始发段新型管片小车替代喂片机应用技术研究

尚超话

(中铁二十局集团第五工程有限公司 云南昆明 650200)

1 工程背景

佛莞城际铁路FGZH-1标位于广州市番禺区，全长11.03 km，包含两站三区间，其中长隆站至番禺大道站区间采用2台北方重工生产的盾构机施工。该盾构机在1号台车底部设置了具有储存、运输管片功能的喂片机，喂片机通过4个行走胶轮同台车连接。胶轮为台车和喂片机的行走机构，较目前市场上采用的拖拉试管片小车结构相比，体积较大。

盾构机组装始发[1]时，该喂片机会侵入车站底板结构，侵入深度约160 mm、宽4 230 mm、长15 465 mm(如图1所示)，无法满足始发阶段管片存储和喂片功能[2]。

图1 喂片机与主体结构关系(单位:mm)

项目根据施工现场条件，自制一辆临时管片小车，该小车具有结构尺寸小、行走轮毂自润滑、小车轮毂内置式安装、小车托盘360°可旋转特性[3]，以满足盾构始发前期管片运输需要。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图2所示。

图2 施工工艺流程

2.2 施工操作要点

2.2.1 管片小车运输净空确定

在始发阶段前期，喂片机无法安装使用，1号台车的行走结构只能采用钢轮结构代替原来的胶轮行走结构[4]。车站底板铺设台车钢轮行走轨道，并延伸至管片拼装区域，轨距为2 910 mm。

新设计的临时管片小车运载管片在车站底板轨道和CB1结构梁之间的空隙内前行，该空档净空尺寸需要满足管片运输要求。经核算，其净空尺寸为1 370 mm。

2.2.2 管片小车加工高度设计

根据管片运输净空间距L空＝1 370 mm，该高度为盾构机1号台车主梁和车站底板之间的距离，小车需要在底板铺设轨道上行走，小车轨道高度Lg＝140 mm，运输管片最大高度hmin＝912 mm，则小车允许的在轨高度h可根据以下公式计算:

预留100 mm的安全运输间隙，最终小车的安全设计高度不可超过218 mm。

2.2.3 小车结构设计

管片小车由车架、轮轴、轮毂、底盘、推力球轴承、载物旋转托盘组成，采用焊接连接，如图3所示。

图3 管片小车结构

(1)由于管片小车的安全设计高度为218 mm，小车车架为矩形框架结构，长边方向左右两侧间隔300 mm设置2个横梁，材质为HW150型钢[5]，可满足车架刚度及尺寸要求。

(2)为缩小管片小车在轨高度，预留更多的管片运输安全距离，小车轮毂采用内置方式安装，即轮毂安装在车架体内，轮毂着轨面同车架底部仅预留10 mm间隙，以避免小车行走时受轨道影响。

(3)小车使用时，轮毂安装于车架内部，空间较小，手动黄油润滑方式无法适用于轮毂轴承润滑保养，故轮毂轴承采用自润滑石墨铜套设计[6]，实现小车工作时自润滑，解决因空间受制无法进行黄油润滑而影响小车使用寿命的技术难题。

(4)小车运载管片后，若将管片横向放置运输，会受1号台车行走钢轮影响，无法运至管片拼装区域，需将管片旋转180°后方可运输至拼装区域；拼装机抓起管片时，管片又需横向放置，故管片运至拼装区域后，管片需反向旋转180°。为此，在小车上设置载物托盘，小车车架同托盘采用推力轴承装配连接，可实现托盘360°旋转。

2.2.4 小车加工要求

(1)小车加工场地应平整，加工时可在场地上安装2根P43轨，中心轨距970 mm，并用水平尺校准两根轨道的水平度，确保轨道高差不超过5 mm，将轮毂放置在轨道上后组装小车。

(2)安装小车轮轴时，轮轴中轴线较车架中线低25 mm。小车轮毂组装后，轮毂在轨面超出车架底边10 mm，以保证小车使用时车架和轨道不受干扰。小车行走轮中心轨距控制在970±5 mm之间。

(3)小车载物托盘轴承为51164推力轴承[7]，轴承底座同小车轮轴焊接，采用20 mm钢板制作，载物托盘载物面高度比车架主体顶面高37 mm，最终小车的整体轨上高度为197 mm，如图4所示。

图4 管片小车结构尺寸控制示意(单位:mm)

(4)推力球轴承型号为51164，安装时需要分清紧环和松环。紧环同载物旋转托盘对中焊接，松环同底盘对中焊接。在底盘上采用钢板沿轴承周围每60°焊接1个挡块，挡块同轴承边预留1 mm左右的间隙，防止载物托盘侧翻时造成推力轴承侧滑，并实现载物托盘360°可旋转。

