊装及运输盾构机至始发工作区域，该隧道区间用盾构机是中交天和机械设备制造有限公司生产的Φ6760m土压平衡盾构机。该盾构机主要由刀盘、前盾、主驱动、中盾、尾盾、螺旋输送机、拼装机、整圆器、后方作业平台、皮带机、六节后配套台车等部件组成，总重约600t，最重部件约71t，设备总长约82米。

盾构机始发作业井上方已建设完毕，盾构机需从上海西站东端头井直接下井，然后过站至上海西站西端头井安装。从上海西站东端头至西端头为一条运输通道，通道长300m、宽5.4m、高6m[4]。如上表1.1 盾构机主要部件参数表所示，Φ6760m级盾构机刀盘、驱动、盾体、铰接环等各部件外形尺寸大于运输通道宽度和高度，无法实现盾构机正常运输进入始发井，运输困难。在同类6m级盾构机进行始发井安装前涉及到分体始发、分体过站等难点工作，为国内首例情况。

为实现盾构机各部件顺利运输至始发作业井，需要设计制作相应的运输固定装置，能在长300m、宽5.4m、高6m的过站通道内安全有效的顺利通过。

过站用小车的设计[1]

为实现上海西站用盾构机顺利过站至始发工作井，小车的设计需要考虑以下因素：

过站用小车需实现盾构机各部件在宽5.4m、高6m通道内不与墙体干涉;

小车需与盾构机运输部件有效连接固定;

小车运输盾构机部件需在长300m通道内长距离行驶;

小车需考虑结构强度，装载部件时整体能稳定受力于钢轨上，通过车轮运动，运输动载下具有安全稳定性;

小车需考虑盾构机下井过站工序流程，科学合理设计满足盾构机安装作业工序中部件转运顺序。

根据以上实际情况进行针对性设计过站小车，为实现各部件运输过站，设计过站小车具备以下三种模式：1.用于刀盘部件运输模式;2.用于铰接环部件运输模式;3.用于驱动及其他部件运输模式。

过站用小车用于刀盘部件运输模式

如下图所示过站用小车主结构使用200H型钢进行设计，结构形式参考下图所示，主框架采用焊接形式连接。框架底部设置3x4组车轮，小车斜面设计底板通过螺栓与刀盘法兰板有效连接。

过站用小车用于刀盘部件、铰接环部件运输

刀盘重39t、外径达φ6770mm，通过与小车斜面螺栓连接，整個刀盘呈斜向通道对角线的形式进行放置，刀盘外周与宽5.4m、高6m通道上部最大距离宽232mm、高333mm;下部最大距离宽232mm、高322mm，满足刀盘在通道内运输空间。刀盘部件重心在小车结构中心位置，刀盘法兰板与斜面接触面积大，依靠小车的承载力、刀盘法兰板与斜面连接预紧力、刀盘法兰板与斜面接触摩擦力，能将刀盘的压力有效的分散在12处车轮处，使得行进途中小车与钢轨受力均匀、构件处于平衡稳定状态，提高运输的安全有效性。

过站用小车用于铰接环部件运输模式

过站用小车用于铰接环部件运输模式，在刀盘运输模式的形态下外侧增加四个延伸支架，支架与铰接环底部法兰通过螺栓连接固定。

铰接环重22t、外径达φ6770mm，通过与小车四个延伸支架螺栓连接，整个铰接环呈斜向通道对角线的形式进行放置，铰接环外周与宽5.4m、高6m通道上部最大距离宽210mm、高302mm;下部最大距离宽210mm、高343mm，满足铰接环在通道内运输空间。铰接环部件重心在小车结构中心位置，铰接环法兰板与斜面接触面积大，依靠小车的承载力、铰接环法兰板与斜面连接预紧力、铰接环法兰板与斜面接触摩擦力，能将铰接环的压力有效的分散在12处车轮处，使得行进途中小车与钢轨受力均匀、构件处于平衡稳定状态，提高运输的安全有效性。

过站用小车用于驱动及其他部件运输模式

过站用小车用于驱动及其他部件运输模式，在刀盘运输模式的形态下拆除平板车与斜侧支架连接螺栓，在平板车上铺设钢板用于运输驱动及其他部件（除台车以外）。

驱动及其他部件与小车接触式摆放固定，前后使用手拉葫芦进行锁紧固定。

过站用小车有限元分析[2]

