黃 捷

（北京中鐵天瑞機械設(shè)備有限公司，北京 100855）

隧道出碴車輛調(diào)頭設(shè)備在國外發(fā)展較快，主要應(yīng)用于狹小空間內(nèi)，且利用率較高。例如在日本其主要用于隧道出碴、混凝土澆筑等，狹小空間內(nèi)車輛調(diào)頭也應(yīng)用較多；德國主要應(yīng)用于隧道內(nèi)混凝土澆筑。

目前，國內(nèi)在單線隧道開挖中，工程車輛的調(diào)頭是個大難題，傳統(tǒng)方式通常采用大避車洞擴挖，或者設(shè)置會車通道來解決此類問題。為了方便施工，降低施工成本，結(jié)合現(xiàn)場工況及施工需要，開發(fā)了單線隧道內(nèi)的折疊式可移動回轉(zhuǎn)平臺，應(yīng)用該平臺能夠提高單線隧道內(nèi)出碴及混凝土運輸?shù)男?，而且大大降低單線隧道的大避車洞超挖量，取消或者減少會車洞，便于鐵路隧道的施工。

1 技術(shù)方案與技術(shù)指標(biāo)

1.1 技術(shù)方案

隧道出碴用新型調(diào)車平轉(zhuǎn)橋主要用于單線隧道施工現(xiàn)場出碴車輛及相關(guān)工程車輛的調(diào)頭，有利于加快運輸組織。調(diào)車平轉(zhuǎn)橋設(shè)置在仰拱棧橋后部，寬度較小，自帶走行方便移動。調(diào)車平轉(zhuǎn)橋采用遙控鑰匙控制，每輛出碴車配套遙控鑰匙，車上橋后，通過感應(yīng)自動調(diào)頭，大大提高出碴效率。同時，仰拱施工和二襯施工的混凝土罐車，均可在施工部位最近處調(diào)頭，施工方便性大大增加，整機模塊式設(shè)計，拼組拆解方便。

調(diào)車平轉(zhuǎn)橋主要由旋轉(zhuǎn)平臺、回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)、主體箱梁、邊梁托架、限位平臺、走行引橋、電控系統(tǒng)等主要部件組成（見圖1）。整機主體結(jié)構(gòu)采用Q345B材質(zhì)，以滿足強度、剛度和疲勞性要求。

圖1 隧道出碴回轉(zhuǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)組成

1.2 技術(shù)指標(biāo)

通過對隧道出碴車輛類型的實地調(diào)研，以及普遍性隧道出碴車輛的特性和尺寸特點，對調(diào)車平轉(zhuǎn)橋進(jìn)行設(shè)計，最終得到的技術(shù)參數(shù)如下：

承載重量/t 40

回轉(zhuǎn)速度/（r/min） 1.75

工作轉(zhuǎn)角/° ±360

裝機功率/kW 11

電源/V AC380

總體尺寸/mm×mm×mm（4150+7000+4150）×3640×670

適應(yīng)車型（總長）/m ＜7.5

2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 旋轉(zhuǎn)平臺的設(shè)計

旋轉(zhuǎn)平臺主要由縱向箱型梁、橫向連接工字鋼、中間連接體、上蓋板、電機防護(hù)罩以及部分筋板等部件組成（見圖2）。出碴車輛通過引橋行駛到旋轉(zhuǎn)平臺上，通過旋轉(zhuǎn)平臺上的指示立柱，調(diào)整車輛輪胎位置，使輪胎全部位于旋轉(zhuǎn)平臺上，然后通過驅(qū)動系統(tǒng)回轉(zhuǎn)±360°，完成車輛快速調(diào)頭。

圖2 旋轉(zhuǎn)平臺

2.2 回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計

回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)采用電機帶齒輪箱的結(jié)構(gòu)形式，輸出軸上安裝小齒輪，與回轉(zhuǎn)支承形成內(nèi)嚙合的結(jié)構(gòu)方式，回轉(zhuǎn)支承通過法蘭與上下結(jié)構(gòu)相連（見圖3），法蘭包括上法蘭和下法蘭，二者各通過48個M30×110mm的10.9級高強螺栓將回轉(zhuǎn)支承包圍固定起來，起到聯(lián)接、保護(hù)及固定的作用，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力強。

