盾构机与后配套设备选用原则考虑

盾构机与后配套设备选用原则考虑目前，盾构法施工以其高效、安全的优点，在我国地铁建设中广泛使用。在该工法中，盾构机因为价值大、技术复杂等特点在选型时往往受到高度重视；而后配套设备由于金额相对较低、机型杂、数量多等特点往往不被人重视。但在施工中，盾构机与后配套设备形成一个施工流水线，任何一个环节上的设备出现问题，都直接影响着生产效率。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进度的事例并不少见。因此在重视盾构机选择的同时，也应重视后配套设备的选用。这里笔者结合我单位的施工技术和习惯，以一次性出碴方案，即每环管片的掘土量采用一次性出碴为例，总结出影响盾构后配套设备选用的有关因素，供同行参考。1选用基本原则按照一次性运输每环掘土量及单线运输的方案，后配套设备尤其是碴土车、浆车、管片车及龙门吊的选用，既要保证盾构机的正常掘进，又要最大限度的满足各自的特点，充分发挥各自作用，而且要以最小的投入获得最大的效益。2碴土车选用碴土车是运输碴土的直接载体，在设计时务必要遵循以下几点：（1）碴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45t的设计；（2）碴土车的碴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碴斗，而底盘不同时吊起；（3）五节碴土车的容积必须保证一次性装载完每环掘土量；（4）碴土车的宽度不得超过盾构机内部的最大限宽，即1600mm,且有一定的富余量；（5）转弯半径不得大于25m；（6）碴土车的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，最后端的一节碴土车将无法装运碴土；每环最大碴土量为：V=π/4*D2*L=π/4*6.252*1.5=45.99m3D为直径，L为管片宽度；根据国内各修建地铁城市区域的地质情况，碴土的膨胀系数在1.2—1.9之间，我们取1.5，故每环出土量约为45.99m3×1.5=69m3，考虑到应有一定的富余量，每节碴车设计为17m3，即每节列车可输送17×5=75m3；每列列车为五节碴车、两节管片车和一节浆车，按照每列不超过盾构机内水平皮带机的长度49m，并结合管片车、浆车的长度考虑，各节车之间的距离取为650mm，碴土车因盾构机内部宽度限界为1600mm，故取为1500mm；综合以上因素并结合管片车及浆车设计，确定碴车设计尺寸为长×宽×高=6259mm*1500mm*2399mm；（7）考虑到碴土车在龙门吊吊出时需顺利翻碴，因此在碴土车两侧分别设计了起吊轴和偏心翻转轴。3浆车选用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：（1）最大注浆量7m3；（2）满足盾构机内限界尺寸限制，限界1600mm，故设计宽度为1400mm；（3）转弯半径不得大于25m；（4）浆液需从浆车中顺利抽出，故设置防止沉淀的专用搅拌机构，且搅拌驱动机构噪音要低，搅拌功率为18.5kW；（5）设置适合于对含有固体颗粒的砂浆流体进行的密封结构；砂浆输送泵质量可靠，使用耐久，砂浆出口压力1.2MPa，功率11kW；（6）料箱体与行走悬挂装置为一体。综合考虑，浆车设计尺寸为长×宽×高=5480mm*1400mm*2300mm。4管片车的选用管片车是将管片从洞外运到盾构机管片拼装结构跟前的唯一载体，每列车两节，每节装三片管片，设计时应注意如下：（1）同时考虑盾构机内部限界尺寸及管片设计尺寸，但按照国内管片设计有两种，即1200mm和1500mm，所以，管片车设计时宽度一般分别不超过此两种规格；（２）管片叠放在管片车上时，必须和管片车是柔性接触，即设置专门的橡胶垫，橡胶垫位置应适于管片受力，防止运输过程中管片的损坏；（３）按照管片的弧形应将管片车设计成“凹”行结构，以保证最底层管片和管片车“三线”的充分接触，并应留有管片吊绳抽出的空间；（４）三片管片叠放在管片车上，盾构机起重小车起吊最上一片管片时，必须从第二片最上部顺利通过，即管片车第一块和第二块管片到轨顶的距离分别为2014mm和1593mm；（５）转弯半径不得大于25m；（６）行走装置应设置缓冲装置，制动可靠；综合考虑各方面因素，最终确定，管片车设计尺寸为长×宽×高=3440mm*1460mm*540mm。5电瓶车的选用电瓶车是将碴土从盾构机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运行，故主要考虑如下：（1）每辆电瓶车必须具备牵引一节浆车、两节管片车和五节碴土车并全负荷的能力；（2）能保证在35‰坡道上安全起动并牵引整列车正常行驶；（3）具备电制动、空气制动和手制动三种制动方式；（4）具有变频装置，以适应不同的工况；（5）配备的蓄电池单次充电需保证10kM的运输；（6）因电瓶车和碴土车、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、连接方式等应有整体的部署。故最终确定：采用45T电瓶车，整体采用排气制动，轨距900mm，连接方式采用G3/4快速接头，距轨面连接高度430mm。6龙门吊龙门吊是将碴土垂直运输到地面蓄土池的起升设备，主要考虑如下：（1）首先满足满载吊运时的总重量，即碴斗自重+满载碴土重量，经计算：最大吨位不超过45t，即设计龙门吊应为45t（不含吊具）；（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，但净高一般设计为8m以上，以保证翻碴机构必须的正常高度，即3m；（3）根据施工场地条件限制，龙门吊布置一般有两种方式，即平行于盾构掘进方向和垂直于盾构掘进方向，因此翻碴机构也分为两种，即龙门吊中央翻碴和侧面翻碴两种形式，选用时可根据实际情况自行设计；（4）为保证大车行走平稳，大车行走机构一般采用变频设计，最大行走速度不超过39.5m/min；（5）为节省垂直运输的时间和吊运时的稳定性，主起升机构一般采用变频设计，双制动，速度9.6m/min（重载），最大可达16m/min（空载）；（6）起吊扁担采用自动平衡装置，吊具可拆卸，摘挂方便灵活；（7）设计一副勾，一般是吊运管片，按照施工方案，最大吊重为一节管片车和三片管片，因管片车约3t，每片管片最大不到4t，故设计起重量为3+4×3=15t，起升速度为14m/min，且有点动功能；（8）龙门吊设计时还需考虑声光报警、防雷、防潮、手动夹轨装置、起升高度限位装置、起重量限位装置、大小车行走限位装置、起升高度显示仪、重量显示仪、避雷针、风速仪、蜂鸣器等。7结束语盾构施工是一个需要全方位配合才能完成的工作，尤其是施工设备，不仅需要单台设备的正常工作性能，而且需要每种设备的相互协调配合，才能确保盾构施工的顺利进行，所以，笔者认为，无论哪一种设备的选用，其选型的正确与否，不管是对盾构机的顺利施工，还是对施工的成本和效益，均有着极其重要的作用，因此，应十分重视后配套的选型工作，既要考虑其设计性能特点，又要考虑其造价成本，只有这样，才能选出及高效又经济的后配套设备，为盾构施工发挥出最大效益.