盾构后配套设备的选型计算

    关键词： 盾构机  后配套设备  选型计算

   中图分类号：U455．3+3    文献标识码：A

    为满足上海地铁R413标段盾构工程施工的需要，除盾构机整机为外购外，需对盾构机的整个后续设备，即盾构后配套进行选型计算。选型设备包括电瓶车、碴土车、管片车、砂浆车、龙门吊等。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原则、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。

  本次需制造的盾构后配套设备将用于上海地铁R413标段盾构工程施工，运输轨道为单线，轨距为762mm，线路最大纵坡为35％o，轨道设计最小曲线半径180m，线路使用24kS／m钢轨。

    1  电瓶车及编组车辆选型计算

    根据标书中工期的施工安排，洞内盾构每环出碴分两次运出(两列车进出)，每次由一台电瓶车牵  引，配备两节管片车、一节砂浆车、三节碴土车。设备选型依据如下述。

  1．1  碴土车选型

    计算每环出碴方量：

     考虑到与井口为出碴而计划配备的25t龙门吊匹配，除去碴土车的自重，每节装碴重为14t以下较为合理，再结合每次出碴方量(56。8／2)÷4=7．1 m3，  取整后得出每节斗容为y=8 m3。

    相应每节碴土车自重参数：

    1．3  管片车选型

    计算每环管片重量：每环管片由三块标准块、二块邻接块、一块封顶块组成。计算重量为22t(管片内径为5．5 m)，取两节管片车装运较为合理，每节管片车所装管片可取约总重的一半计算，即M管／2二22／2二11 t。

    相应每节管片车自重参数：M管车=3 t。

   1．4  电瓶车选型

    (1)碴、浆、管运输方式

    根据施工组织安排，运输方式定为每环两列车两次出碴：一列车在隧道内作业，另一列车在井口卸碴、装管片及装砂浆，交叉进行。

    (2)电瓶车牵引时最大重量计算

    电瓶车每环出碴时牵引重量最大，结合实际，最大重量时列车编组为：三节满载碴土车+一节空砂浆车+两节空管片车，对出碴时牵引重量进行计算，可算出牵引最大重量为：

  (3)牵引计算

    电瓶车牵引计算以最不利的运行条件作为计算依据，根据线路情况，重载M=65 t，上坡最大坡度=25％o为最不利条件(j=35％o坡度时为重载下坡)，

计算过程如下。

    根据电机工程手册，此状态下电瓶车应具有的最小粘重户，按起动条件计算：将以上参数代人公式，得户=12．4 t，若考虑到轨道条件不好，粘着系数较低，取Ψ=0．20，那么电瓶车的粘重户=16．27t。

    从以上计算看出，电瓶车的粘重为18 t可以保证电瓶车牵引65t列车可靠运行。

    (4)电瓶车的选型

    根据以上计算数据，结合几家厂家给出的各型电瓶车牵引吨位表、图，建议采用兰州机车厂生产的18 t的电瓶车，该型号电瓶车在25％o的上坡段(本标段直线推进段的最大坡度为26％。)，时速为10km／h的状况下，可牵引吨位为73．6t，能满足施工需求。

 在35％0的小半径曲线段施工时，重车为下坡，同时因施工速度放慢，电瓶列车时速降为8 km／h，或还可采用2台18t的电瓶车同时牵引保持10km／h的工况，均能满足施工需求。

    2  电瓶车及编组车辆技术参数的确定及技术说明

   参考上面的已知条件及计算得出的主要参数，可确定电瓶车及编组车辆相关技术参数，如表1所示。 

    2．1  碴土车技术说明

    碴土车主要由转向架、底盘、车厢等系统组成。

    (1)转向架

    转向架是碴土车的走行机构，每台碴土车有两个转向架。它由两个侧架、一个横梁、两对轮对、四组弹簧、两个制动缸等部件组成。在碴土车运动时，通过芯盘转向，弹簧减震。制动方式为排风制动，当列车管压力为0时，闸瓦通过制动缸内的制动弹簧，经过杠杆机构进行制动；当列车管压力为0．4 MPa时，闸瓦缓解。