过站用小车运用于盾构机部件运输状态功能性满足条件下，需要对小车机械构件进行有限元分析。

根据最大受力运输刀盘部件进行分析，分有以下四大布置：a.核算载荷;b.建立模型;c.求解计算;d.得出结论。

下表1为有限元分析数据表，小车结构使用Q235B设计，根据运载最重部件进行受力计算，小车所承最大应力约为69.1MPa，最大位移为0.24mm，安全系数达到3.4倍，该小车满足强度要求。

过站用小车的现场运用

过站用小车设计→生产制造→检验完成后，运输至现场，为现场盾构机分体过站投入使用。

盾构机分体过站通道宽5.4m、高6m、长300m，底部铺设4道钢轨。小车行驶前需对通道内钢轨进行检查：钢轨铺设轨道间距、直线度、上下平整度、钢轨固定强度、前后钢轨连接强度、轨道内有无异物。小车运输部件前进行试车运行，小车为运输刀盘部件模式并连接电瓶车，检查行进途中有无异物干涉、车轮与钢轨接触运转情况、钢轨及地基承载部件情况。小车试运行确认无误后进行运输部件。

过站用小车运用于刀盘部件运输

过站用小车切换成刀盘部件运输状态，刀盘下井后调整其倾角姿态，角度与小车斜面角度一致，刀盘与小车接触面预留一定高度。移动小车至刀盘连接法兰下方，小车上对应螺栓连接孔设有工艺导柱，主吊钩缓慢下放使刀盘法兰板向小车连接面移动，使得刀盘连接孔顺利通过工艺导柱。

刀盘与小车调整姿态进行连接，后侧电瓶车前行与小车进行连接，通过电瓶车顶推实现小车前进。

电瓶车顶推小车通过通道到达至始发安装作业区域，行车主钩连接钢丝绳，钢丝绳与刀盘吊耳通过卸扣进行连接，完成后起升主吊钩使得钢丝绳处于张紧状态，拆除小车与刀盘连接螺栓，主吊钩继续提升至一定高度，保证小车与刀盘有足够的分离距离，电瓶车牵引小车离开始发作业区域，进行下一部件运输作业。

过站用小车运用于铰接环部件运输

为小车运输铰接环，在刀盘运输模式的形态下外侧增加四个延伸支架，支架与铰接环底部法兰通过螺栓连接固定。通过电瓶车顶推小车实现小车前进，小车运输铰接环到达始发作业区域后，行车主钩连接铰接环吊耳，松去铰接环与小车连接螺栓，起升主吊钩，电瓶车牵引小车离开始发作业区域，进行下一部件运输作业。

过站用小车运用于驱动及其他部件运输

在刀盘运输模式的形态下拆除平板车与斜侧支架连接螺栓，在平板车上铺设钢板用于运输驱动及其他部件（除台车以外）。这些部件（除台车以外），与小车接触式摆放固定，前后使用手拉葫芦进行锁紧固定，通过电瓶车带动小车顶推前进及牵引后退，实现小车运输盾构机各部件。

结论及展望

结论

根据上海西站盾构机过站实际情况进行针对性设计过站小车，实现各部件运输过站，设计过站小车具备以下三种模式：1.用于刀盘部件运输模式;2.用于铰接环部件运输模式;3.用于驱动及其他部件运输模式。

通过设计及现场运用的过站小车实现6m级盾构机在宽度窄、长距离通道中运输至始发井，并顺利完成盾构机组装。通过在上海西站盾构机分体运用的过站小车，得出了过站小车具有以下几点优势功能：

过站小车能实现盾构机分体过站时，各部件在宽5.4m、高6m通道内不与墙體干涉;

过站小车具有足够的结构强度，装载部件时整体能稳定受力于钢轨上，通过车轮运动，运输动载下具有安全稳定性;

过站小车通过与盾构机运输部件有效连接固定，保障了在长300m通道内长距离行驶中的安全稳定性;

过站小车考虑盾构机下井过站工序流程，科学合理设计满足盾构机安装作业工序中部件转运顺序。

展望

盾构机始发运输通道尺寸布置考虑到方方面面因素，始发运输通道尺寸无法满足盾构机正常运输进入始发井将成为常态，盾构机需要分体过站。过站小车的设计及成功运用解决了盾构机分体过站时的难点，过站小车考虑盾构机下井过站部件尺寸及工序流程，科学合理设计实现盾构机各部件分体转运工作。

参考文献

GB50017–2017，钢结构设计标准[S].

ansys有限元分析软件[Z].

中交天和机械设备制造有限公司6m级盾构设计资料[Z].

上海西站地铁车站结构设计资料[Z].