圖3 回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)

2.3 底盤

底盤采用模塊式設(shè)計，主要包括主體箱梁、邊梁托架、牽引立柱以及走行拖輪（見圖4），作為整機的承載體，具有結(jié)構(gòu)重量輕，寬度尺寸小的特點，底盤設(shè)置了偏斜傳感系統(tǒng)，傾角超標(biāo)情況下報警，保證整機的安全。

圖4 底盤

2.4 限位平臺設(shè)計

限位平臺采用鋼板拼焊而成（見圖5），主要功能是為旋轉(zhuǎn)平臺提供防護(hù)性支承以及連接引橋作用。限位平臺主要采用8mm厚鋼板，組裝時與旋轉(zhuǎn)平臺縱向間隙在30mm左右，旋轉(zhuǎn)平臺需支承在限位平臺的凹進(jìn)去部分，上下方向的間隙為10mm左右，如中心回轉(zhuǎn)部分出現(xiàn)意外情況，可臨時性的支承在限位平臺上。限位平臺下方兩側(cè)各焊有2個法蘭板，用于與邊梁托架相連。同時，限位平臺側(cè)面焊有8個耳板，與前后引橋銷軸聯(lián)接，從而形成一個整體。

2.5 走行引橋設(shè)計

走行引橋是由面板和型鋼焊合而成的坡度走道（見圖6），供車輛駛上回轉(zhuǎn)平臺。走行引橋與限位平臺側(cè)面的耳板通過φ48×110的銷軸聯(lián)接，前后引橋側(cè)面焊有耳板，可通過底架上牽引立柱的手拉葫蘆將其吊起，然后將托架兩端配備的走行拖輪安裝到位，實現(xiàn)設(shè)備的快捷轉(zhuǎn)場，方便施工物流組織。

圖5 限位平臺

圖6 走行引橋

2.6 電氣系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)調(diào)車平轉(zhuǎn)橋施工過程及施工要求分析，在調(diào)車平轉(zhuǎn)橋機械部件組裝完成后，進(jìn)行電氣組裝。調(diào)車平轉(zhuǎn)橋在橋頭設(shè)有聲光報警裝置，同時加入了整機傾斜報警裝置，當(dāng)整機傾斜大于5°輸出報警，“傾斜報警”指示燈亮，待整機調(diào)平后平臺方可旋轉(zhuǎn)，若遇有特殊情況，可旋轉(zhuǎn)“去除報警”開關(guān)，將報警解除，來保證整機的平穩(wěn)運行。

3 受力分析

車輛回轉(zhuǎn)過程中，在不同的回轉(zhuǎn)角度時，調(diào)車平轉(zhuǎn)橋受力值有不同程度變化。通過對使用過程中的不同回轉(zhuǎn)角度、上下回轉(zhuǎn)設(shè)備受力情況的分析，以及回轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生的形變情況等來驗證回轉(zhuǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)的合理性。

通過隧道出碴車輛在設(shè)備回轉(zhuǎn)角度60°（設(shè)備所受應(yīng)力較為突出）時的受力情況進(jìn)行說明。在此回轉(zhuǎn)角度下，前后輪胎作為車輛承重支點，對應(yīng)在回轉(zhuǎn)設(shè)備上的作用力大，調(diào)車平轉(zhuǎn)橋按其受力大小，產(chǎn)生不同程度向下的形變，此時回轉(zhuǎn)設(shè)備所受彈性模量較為突出，集中在紅色區(qū)域內(nèi)承重力大，但均在設(shè)備承載能力以內(nèi)（見圖7、8）。通過對設(shè)備回轉(zhuǎn)30°、60°、90°時進(jìn)行的整體受力情況分析，使得設(shè)備在不同工況下所受各個應(yīng)力和變形都在可控范圍內(nèi)，其實施運作有利于提高施工效率、控制經(jīng)濟成本。

圖7 整體受力狀態(tài)

圖8 整體變形狀態(tài)

