24-后配套设备选型设计及洞内布置

13-2-24盾构后配套设备选型、设计及洞内布置1前言1.1概述盾构后配套设备是为盾构机的其它机械设备，盾构后配套设备主要配置以围绕出碴、供料等施工需要，在充分考虑施工工期和盾构始发井场地条件的前提下予以配置。盾构法施工原则上应考虑整个施工期间的均衡、连续生产作业及相互之间的性能参数的合理匹配并力求整套系统较低的使用成本，保证安全、经济、可靠的运行。盾构后配套设备主要有水平运输设备（如电瓶车、渣土车、管片车、浆液车等）、垂直运输设备（如龙门吊等）、拌浆设备（拌浆机）和通风设备（通风机）等。1.2适用范围适用于城市地铁土压平衡盾构后配套设备配置。2盾构后配套设备选型设计流程盾构后配套设备选型设计流程见图2-1图2-1盾构后配套设备选型设计流程3水平运输设备的选型设计3.1电机车的选型3.1.1常用电机车的形式隧道内常用电机车的形式有蓄电池式电机车和绕线式电机车2种，一般地铁隧道选用蓄电池式电机车。现场施工条件调查设备选型市场调查施工工序和施工方式确定设备选型比较确定设备选用型式设备技术参数确定23.1.2电瓶车的选型设计（1）选型条件以下列条件为例，其余可参照。①区间隧道最大纵坡为35‰;②掘进断面外径6.34米;管片外径6.2米,内径5.5米,每环宽1.2米；③渣土松散系数设为1.2。（2）土方计算①每环实际掘进距离按1.2米,则每环挖掘土方为:TF=π(d/2)2×1.2×1.2=3.14×(6.34/2)2×1.22=45.43(m3)≈45m3②为合理配置车列长度,并使每一渣斗装载及吊卸重量合理,选配5个渣土车,渣土箱容积选9m3较为合理,即5个渣土车总运渣量为:PZT=9m3×5=45m3③若按每方渣土1.8t计算，总出渣重量为:WZT=PZT×1.8t/m3=45m3×1.8t/m3=81t（3）牵引力计算及机车选型1）车列各单元自重:ZT-9(9m3渣车):6t×4(4辆)=24tGP-15(管片车):3t×2(2辆)=6tSJ-5(5m3砂浆搅拌运输车):5t×1(1辆)=5t管片重量:20.1t2）满负荷各单元重量:ZT-9:4×6t+81/5×4t=24t+64.8t=88.8tGP-15:6t+20.1t=26.1tSJ-5:5t+8.5t=13.5t3）列车编组目前两列编组方式较为常见，施工效率较高。第一列编组：1台电机车+4节碴土车第二列编组：1台电机车+1节碴土车+1节砂浆车+2节管片车两列编组，不含机车自重时满载重分别为88.8t、45.6t。4）机车牵引力计算:基本参数:①线路最大纵坡：35‰②持续速度：7.8km/h③最高速度：15.6km/h④列车载荷Q（不含机车自重）：88.8t3机车起动粘着牵引重量：aYgqQigwgigwgPFQ)/()](['''式中qQ—机车起动时牵引重量，kNgF—粘着牵引力＝μ×P，N式中μ—粘着系数，取0.33P—机车粘着重量，kN'wg—坡道上机车单位阻力，5N/kNig—坡道阻力系数，取纵坡千分数绝对值＝35，上坡为＋，下坡为－''wg—坡道上车辆单位阻力，17N/kNaYQ—机车所配动力计算牵引重量，kN按35‰上坡道,设机车自重为20t,则机车的起动粘着牵引重量为:qQ＝[0.33×200,000－200×(5+35)]/(17+35)≈1115（KN）≈113(t)显然,20吨位机车足够。依据上述算式，可设在同样条件下，机车自重分别为18吨、25吨位时计算其牵引力。其计算结果为：机车自重18吨时的机车牵引重量：102t机车自重25吨时的机车牵引重量：142t3.1.3电机车结构形式的确定（1）电机车主要技术参数电机车主要技术参数见表2-1表2-1电机车主要技术参数序号项目单位技术参数备注1粘着重量t182轨距mm7623传动方式直—交4固定轴距mm20005轮径mm6806最高速度km/h127通过最小曲线半径m158机车外型尺寸m5285×1360×2000（2）电瓶车结构组成说明电瓶车预留与运碴车连接的制动管快速接头，并在操作室中设置控制装置，控制运碴车制动。