0引言
盾構是集機械、電氣、液壓、測量、控製等多種學科技術於(yu) 一體(ti) ，專(zhuan) 門用於(yu) 地下隧道工程開挖的技術密集型重大工程裝備。近年來，隨著國內(nei) 城市地鐵的大量修建，作為(wei) 隧道掘進設備的盾構在國內(nei) 地鐵隧道工程上的應用越來越廣泛。目前，國內(nei) 地鐵隧道襯砌最常用地鐵隧道襯砌預製鋼筋混凝土管片以Φ6m外徑為(wei) 主，不同城市采用的管片分度不同，所以預製的管片縱向螺栓連接孔分度主要有22.5°分度(16顆徑向螺栓)及36°分度(10顆徑向螺栓)2種規格。為(wei) 滿足不同分度管片洞內(nei) 封頂塊拚裝，推進油缸典型布置為(wei) :22.5°分度管片的推進油缸采用16組雙缸均布設計(共32根油缸)，36°分度管片的推進油缸采用20組單雙油缸(共30根油缸)交叉布置設計。
目前國內(nei) 現有的盾構掘進設備的推進油缸布置僅(jin) 能適應一種分度管片施工，盾構設備隻能在管片規格相同的工程間調動使用，在管片分度不同的工程施工需要進行設備改造，耗費資金、增加人力、占用工期。通過對各個(ge) 城市地鐵管片的統計分析，仔細研究盾構推進係統，設計了一種可以適用2種分度管片拚裝的盾構設備。優(you) 化的設計方案能提高設備的適應性，減少重大工程裝備的投入，同時在減少重大工程裝備生產(chan) 、促進節能減排方麵有一定的積極意義(yi) 。
1盾構推進油缸分區布置設計原則
在國內(nei) ，分度為(wei) 22.5°分度或者36°分度的管片均有通用環設計。在管片拚裝過程中，封頂塊可能在任意拚裝點位置。本文推進油缸設計分析均考慮通用環管片對推進油缸帶來的影響。
在推進油缸布置設計時，主要滿足管片封頂塊(以下簡稱K塊)、標準塊和臨(lin) 接塊的拚裝，並考慮管片結構受力、縱縫分布方位、受力點布置、管片組裝施工方便性等因素。盾構推進時，推進油缸直接作用在管片上以獲得前進的反力。因此，推進油缸布置需要滿足管片錯縫拚裝;K塊可以出現在圓周任意拚裝點;無論管片如何錯動，推進油缸布置保證每塊管片所受推進力均等，尤其保證K塊插入時的受力對稱。
基於(yu) 隧道工程管片通用環拚裝要求，K塊位置可能出現在所有分度位置，K塊分布點位數量
Fn=360°/a。
式中:Fn(或fn)為(wei) 封頂塊拚裝點數;a為(wei) 連接螺栓的間隔角度。
所以，連接螺栓為(wei) 22.5°分度的K塊拚裝點有16個(ge) ，連接螺栓為(wei) 36°分度的K塊拚裝點有10個(ge) 。22.5°分度管片間縱向螺栓為(wei) 16個(ge) ，沿圓周方向均布，相鄰的2個(ge) 環向螺栓孔與(yu) 管片中心所成角度為(wei) 22.5°。為(wei) 保證管片間的環向連接，管片沿環向有16個(ge) 拚裝位置，每個(ge) 位置稱為(wei) K封頂塊插入點，即管片的一個(ge) 拚裝點，管片拚裝點位(F1～F16)布置如圖1所示。
圖1 22.5°分度管片拚裝點(Fn)布置圖
36°分度管片間縱向螺栓為(wei) 10個(ge) ，沿圓周方向均布，相鄰的2個(ge) 環向螺栓孔與(yu) 管片中心所成角度為(wei) 36°。為(wei) 保證管片間的環向連接，管片沿環向有10個(ge) 拚裝位置，每個(ge) 位置稱為(wei) K封頂塊插入點，即管片的一個(ge) 拚裝點。管片拚裝點位(f1～f10)布置如圖2所示。
2同時適應2種分度管片的盾構推進油缸分區方法
在滿足錯縫及封頂塊可以在任意拚裝點拚裝，所有環片受力低於(yu) 最小承壓比的前提下，根據式(1)，當連接螺栓間隔角度為(wei) 22.5°時，滿足16個(ge) 拚裝點(F1～F16)要求，推進油缸總數至少為(wei) 16組，設計上采用16組雙缸(雙撐靴)周向均勻布置;當連接螺栓間隔角度為(wei) 36°時，滿足10個(ge) 拚裝點(f1～f10)要求，推進油缸總數至少為(wei) 10組。根據空間布置及受力要求，設計上采用10組單缸(單撐靴)和10雙缸(雙撐靴)周向均勻交錯布置形式，2種布置形式在目前盾構設備上已經有成熟應用。
圖2 36°分度管片拚裝點(fn)布置圖
