隧洞管道運(yùn)輸安裝車技術(shù)研究

1、         06-02-16 08:55:00     作者：趙鈺琛 湯智輝 趙鐵    編輯：studa9ngns摘要：大型輸水工程中，為了保證了輸水的水質(zhì)和很高的供水保證率，目前世界上采用在隧洞內(nèi)敷設(shè)大直徑預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）的先進(jìn)輸水技術(shù)。隧洞管道運(yùn)輸安裝車技術(shù)主要對(duì)在隧洞內(nèi)運(yùn)輸、三維調(diào)整對(duì)中、安裝大直徑PCCP技術(shù)進(jìn)行了分析介紹.隧洞管道運(yùn)輸安裝車技術(shù)有效解決了隧洞內(nèi)狹小空間中運(yùn)輸和安裝大直徑PCCP施工問題。在

2、引黃工程聯(lián)接段成功應(yīng)用了該技術(shù)并取得了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)，為大型輸水工程提供了具有世界先進(jìn)水平的施工技術(shù)。 關(guān)鍵詞：隧洞 管道 安裝車 技術(shù)研究  Abstract:In large-scale water transpost engineering,the advanced techniqye of laying prestressed concrete cylinder pipe(pccp) in tunnel is adopted in world now in order to insure water quality and high water supplying rate.

3、Technique of tunnel mobile for pipe is introduced in the paper together with the transporting in tunnel,three-dimensional adjusting centralization and installing large diameter PCCP.Effectively solved the problems of transporting and installing PCCP in tunnel narrow space,the technique successfully

4、used in the connecting segment of the Yellow River pilot engineering and gained valuable constructing experiences.Key Words:tunnel;prestressed concrete cylinder pipe;PCCP;mobile;install1 背景山西省萬家寨引黃工程是緩解山西水資源日益缺乏，改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高速、可持續(xù)發(fā)展的重要保證。近年來，山西中部和北部地區(qū)，已經(jīng)受到了缺水問題的嚴(yán)重困擾，明顯制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展。山西要解決水的問題，唯一的辦法是進(jìn)行引黃工程。引

5、黃工程是一項(xiàng)跨流域的大型引水工程，位于山西省北部，從萬家寨水利樞紐取水，分別向太原、大同、朔州供水，整個(gè)工程分為萬家寨水利樞紐、總干線、北干線、南干線和聯(lián)接段五部分，線路總452.5 km，其中總干線長44.4 km，南干線長101.8 km，北干線長166.8 km，聯(lián)接段長139.5 km。整個(gè)工程分兩期實(shí)施，一期完成總干線、南干線和聯(lián)接段全部輸水工程。引黃一期工程中的最后一段是施工難度相當(dāng)大的聯(lián)接段。聯(lián)接段中從汾河水庫到掃石的43.2 km要穿過婁煩和古交地下的自來水管、煤氣管、污水管、太鋼精粉管、地下光纜等復(fù)雜地形，并且要11次穿越汾河河道。由于聯(lián)接段工程為全年不間斷供水，供水保證率要

6、求很高，因此，為了保證引水的水質(zhì)，聯(lián)接段中的這43.2 km采用具有卓越可靠性的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe簡稱PCCP）進(jìn)行輸水。在聯(lián)接段有六條開挖直徑為4.2 m（經(jīng)一次混凝土噴錨支護(hù)后，洞內(nèi)壁理論直徑為3.85 m4.0 m）、總長為8 km的隧洞（圖 1），在隧洞內(nèi)敷設(shè)外徑為3.4 m3.5 m、公稱內(nèi)徑3.0 m、長度為5.0 m、每節(jié)重量為30 t、承插口直徑為3.143 m，承插口最大間隙為1.8 mm的PCCP,見圖2。在國內(nèi)，隧洞內(nèi)敷設(shè)大直徑管道是第一次。因隧洞內(nèi)施工空間狹小，無法使用通用起重運(yùn)輸設(shè)備施工。所以，在隧

