盾构配套运输设备选型及洞内布置工艺工法.docx
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盾构配套运输设备选型及洞内布置工艺工法
盾构配套运输设备选型及洞内布置工艺工法
一、前言
为满足盾构工程施工的需要,除盾构机整机需要选型外,还需对盾构机及整个后配套设备进行选型计算。
在选型过程中,盾构机因为价值大、技术复杂等特点往往受到高度重视,而后配套设备由于金额相对较低、机型复杂、数量多等特点往往不被人重视。
盾构法施工的连续性非常强,任何一个环节上的设备出现问题,都会直接影响生产效率。
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的事例并不少见。
选型的后配套设备包括电瓶车、渣土车、管片车、砂浆车、龙门吊等。
二、适用条件
本工法适用于城市地铁施工用土压平衡盾构机后配套的选型,通过选型计算进行后配套运输列车的编组及洞内布置。
三、选型的原则及依据
1、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、满足安全施工进度要求原则、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、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。
2、盾构机配套运输设备的选型主要依据以下文件资料:
设备采购合同、工程岩土勘察报告、投标文件、工程施工承包合同、工程设计图纸、工程施工组织设计等。
四、选型工艺流程及要点
根据隧道开挖直径及设备参数(按1.2米宽管片,盾构机开挖直径6250mm计算),洞内盾构每环出渣用一列运输列车运出,每次由一台电瓶车牵引,配备两节管片车、一节砂浆车和五节渣土车。
设备选型依据如下:
1、渣土车选型及计算
渣土车是运输渣土的直接载体,在设计时务必要遵循以下几点:
1.1渣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45吨的设计。
1.2渣土车的宽度不得超过盾构机内部的最大限宽,高度不得超过双轨梁电机及葫芦,渣车的尺寸在选型时要留有一定的富余量,如图1。
图1后配台车内部尺寸图2龙门吊翻转倒土
1.3渣土车的渣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渣斗,而底盘不同时吊起。
1.4转弯半径不得大于25m。
1.5渣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,最后端的一节渣车将无法装运渣土。
1.6考虑到渣土车在龙门吊吊出时需顺利倒渣,因此在渣土车两侧分别设计了起吊轴和偏心翻转轴,如图2。
计算每环出渣方量:
V=πd2/4×L×n
=π×6.252/4×1.2×1.4=51.5m3
式中,V—————每环计算出渣方量
L————每环管片宽度
n————渣土松散系数
根据出土的方量,同时考虑到有一定的富余量,将每节渣车设计为17m3,采用5节渣车编组,即每列列车可以运输17×5=75m3
图3运渣车图图4渣车底盘图
表1运碴车主要参数表
序号
项目名称
参数
备注
1
车体总长
6.3m
2
车体宽度
1.5m
3
车体高度
2.35m
4
容积
17m3
5
重量
13吨
底盘5.25吨
6
挂购销孔中心与轨面距离
430mm
7
轨距
900mm
8
车轮直径
410mm
9
制动方式
排气制动
10
每台制动缸缸数
4
11
制动气压压力
0.8MPa
12
最小转弯半径
25m
2、浆车选型及计算
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:
2.1满足台车内限界尺寸限制。
2.2转弯半径不得大于25m。
2.3浆液需从浆车中顺利抽出,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。
2.4设置适合于对含有固体颗粒的砂浆流体的密封结构,砂浆输送泵质量可靠,使用耐久,砂浆出口压力1.2Mpa,功率11KW。
计算每环注浆量:
V浆=(πd2/4-πd,2/4)×L
=π/4(6.252-62)×1.2=2.89m3
V浆—————每环砂浆容量
d—————盾构机开挖直径
d,—————每环管片外径
考虑到地层的渗透系数及其它因素的影响,将浆车的容量设计为7.5m3。
图5运浆车
表2运浆车主要参数表
序号
项目名称
参数
备注
1
型号
SJC8-1
2
车体总高
2.3m
3
车体宽度
1.4m
4
车体总长
5.2m
5
轨距
900mm
6
容积
7.5m3
7
自重
6.6吨
8
挂购销孔中心与轨面距离
430mm
9
最小转弯半径
25m
10
车轮直径
410mm
11
制动型式
手动
12
搅拌电机型号
Y-18.5-B3
13
搅拌电机功率
18.5kw
14
搅拌电机转速
960r/min
15
搅拌轴转速
960r/min
16
砂浆输送泵型号
2PN