4 制造安裝試驗

調(diào)車平轉(zhuǎn)橋出廠前已經(jīng)做模塊化加工，因此設(shè)備安裝較為便捷，其安裝步驟為：將兩縱梁擺放整齊，安裝兩側(cè)端梁→安裝兩側(cè)次梁→將回轉(zhuǎn)平臺與底座吊起對準(zhǔn)安裝位置，即安裝止口位置，直接落下→將上側(cè)螺栓先擰緊，旋轉(zhuǎn)平臺至連接梁位置，通過回轉(zhuǎn)平臺中部間隙安裝側(cè)面螺栓→安裝完畢后，旋轉(zhuǎn)平臺無異響，回轉(zhuǎn)順暢，補加黃油等潤滑→檢查回轉(zhuǎn)預(yù)緊螺栓是否擰緊，再通過扭矩扳手測試→安裝電控系統(tǒng)和電纜→安裝回轉(zhuǎn)平臺中部蓋板→安裝引橋和牽引裝置→進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過程逐步加載，運行10r/min后可完成。

5 應(yīng)用效果及效益分析

以正在施工運作的拉林鐵路為例。拉林鐵路起于拉薩火車站，沿拉薩河而下，經(jīng)貢嘎轉(zhuǎn)向東，經(jīng)乃東、朗縣、米林，跨越雅魯藏布江到林芝站。拉林全長433km，全線隧道總長206.984km。通過采用該隧道出碴回轉(zhuǎn)設(shè)備，可縮短工時，有效節(jié)約成本。

表1是車輛調(diào)頭擴挖工程量及費用計算表（以IV級圍巖為例），通過粗略計算，大致可分析出在使用回轉(zhuǎn)出碴設(shè)備后工程的經(jīng)濟成本和工時節(jié)約情況。

表1 車輛調(diào)頭擴挖工程量及費用計算表

由表1可以看出，如果按3km的隧道考慮，平均每米增加750元，車輛調(diào)頭位置的擴挖，帶來的費用增加大約225萬，采用車輛調(diào)頭設(shè)備，2個面一次投入60萬，節(jié)約投資165萬元。在拉林隧道206.984km長的情況下，節(jié)約投資將進(jìn)一步增大，將節(jié)約投資約15000萬，投資效益可觀。

從施工組織角度來考慮，每個面出碴量按照330m3，暫定需要33輛車次，原車輛組織模式調(diào)頭以及倒車需要8min左右，考慮應(yīng)用調(diào)車平轉(zhuǎn)橋單車節(jié)約3min，總體可以節(jié)約99min時間，考慮交叉作業(yè)按30min考慮，每個面單次出碴可節(jié)約0.5h，3km隧道1000個循環(huán)可以節(jié)省1500h，工期縮短63天。對于拉林隧道，效果則更為可觀?？杉涌旃て趯τ谡w施工組織來講帶來了巨大的效益，從時間積累來講往往是每隔幾天就能夠加快一個循環(huán)。

6 結(jié)束語

為了解決在狹窄隧道區(qū)域內(nèi)出碴車輛調(diào)頭問題，在消化吸收現(xiàn)有隧道出碴車輛調(diào)頭施工技術(shù)的前提下，結(jié)合項目實際情況，具體實施研發(fā)制造。通過結(jié)構(gòu)分析以及設(shè)備的使用情況來看，隧道出碴車輛調(diào)頭設(shè)備性能滿足施工要求，整機模塊式設(shè)計，拼組拆解方便，自帶走行，方便移動。調(diào)車平轉(zhuǎn)橋采用遙控鑰匙控制，每輛出碴車配套遙控鑰匙，車上橋后，通過感應(yīng)自動調(diào)頭，大大提高了物流效率，全面地考慮到了國內(nèi)隧道現(xiàn)場施工的便捷性以及經(jīng)濟性，很好地解決了狹窄隧道區(qū)域內(nèi)出碴車輛的調(diào)頭問題。

［1］ 張質(zhì)文，虞和謙. 起重機設(shè)計手冊［M］. 北京：中國鐵道出版社，2001：99-113.

［2］ 耿冬梅. 新型調(diào)車平轉(zhuǎn)橋的研制與應(yīng)用［M］. 北京：鐵道建筑出版社，2015.