    (2)底盘

    底盘通过螺栓与转向架芯盘连接，拆卸方便。

    (3)车厢

    车厢与底盘通过一个凹形箱定位厂勺底盘无任何连接，因此可直接起吊，弃碴方便，容量约为8m3。

    2．2  砂浆车技术说明

    砂浆车主要结构由车体、走行部、动力系统、搅拌系统、电器控制系统等几部分组成。

    (1)车体主要由10mml6Mn钢板组焊而成，其最大容积为5 m’，两端端板为14 mml6Mn钢板，车体两端设有轴销式牵引联接装置，用于车辆和机车的连接。

    (2)走行部采用两轴轴箱承载式走行机构，轴箱上部设有两组复合减震弹簧，不仅提高了车辆行  走的平稳性，也大大延长了轴承的寿命。

    (3)搅拌系统的搅拌主轴采用批20 mm的厚壁无缝钢管，这样既保证了轴的强度和刚度，又减轻了整车的重量，搅拌片在搅拌轴上分成前后旋向不同的两部分，这样有利于砂浆的排空。搅拌轴在箱体两端的密封采用动、静环式的机械密封方式，动、静环采用耐磨材料制作，这样密封可靠，密封系统不容易损坏，检修工作量小。

  2．3  管片车技术说明

    停车制动装置：机械式手制动，防止管片车在大坡度上溜车。

    主要结构：与运碴底盘同。

    管片外径：Φ6．2m。

   3  验证及完成电瓶车编组

   3．1  验  证

    电瓶车后配套尺寸是在满足施工组织要求的前提下，又要与盾构机要求的工作界限尺寸相吻合的情况下而确定或计算得出。

    以下为盾构机后续台车净空要求的尺寸参数。

   (1)   相应车辆外型尺寸

    其它各节车辆均满足相应宽度、高度要求。

  3．2  完成编组

    依照上面的计算，可得出盾构后配套，即列车示(图1)。

  4  龙门吊的选型计算

  4．1  主龙门吊的选型计算

    根据施工安排，每个井口需安装一台龙门吊，用于吊装电瓶列车人井及吊出碴车卸碴。以电瓶列车各配套车辆的技术参数为依据，可确定或计算出龙门吊的技术参数。  

    (1)   单件最大重量比较

   (2)龙门吊吨位的确定

    从(1)式可以得出，龙门吊吨位应大于18 t，考虑龙门吊安装误差及特殊工况，为提高稳定性，取安全系数n=1．2—1．5，龙门吊最大起吊重量为：

   结合对龙门吊厂家的调查，比较接近的标准配置为20t和32t，加上考虑在上海施工有风力的影响，故取起重量为32 t A型双梁龙门吊(标准配置)，安全性更高，能满足施工需要。

    (3)其它参数的确定

    根据施工井口断面相应尺寸及施工需要，确定如下参数。  

    跨度：16m；起重高度：+11 m，—25 m。两端有效悬臂：4．5 m；速度：标准配置。

    吊构：板梁专用吊构，卸碴方便，结合运碴车设计。 电缆敷设：卷盘式，五芯电缆100m。

    操作室：位置可调换。

  4．2  附龙门吊选型计算

    另外，吊装管片需专门配备一台龙门吊，同样依据最大起吊的管片重量可确定管片龙门吊的吨位。

    (1)吊装最大重量

    根据每环管片由3件标准块、2件邻接块、1块封顶块组成，其中单件标准块重量最大，每块标准块弧度为72*，每环管片总重约为22 t，按两次吊装完成，得出每次最大重量约ll t。故可确定相应龙门吊为12．5 t的吨位较接近需要。

    (2)其它参数确定

    同样，根据施工井口断面相应尺寸及施工需要，可确定如下参数。

    跨度：16m；起重高度：+7．5 m，—25 m；两端有效悬臂：4．5 m。

      5  结  论

    根据以上选型，相关技术参数得到了几个相关专业生产厂家的确认，最后，为公司进行并完成相关后配套设备的招标采购做好了技术准备。

                                           李华荣

                                               (中铁二局第四工程有限公司，成都610031)

                                             《现代隧道技术》2005年第3期