7、洞內(nèi)敷設(shè)PCCP的技術(shù)難度，在國內(nèi)同類項(xiàng)目中首屈一指。因此，8 km隧洞敷設(shè)大直徑PCCP成為聯(lián)接段唯一的關(guān)鍵性控制工期工程。根據(jù)引黃工程技術(shù)要求，進(jìn)行了廣泛的調(diào)研和科技查新，未發(fā)現(xiàn)在隧洞內(nèi)使用，同時(shí)具有起重、運(yùn)輸、調(diào)整、對(duì)中及安裝大直徑PCCP的設(shè)備及文獻(xiàn)報(bào)道。在充分了解工程技術(shù)要求后，對(duì)隧洞管道運(yùn)輸安裝車（簡稱隧洞車）技術(shù)進(jìn)行了可行性分析，并對(duì)隧洞內(nèi)管道運(yùn)輸安裝大直徑PCCP技術(shù)進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明：采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的軌道車輛、隧洞車在PCCP內(nèi)部運(yùn)行和穿過技術(shù)、緊湊的液壓三維調(diào)整對(duì)中安裝技術(shù)、能滿足隧洞內(nèi)運(yùn)輸安裝大直徑PCCP技術(shù)要求。2 車輪運(yùn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型在研究隧洞車技術(shù)時(shí)，首先對(duì)

8、車輪運(yùn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型，以適應(yīng)隧洞運(yùn)輸、安裝大直徑PCCP施工要求。2.1 車輪選型2.1.1 輪胎式車輪 輪胎式車輪車輛具有機(jī)動(dòng)靈活、可在隧洞內(nèi)外場(chǎng)地行駛。但在開挖內(nèi)壁不規(guī)則的隧洞內(nèi)行駛，運(yùn)輸和安裝大直徑PCCP時(shí)，需具有可靠的測(cè)向定位功能，技術(shù)要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工現(xiàn)場(chǎng)使用和維護(hù)困難。2.1.2 軌道式車輪 軌道式車輪車輛可在隧洞內(nèi)外鋪設(shè)的軌道上行駛。雖然鋪設(shè)軌道增加施工費(fèi)用，但軌道式車輪車輛結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，可靠。軌道可作為安裝基準(zhǔn)，簡化了在開挖不規(guī)則的隧洞內(nèi)測(cè)向定位工作，運(yùn)輸和安裝大直徑PCCP非常方便。施工結(jié)束后，可以拆除軌道，節(jié)省施工費(fèi)用。2.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)選型2.2.1 內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)方案 內(nèi)

9、燃機(jī)驅(qū)動(dòng)方案是采用一種新型環(huán)保蝸輪增壓柴油機(jī)作動(dòng)力，柴油機(jī)的排放達(dá)到歐洲或號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（或目前國家標(biāo)準(zhǔn)），并要求隧洞良好通風(fēng)，空氣新鮮。由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵液壓馬達(dá)靜壓傳動(dòng)系統(tǒng)，液壓馬達(dá)經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)主動(dòng)車輪，實(shí)現(xiàn)恒扭矩?zé)o級(jí)調(diào)速，平滑正反轉(zhuǎn)，起動(dòng)快。適用于沒有供電的施工現(xiàn)場(chǎng)。2.2.1 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方案 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方案是采用三相四線制低壓電纜卷筒供電，直聯(lián)式制動(dòng)電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)主動(dòng)車輪?？捎么娮栌袡n調(diào)速和變頻調(diào)速等方法控制行駛速度及方向。但電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的隧洞車運(yùn)行最大距離受電纜長度和電壓降限制。綜合上述四種方案，輪胎式車輪的車輛結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在隧洞內(nèi)測(cè)向定位困難。內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，柴油機(jī)排放污染

10、隧洞內(nèi)的施工環(huán)境，尤其在冬天施工，若通風(fēng)量很大，隧洞內(nèi)溫度過低，無法施工。根據(jù)開挖內(nèi)壁不規(guī)則的隧洞定位和施工的環(huán)保要求，并結(jié)合引黃工程隧洞長度實(shí)際情況，選用了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軌道運(yùn)輸方案。3 隧洞車關(guān)鍵技術(shù)研究為了在隧洞內(nèi)狹小空間中，運(yùn)輸、安裝大直徑PCCP，要求隧洞車必須具有起重、三維調(diào)整對(duì)中、支撐、運(yùn)輸、安裝等多功能(圖3)。根據(jù)多功能技術(shù)要求，研制了隧洞車在PCCP內(nèi)部運(yùn)行和穿過技術(shù)、隧洞車在PCCP內(nèi)部三維調(diào)整對(duì)中安裝技術(shù)。3.1 隧洞車在PCCP內(nèi)部運(yùn)行和穿過技術(shù)因隧洞內(nèi)空間狹小，隧洞車必須進(jìn)入PCCP內(nèi)部，完成在PCCP內(nèi)部運(yùn)行和穿過。隧洞車的馱管梁一端安裝二組升降車輪組和一組升降輪胎組