(叶片材料Gr26)
17
输浆量
47.1m3/h
18
砂浆输出管闸阀形式
手动蝶阀
19
砂浆输出管口径
φ80mm
3、管片车选型及计算
管片车是将管片从洞外运到盾构机管片拼装机前的唯一载体,每列车两节,每节装三片管片,设计时应注意如下:
3.1管片叠放在管片车上时,必须和管片车是软性接触,即设置专门的橡胶垫,橡胶垫位置应适应于管片受力,防止运输过程中管片的损坏。
3.2按照管片的弧型应将管片车设计成凹型结构,以保证最底层管片和管片车的充分接触。
3.3三片管片叠放在管片车上,单轨梁起吊最上一片管片时,必须保证从第二片最上部顺利通过。
3.4转弯半径不得大于25m。
3.5行走系统应设置缓冲装置,制动可靠。
图6管片车图
表3管片车主要参数表
序号
项目名称
参数
备注
1
车体总长
3.6m
2
车体总宽
1.32m
3
车体总高
0.54m
4
重量
3.2吨
5
制动形式
手动
6
车轮直径
410mm
7
最小转弯半径
25m
8
挂钩销孔中心与轨面距离
430mm
4、电瓶车选型及计算
根据施工组织安排,运输方式定为两列编组列车交叉作业:
一列车在隧道内作业,另一列车在井口卸渣、装管片及装砂浆,提高效率。
电瓶车是将渣土从出土口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进行,故主要考虑如下:
4.1每辆电瓶车必须具备牵引一节浆车、两节管片车和五节渣车并满足全负荷的能力。
4.2能保证在35‰的坡道上安全启动并牵引整列车正常行驶。
4.3具备变频装置,以适应不同的工况。
4.4配备的蓄电池单次充电需保证10KM的运输。
4.5根据相关安全规范,地铁隧道施工电瓶车允许的行驶速度在15~20km/h以下,根据这一速度计算列车的容量等级和列车数。
4.6因电瓶车和渣土车、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、连接方式等有整体的部署。
电瓶车选型计算:
电瓶车的选型主要考虑起牵引能力,电瓶车主要有两种工况,一种工况为满载渣土驶出,另一种工况为装载一环管片及满载浆液驶进。
G1=G渣+2G管片车自+G砂浆车自=205.3t
G2=5G渣自+G砂浆车自+G浆液+G管片+2G管片车自=116t
Gmax=G1=205.3t
按照盾构隧道常见最大坡度30‰来计算,电瓶车所需要的最小牵引力:
Pmin=GQ(Wq+iq)/(µ-Wq,-iq)
其中:
µ为机车粘着系数,取0.26
Wq,为机车单位启动阻力5‰,根据机车牵引取值
iq为坡道阻力系数30‰。
Wq=3‰+0.4iq=15‰
Pmin=205.3(15‰+30‰)/(0.26-5‰-30‰)=41.4t
依据上述计算公式,同时考虑留有余量,选用电瓶车牵引力45t。
图7电瓶车图
表4电瓶车主要参数表
序号
项目名称
参数
备注
1
车体总长
7800mm
2
车体总宽
1550mm
3
车体总高
2450mm
4
牵引力
45吨
5
轨距
900mm
6
传动比
12.99
7
启动牵引力
126kN
8
持续牵引力
96kN
9
最高速度
25km/h
10
最小曲线半径
25m
11
重载爬坡度
35‰
12
制动型式
闸瓦制动
5、编组列车布置
编组列车如下图所示,即保证了一列编组列车完成掘进、运浆及管片拼装任务,又满足编组列车总长度不大于皮带输送机的总长度,最后一节渣车正常出土。
图8盾构机主机及台车图
图9盾构机列车编组图
6、龙门吊选型及计算
龙门吊是将渣土垂直运输到地面渣土坑的起升设备,主要考虑如下:
6.1首先满足满载吊运时的总重量,即吊运满载渣土重量不得大于龙门吊起升重量。
6.2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。
净高设计为8m以上,以保证翻渣机构必须的正常高度,即3m。
6.3根据施工场地条件限制,龙门吊布置一般有两种方式,即平行于盾构机掘进方向和垂直于盾构机掘进方向,因此翻渣机构也分为两种,即龙门吊正面倒土和侧面倒土两种形式,选型时可根据场地的实际情况进行具体设计。
6.4为保证大车行走平稳,大车行走机构采用变频设计。
6.5为节省垂直运输的时间和吊运时的稳定性,主起升机构采用变频设计,双制动。
6.6龙门吊设计时还需考虑声光报警、防雷、防潮、起升高度限位装置、大小车行走限位装置、起升高度显示器、重量显示仪、避雷针、风速仪、蜂鸣器等。
起吊单件最大重量比较:
渣土及渣车重量:
ρ渣V斗+M渣车=1.4×17+13=36.8吨
电瓶车重量为:
M粘-M瓶=45-3×5=30吨
从上式可以得出,龙门吊吨位应大于36.8吨,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,龙门吊最大起吊重量为:
M吊=36.8×1.2=44.2吨
结合对龙门吊型号的比选,取起升重量为45吨的龙门吊,完全能满足施工需求。
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- 关 键 词:
- 盾构 配套 运输设备 选型 布置 工艺