2.2.5 管片小车的使用

(1)1号台车行走结构改造

在1号台车下井前，不安装原设计的胶轮结构，采用台车的钢轮结构代替[8]。为满足台车中心线在同一个高度，钢轮安装完成后，应保证1号台车主梁和车站底板的间距为1 370 mm，需要在台车钢轮和台车横梁之间增加800 mm的支撑[9]。该支撑采用20H型钢制作，并在两侧增加斜撑，斜撑采用20工字钢加工，同钢轮支撑呈30°夹角，一端和台车横梁焊接，另一端和钢轮支撑底部焊接。

行走结构的制作需要在地面完成，采用吊车将1号台车调离地面1 400 mm，在地面堆设方木或工字钢，将台车垫高1 400 mm，此后在台车竖向支撑梁位置处焊接钢轮行走结构，共计焊接2对钢轮。焊接期间，吊车不可脱钩，需要保持台车吊起状态，以保证焊接安全；待钢轮结构制作完成以后，便可将台车下井[10]。

钢轮焊接时，必须保证钢轮垂直度，将钢轮间距控制在2 910±10 mm内。

(2)1号台车轨道铺设

1号台车的行走机构更改为钢轮结构后，需要在车站底板铺设台车运行轨道和管片小车行走轨道。台车轨道中心轨距为2 910 mm，在盾构机前进2环(3 m)后立即延伸轨道；小车行走轨道中心间距为970 mm，在每环管片拼装完成后，立即延伸轨道，每次延伸1.6 m(每环管片宽度)；轨道的安装、固定方式和水平运输车辆运行轨道安装方式相同。

(3)小车调试

完成小车和台车轨道延伸后，于管片小车上放置管片后进行起运检查，对小车进行调试和试运行，检测小车行走是否受轨道干扰。

(4)吊运管片至运输小车

采用管片吊机将水平运输车辆上的管片吊运至管片小车上，放置管片时确保管片中线与小车中线重合，管片轴线和小车运行方向垂直。管片放置完成后，在管片和小车的间隙内塞入方木，固定管片，防止管片移动。

(5)运输管片至拼装区域

因管片小车为临时管片运输装置，小车自身未设置动力装置，运输管片时需要借助外力并经传动机构带动小车行走。小车的传动结构采用1根钢丝绳代替，钢丝绳一端采用卡扣和小车连接，另一端绕过设计的3个地滑轮(第1个地滑轮固定在中盾和尾盾相接的底部中心位置，第2个地滑轮固定在1号台车最前端中心位置，第3个地滑轮固定在1号台车后端中心位置，保证3个地滑轮在同一个轴面上，可不在同一个标高)[11]，并同动力结构(可用卷扬机或者隧道水平运输车辆)连接，如图5所示。

图5 管片运输示意

完成传动结构安装后，指挥水平运输车辆缓慢前行，行进速度控制在5 km/h以内。拉动管片小车前行，小车行走期间，安排专人观察小车上所载管片是否偏移[12]、是否有障碍物阻挡，一经发现，立即停止运输，清理障碍物后方可继续。

(6)旋转管片

小车到达管片拼装区域后停止运输，人工推动管片，将管片旋转180°后开始拼装管片，如图6所示。

图6 管片旋转180°

(7)小车回位和管片拼装

小车旋转到位后，采用拼装机抓起管片进行拼装，如管片拼装不影响小车回位，可将管片运输时所用的钢丝绳和水平运输车辆拖至场地，将另一根钢丝绳和管片小车后端及水平运输车辆相连接，指挥水平运输车辆前行，将小车拉回管片吊装区域，准备运输下一块管片。

采用以上方式，将所有管片运输完成。

3 结束语

通过对始发段新型管片小车替代喂片机技术的应用，解决了盾构机自带喂片机受车站主体结构影响无法使用，无法完成盾构正常掘进施工工序的技术难题。消除盾构始发时，因车站底板或侧墙结构影响盾构自带小车使用而需要提前预留孔洞或始发后进行车站侧墙二次施工的技术困难，解决了盾构机自带管片小车改造费用较高的经济效益问题。该小车在应用中，结构尺寸小，可操作空间大，能够在窄宽度、小间距的管片运输环境下使用，具有较强的适应性。

该施工技术有可改进之处，如在小车施工时，只能进行单块管片的运输，无法保证整环管片拼装的连续性，对人员配合要求较高；运输中出现异常情况时，对施工进度影响较大。对此，可以改进小车的动力系统，提高运输效率。