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。根据现有的机车类型，交直流变频机车具有粘着力大、易于操作、无污染、使用成本低等优点，4因此使用交直流变频机车。3.2渣土车的选型设计3.2.1常用渣土车的结构形式常用渣土车的结构形式主要由土箱、转向架、芯盘、轮对、基础制动、空气制动及牵引装置等部分组成。3.2.2渣土车的选型（1）每环出碴设计总方量V碴=πD2/4×L×N=π×6.342/4×1.2×1.2=45.4m3/环式中d-盾构刀盘外径ф6.34m；L-每环掘进深度1.2m；N-松散系数1.2。（2）每节土箱装碴容量V箱=V碴/5节=45.4m3/5节=9.08m3/节取整：V箱=9m3/节（3）每环分两次出碴，运碴车实际运碴总容量V碴车=9m3×5台/次=45m3/环≈45.4m3/环能满足施工需要。运碴车选型：土箱容量为9m3的运碴车。（4）其他参数：每环出碴总重量：G碴=ρ碴V碴/N=1.8×45/1.2=67.5t/环(地质资料：ρ碴-碴土比重1.8t/m3)每节土箱装碴重量:G节碴=ρ碴V箱/N=1.8t/m3×8m3/节/1.2=12t/节每节碴车自重参数：G碴车=G平板+G箱=3+3=6t/节3.2.3渣土车结构形式的确定（1）渣土车技术参数渣土车技术参数见表2-2表2-2渣土车主要技术参数序号项目单位技术参数备注1碴车界限尺寸mm4300×1460×20002碴箱容积尺寸mm3800×1400×17003自重t64轨距mm7625轮径mm4006最高速度km/h157牵引销中心线距轨面高度mm4308最小转弯半径m509总容量m395(2)渣土车组成容量约为9m3。土箱为平底,车架四角设挡板定位，与车架无任何连接；土箱上设置销轴式起吊装置和销轴旋转式卸渣装置。渣土车结构：主要由土箱、转向架、芯盘、轮对、基础制动、空气制动及牵引装置土箱等部分组成,其自身不带动力,不具有独立行走功能,保养简便。1）土箱土箱主要由8mm及15mm、20mm钢板拼焊而成。土箱两侧及前后均由8mm钢板压型拼焊而成，其余主要采用15mm钢板拼焊,上芯盘与土箱连接处为两块20mm钢板,土箱内的加强筋及隔板均采用8mm钢板。起吊装置：销轴式。销轴置于土箱两外侧上方纵向中心轴线适当位置，龙门吊板梁钩形吊钩可直接起吊。卸渣装置：销轴旋转式。销轴置于土箱两外侧下方纵向偏离中心轴线适当位置，土箱偏心销轴置于渣坑上的固定支架上产生偏矩旋转卸渣，确保渣土卸尽。起吊轴Φ110×200及翻转轴Φ80(Φ160)×80焊接于土箱上。2）转向架转向架为两轴转向架,由构架、下芯盘、轮对、基础制动、空气制动系统组成。构架由钢板拼焊而成,在构架侧架上装有两个滑块,以限制土箱的摆动。轮对为整体铸钢轮,轴箱轴承支承。基础制动为一个制动缸驱动四个闸瓦的单侧制动单元。下芯盘与转向架焊接在一起,芯盘以上的重量将由它伟递到转向架上。渣土车运动时通过转向架、芯盘转向，弹簧减震。3）芯盘芯盘总成主要由上芯盘、下芯盘、芯盘中心销等组成。芯盘总成起着传递牵引力、制动力的作用,是整个渣车的关键部件。4）空气制动系统结构主要由制动缸、制动软管、主管路、弯头、异径接头、快速接头等组成。制动系统采用排气制动:排气时(气压为0)，闸瓦通过制动缸内的制动弹簧，经过杠杆机构进行制动,制动性能稳定,不易受外界因素干扰；当列车管压力为4kg/cm2时，闸瓦缓解。渣土车之间制动管路连接采用快速接头连接并设置闸阀，使渣土车既可单独使用又可编组使用。气源由电瓶车提供并控制。3.3浆液车的选型设计3.3.1常用浆液车的形式常用浆液车主要由料斗、牵引座、制动系统，动力系统、搅拌系统、泵送系统、电器控制系统等组成。