大直径盾构管片卸载器的研究与应用

徐阳

摘要：本文以佛莞城际隧道工程为研究背景，研发了一种应用在大直径盾构上液压驱动的管片卸载器，介绍了管片卸载器的结构和工作原理，对其进行了受力分析。研究结果表明本文设计的管片卸载器加快了管片卸载速度，提高了盾构施工法整体施工效率。

关键词：大直径盾构;管片卸载器

Research and application ofSegment unloader on the largediameter shield

Xu Yang

China Railway Construction Heavy Industry Co.Ltd.HunanChangsha410100

Abstract：In this paper，based on the fozhouDongguan intercity tunnel project as the research background，a piece of pipe unloader driven by hydraulic pressure on largediameter shield is developed.The structure and working principle of the piece of pipe unloader are introduced and its stress analysis is carried out.The results show that the unloader designed in this paper speeds up the unloading speed and improves the overall construction efficiency of shield tunneling method.

Key words：Largediameter shield;Segment unloader

1 绪论

随着中国经济的蓬勃发展，国家基础交通建设的不断深入，城市地铁、公路隧道、跨江跨海隧道成为国家基础建设的重中之重。目前全国大都市、长江沿岸、黄河沿岸都将修建隧道作为主要的交通通道。盾构法施工是隧道施工的重要方法之一，目前已经被广泛应用于地铁、过江隧道等重大的隧道施工中，而且大直径长距离隧道工程越来越多。[1]本文以佛莞城际隧道工程为研究背景，设计研发了一种管片卸载器，加快了管片卸载速度，提高了盾构施工法整体施工效率。

2 工程概况

隧道开挖直径8850m，最大埋深65m，平面最小曲线半径：1400m，最大线路坡度35‰。周边环境：隧道多穿越山地、荒地、村庄自留用地，村庄自留用地多经过人工改造，现部分地段已开始开发建设，隧道沿线经过道路地段地下管线复杂、密集。

3 管片卸载器总体设计

3.1 工作原理

根据8.8m盾构施工管片的运输流程，设计了基于液压驱动的管片卸载器。

管片卸载器的工作流程：（1）管片运输车将管片运输到管片卸载器处。（2）管片卸载器的提升机构将管片起吊到指定高度后管片运输车驶出。（3）管片卸载器的提升机构下降到一定高度，然后管片吊机依次将管片转运。（图1）。

3.2 结构组成

两个管片卸载器相互对称安装到拖车上，组成一个整体后工作。每个卸载器主要由外机架、提升油缸、提升机构、导向轮组等组成（图2）。

管片卸载器通过高强度螺栓整体栓接在1号和2号拖车横梁上。

3.3 主要技术参数

每两个管片卸载器组成一组，每台盾构共三组。

每组管片卸载器的主要技术参数为：

额定起重量22吨;

液压系统额定工作压力25MPa;

最大提升高度700mm;

平均提升速度3.8m/min;

三组可卸载一环（7块）管片。

3.4 液压、电气控制系统

管片卸载吊机的液压系统主要由同步马达、平衡阀、调速阀、溢流阀、单向阀等液压元件组成，系统液压动力由液压泵站提供。卸载器通过操作箱上的控制按钮进行操作，按下启动按钮后管片卸载器开始工作，待接近开关检测到提升机构达到指定位置后自动停止动作。每组管片卸载器独立工作。

4 关键结构件强度校核

管片卸载器属于起重机械部件，主要按照起重机械相关的设计规范[2]进行设计选型和强度校核。

所选钢板与矩形方管材料均为Q235B，三维建模完成后，利用有限元软件进行了强度校核。计算工况：与管片相接触部位两端均加载荷，大小为1.5倍额定载荷。

根据卸载器的实际受力情况和安装方式，螺栓与盾构拖车固定的接触面采用固定约束，整体采用四面体实体单元划分网格。计算结果如图3所示。

从计算结果看，管片卸载器的导向轮销轴与提升机构接触部位受力受大。最大von Mises應力达到183Mpa，但是对于卸载器的大部分区域，应力基本在120Mpa以下，均小于钢材的屈服应力235Mpa。

5 结语

本文所述的基于液压驱动管片卸载器，整机结构简单，使用可靠，满足了大直径盾构施工的工程需要。本文所述管片卸载器应用在开挖直径8.8m盾构，同时亦可将该管片卸载器相关技术应用到直径12m、15m等更大直径盾构上，将明显提高大直径盾构的施工效率。

参考文献：

[1]陈志勇，晏胜荣.浅谈大直径盾构管片生产工艺质量控制[J].现代隧道技术，2009.46（增刊1）：242247.

[2]王梦恕.台湾海峡海底铁路隧道建设方案[J].隧道建设，2008，28（5）：517626.

[3]张质文，虞和谦，王金诺，等.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1998.