11、，見圖4。升降車輪組在軌道上運(yùn)行，升降輪胎組在管道內(nèi)壁的混凝土上安全運(yùn)行。升降車輪組和升降輪胎組交替升降工作，使隧洞車的馱管梁一端可穿過PCCP，這樣，形成一組固定車輪組和一組升降車輪組作二個(gè)支點(diǎn)，隧洞車的馱管梁中部在PCCP內(nèi)部的狀態(tài)，為在PCCP內(nèi)部三維調(diào)整對(duì)中安裝作好準(zhǔn)備工作。3.2 隧洞車在PCCP內(nèi)部三維調(diào)整對(duì)中安裝技術(shù)隧洞車的馱管梁上安裝緊湊的三維調(diào)整對(duì)中機(jī)構(gòu)，見圖5。首先用遞進(jìn)式比例微調(diào)技術(shù)，見圖6，可在管道內(nèi)部對(duì)PCCP進(jìn)行馱起（起重），然后對(duì)PCCP進(jìn)行上下、左右、前后粗略調(diào)整，用三維調(diào)整對(duì)中機(jī)構(gòu)支撐定位，防止在運(yùn)輸過程中PCCP擺動(dòng)或外壁與隧洞內(nèi)壁相碰，保證安全運(yùn)輸。支撐定

12、位后，隧洞車馱起已支撐定位的PCCP在隧洞內(nèi)運(yùn)行到安裝位置時(shí)，升降輪胎組進(jìn)入已安裝就位的PCCP內(nèi)，這時(shí)，用三維調(diào)整對(duì)中機(jī)構(gòu)精確調(diào)整對(duì)中二節(jié)PCCP管道的承插口。在二節(jié)PCCP管道的承插口對(duì)中后，安裝機(jī)構(gòu)移動(dòng)，使承口進(jìn)入插口內(nèi)完成安裝工作。4 隧洞車及主要技術(shù)參數(shù)圖 7 是3000型隧洞車總圖。隧洞車由牽引車和馱管車構(gòu)成的機(jī)械部分、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、照明通訊系統(tǒng)、安全警示系統(tǒng)等組成。牽引車和馱管車通過鉸接軸相連，拆開鉸接軸，可將牽引車和馱管車很方便分開，作到一車多用。車輪運(yùn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安裝在牽引車上，通過手柄操縱隧洞車運(yùn)行速度和方向。 多功能工作系統(tǒng)由起重、三維調(diào)整對(duì)中、支撐、安裝等機(jī)構(gòu)組

13、成，并安裝在馱管車上。通過手柄操縱多功能工作系統(tǒng)工作。液壓系統(tǒng)控制車輪升降及多功能工作系統(tǒng)工作。電氣控制系統(tǒng)控制車輪運(yùn)行驅(qū)動(dòng)、液壓電氣系統(tǒng)、照明安全電氣系統(tǒng)等。5 結(jié)論隧洞車具有多功能，可實(shí)現(xiàn)穿管、頂管、支管、運(yùn)管、調(diào)管和裝管動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PCCP的快速起重、安全運(yùn)輸、精確調(diào)整對(duì)中、可靠安裝。隧洞管道運(yùn)輸安裝車技術(shù)有效解決了在隧洞內(nèi)狹小空間中敷設(shè)大直徑PCCP的技術(shù)難題。該技術(shù)已申請(qǐng)國家發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?02110317.82001年10月至2002年8月，使用隧洞管道運(yùn)輸安裝車技術(shù)在引黃聯(lián)接段的六條隧洞敷設(shè)內(nèi)徑3 m、外徑3.4 m、長5 m、重30 t預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管1600多節(jié)，總長8 km。控制工期由18個(gè)月縮至10個(gè)月。若用通用設(shè)備運(yùn)輸大直徑PCCP，人工安裝PCCP，每天只能安裝二節(jié)，使用該技術(shù)每天可安裝1012節(jié)，提高工效五倍以上，保證了聯(lián)接段的控制工