以上2種常見設計符合了推進油缸布置原則，能滿足各自的管片拚裝要求。利用以上原則，如果需要滿足2種分度管片封頂塊拚裝要求，並保證所有管片受力均勻，即要滿足26個(ge) 封頂塊拚裝點位要求。如圖3所示，在3點和9點(鍾表方位)方位上，有2個(ge) 封頂塊拚裝點重合，即F5與(yu) f4、F13與(yu) f9重合，實際隻需要24個(ge) 封頂塊拚裝點位。因此，為(wei) 了滿足2種分度管片拚裝要求，至少需要24組油缸，並保證撐靴中心分布在拚裝點上，同時考慮好管片受力均勻時推進油缸整體(ti) 布置。
根據以上分析，設計如圖4所示的24根推進油缸布置方案。采用剛好滿足2種分度管片所需最少拚裝點數的24根油缸進行布置，24根油缸在圓周第一象限的方位為(wei) 0°、18°、27°、45°、54°、67.5°、90°，其他3個(ge) 象限油缸布置按兩(liang) 軸對稱布置。推進油缸撐靴布置根據適應管片的不同進行組合和調整。
圖3 適合2種分度推進油缸工作示意圖
圖4 適合2種分度油缸布置示意圖(第一象限)
3適應2種分度管片的推進油缸布置形式
用於(yu) 22.5°分度管片時，第18°，27°方位油缸(拚裝點位F2或f2處)共用1塊並聯的雙撐靴①推進油缸，其他3個(ge) 象限均對稱布置，剩餘(yu) 拚裝點位油缸全布置為(wei) 單撐靴②推進油缸(見圖3)。在全周需16個(ge) 拚裝點位中，12個(ge) K塊拚裝點位(F1，F3，F4，F5，F6，F7，F9，F11，F12，F13，F14和F15)是1根單撐靴油缸拚裝，其餘(yu) 4個(ge) 位置處(F2，F8，F10和F16)是2根油缸組成的雙撐靴拚裝封頂塊，16個(ge) 點位布置均滿足22.5°分度管片拚裝要求。
用於(yu) 36°分度管片時，方位第18°，27°油缸(拚裝點位F2或f2處)更換成單撐靴推進油缸②，4個(ge) 象限對稱點進行同樣更換操作，共采用24根單缸拚裝K塊，每個(ge) 拚裝點采用單撐靴油缸進行封頂塊拚裝，能滿足36°分度管片f1～f10的10個(ge) K塊拚裝點位要求。推進油缸布置如圖5所示。
經過對24組推進油缸優(you) 化布置方案進行22.5°和36°分度管片的拚裝分析，能滿足錯縫拚裝，適合所有拚裝點封頂塊拚裝。受力點比36°分度推進係統20組油缸數量還多4組，最小承壓比低於(yu) 設計要求，所有環片受力更均勻，推進油缸布置滿足管片受力要求。
圖5 36°分度油缸布置示意圖(第一象限)
4設計實例
根據以上盾構推進油缸分區方法及工作原理，設計一種同時適應2種分度管片的推進油缸布置方法，即推進油缸采用24根單油缸設計(設計24組閥塊)，具體(ti) 如圖3設計。為(wei) 表述方便，用安裝點位Fn和fn來代替推進油缸閥塊代號，24個(ge) 安裝點位分別為(wei) 閥塊第1至第24分組。在拚裝22.5°分度管片時，需將第f2和F2、F8和f6、f7和F10、F16和f1分組閥塊分別屏蔽其中一組，對應撐靴變為(wei) 雙缸撐靴，使之變為(wei) 4組雙缸，分別對應F2、F8、F10和F16封頂塊拚裝點位，來滿足拚裝22.5°分度管片封頂塊所有可能位置的拚裝要求。本設計實例已經在中鐵25號盾構武漢地鐵(22.5°分度管片)成功應用。
在拚裝36°分度管片時，直接采用24組閥塊進行所有可能位置的封頂塊進行拚裝。本設計實例已經在中鐵38，39號南昌地鐵(36°分度管片)成功應用，並在後續調用至其他城市施工，使用效果良好。
5結論與(yu) 討論
本文對目前國內(nei) 最常用的2種分度管片的盾構推進油缸布置進行了研究，提出了能同時適用於(yu) 2種管片分度推進油缸布置方案，為(wei) 盾構推進油缸布置設計提供了一種新思路。優(you) 化設計後的推進油缸布置方案提高了盾構在不同城市具有相同內(nei) 外徑隧道項目工程施工的適應性，減少了重大裝備重複性投入，能直接降低項目施工設備投入費用。在當前國內(nei) 地鐵隧道管片設計分度不一致，盾構設計製造廠家眾(zhong) 多，缺少盾構設計標準指導的情況下，新方案能引導盾構推進油缸布置設計進一步統一規範，並形成一種標準設計。
作者：肖俊祥，袁文征
轉自《隧道建設》