3.3.2浆液车的选型设计（1）计算每环注浆设计容量V浆0=(πD2/4-πD02/4)L=π/4×(6.342-6.22)×1.2=1.65m3/环式中D0-每环管片外径ф6.2m（2）每环灌注砂浆实际重量实际灌浆中会发生渗透及渗漏及其它因素，经验值取V浆=1.5～2.5V浆0=1.5～2.5×1.65=2.5～4.1m3/环（3）浆液车的容量结合砂浆在运输过程中的流动性，浆液车的容量取大取整：6V浆=5m3/环＞4.1m3/环能满足施工需要。（4）浆液车所装砂浆的最大重量：G浆=ρ浆V浆=1.7×5=8.5t式中ρ浆-砂浆比重相应每节浆液车自重参数：G浆车=5t（5）浆液车选型：容量为5m3的浆液车。3.3.3浆液车结构形式的确定（1）浆液车技术参数浆液车技术参数见表2-3表2-3浆液车主要技术参数序号项目单位技术参数备注1砂浆车界限尺寸mm4000×1400×24002总容量m353自重t54轨距mm7625轮径mm4006轴距mm15007最高速度km/h258最小转弯半径m509出料速度m3/h1110牵引销中心线距轨面高度mm43011搅拌电机功率kw7.512减速器型号、速比KA107、i=121.4613搅拌轴转速r/min1214电源ACV380（2）浆液车组成浆液车由料斗、牵引座、制动系统，动力系统、搅拌系统、泵送系统、电器控制系统等组成。搅拌料斗：由8mm、16mm、20mm钢板制形拼焊而成，有效容积为5.5M3，两端16mm钢板数控切割机切割成形，斗身8mm钢板滚制成U形焊接成整体料斗,再与其它部件组焊成搅拌料斗。搅拌主轴：采用φ120mm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。搅拌系统：由从动链轮总成、链条、搅拌轴减速机组、前后轴总成、主动链轮总成、搅拌轴总成组成,搅拌轴转速为10r/min,搅拌轴功率为11KW。行走支撑与行走轮总成：轨行式。采用两轴轴箱承载式走行机构。行走支撑下部卡块与车轴轴箱两侧凹槽配合组成车辆导框机构,通过8对减震弹簧组,将上车部分的全部载荷传递给轮对轴箱,7最终将全部载荷传递给钢轮,提高了车辆行走的平稳性，也大大延长了轴承的寿命。制动系统：同渣土车制动系统。动力系统：交流电机，380V,由盾构机提供电源。泵送系统：把浆液车内的砂浆转驳到盾构机上的储浆罐内。转驳泵由小松公司提供,工地现场安装,浆液车在制造时预留转驳泵安装位置。3.4管片车的选型设计3.4.1常用管片车的形式常用管片车主要由车架、轮对、手制动系统组成。3.4.2管片车的选型设计（1）计算每环管片重量每环管片组成为：三块标准块、二块邻接块、一块封顶块。G管=ρ管V管=ρ管(πD2/4-πD02/4)L=π/4×(6.22-5.52)×1.2×2.6=20.1t/环式中D-每环管片外径ф6.2m；D0-每环管片内径ф5.5m；L-管片长度1.2m。ρ管-2.5～2.6t/m3)计算重量为20.1t（管片内径为5.5m），取两节管片装运车较为合理，每节管片车所装管片可取总重的一半计算：G管/2=20.1/2=10.1t（2）选型管片车载重为15t＞10.1t，能满足施工需要。相应每节管片车自重参数：G管车=3t管片车选型：载重为15t的管片运输车。3.4.3管片车结构形式的确定（1）管片车主要技术参数管片车主要技术参数见表2-4表2-4管片车主要技术参数序号项目单位技术参数备注1界限尺寸mm4200×1400×1930运输3片管片时的尺寸2自重t33轨距mm7624最小转弯半径m505载重t156构造速度km/h257轴距mm2750（2）管片车组成停车制动装置：机械式手制动，防止管片车在大坡度上溜车。8主要结构：主要由车架、轮对、手制动系统组成。车架：平底V形,型钢拼焊而成,用于承载管片及料具。管片支撑处设置有橡胶垫板,保护管片和车辆不受损坏。轮对:轮径Φ3