1、浅谈盾构水平运输设备的使用与管理 摘要：在盾构施工中，水平运输为隧洞掘进提供施工用材、运送渣土，在掘进中占有比较关键的地位，电机车等水平运输设备是水平运输的载体，也是盾构施工中的一个重要风险源。本工程盾构区间转弯半径小，坡度大，加大了水平运输存在的风险及隐患。本文针对盾构水平运输中相关设备的使用管理结合本工程实践进行总结，整理出一套实用有效的管理办法和风险控制方法，便于今后的借鉴与改进。 关键词：盾构 ;水平运输 中图分类号： TU732 文献标识码： A 文章编号： Abstract: in the shield tunnel, horizontal transportation tunne
2、l construction materials provided for excavating the part, transport, plays in tunneling of the more critical position, such as electric locomotive transportation equipment level is the carrier of horizontal transportation, construction of the shield is an important risk souslope big, increase the l
3、evel of risk and potential problems existing transportatportation of the related facilities used in combination with our management engineering practice to summarize, sort out a set of practical and effective management measures and risk control method, facilitate future reference and improvem 引言：目前
4、，城市建设日益繁荣，地面的构（建）筑物星罗棋布，盾构施工难度日益增加，为了不影响地面建筑及人们的正常活动，保护地下管网系统，盾构隧洞的设计坡度会逐渐增大，转弯半径减小，同时也增大了盾构水平运输的难度和风险，车黄盾构区间的最大坡度已达 50 ，转弯半径只有 300m。所以，在水平运输中加强设备管理，进行有的放矢的风险控制是很关键的。 一、工程概况 广州轨道交通四号线【黄村站车陂南站盾构区间】是广州市 “ 亚运专线 ” ，区间全长约 2.5公里，本段盾构区间刚完成始发就直接进入最大坡度50 坡长 470m复合半径 R=300m的转弯曲线，下穿广园快速路、广深铁路、东环高速高架桥桩基以及大量既有或在
5、建民用建筑基础。本工程三站二区间，区间同时都复合大坡度、小半径转弯。由于是亚运专线，工期紧张。因此，在复杂的复合曲线区间里安全的、稳定的、高效的完成水平运输是工程施工 的难点及重点。 二、盾构水平运输风险分析 结合本工程实际情况，水平运输存在的一些问题以及风险分析如下： 1、电机车蓄电池存在的隐患及风险 蓄电池输出容量减小，换用频率高 电机车在上坡的过程中由于坡度和荷载原因放电电流明显增大，电池消耗非常快。正常情况下，当电压降至 490V 需更换，但在大坡度使用条件下，当电压降至 530V 就需要进行更换，使用时间极大缩短，换用及充电频率很高。 硫化和失水现象增加 在工程实践中发现，造成铅酸蓄
6、电池失效以 及损坏的主要原因就是硫化以及失水。在上坡过程中，由于放电电流增大，电解液反应剧烈，温度升高，蓄电池更容易发生硫化和失水现象。 电池虚电造成安全事故 由于充电方法不当，或者电池储存不当导致电池虚电，使用时电压很快降低，电量很快用完，导致电机车在运输中失电，在坡度隧洞中，如果电机车失电，失去牵引力有可能造成溜车，对设备及人员造成严重伤害。 温度过高存在安全隐患 如果降温不良或过充电，导致充电温度过高，使得电解液干涸甚至造成蓄电池爆炸对设备和人员造成严重伤害。 2、电机车刹车存在的隐患及风险 在紧急情况下，由于刹车失灵或损坏，造成定位不准以及溜车事故，对设备及人员造成伤害。本工程坡度很大
7、，使溜车风险增加。此外，由于电机车刹车存在问题还会造成以下问题： 1、耽误掘进时间； 2、影响出土出渣； 3、易发生安全事故。 三、设备管理中采取的具体对策 经过以上分析，为确保水平运输的安全与顺畅，保障工程的安全和进度，在本工程中我们我们主要从改进蓄电池充电及维护方法、电机车刹车的改造、增加溜车防护措施以及加强关键部位日常管理这几个方面进行控制。 1、对蓄电池充电与维护进行有针对性的改进 源头控制：充电设备改进后使用三相全控桥式整流电路 绝大多数的电池不是用坏的而是充坏的，所以选择好的充电设备以及适当的充电方法，从源头进行控制，对延长蓄电池的使用寿命以及使用质量具有举足轻重的作用。 本工程选
8、择的充电设备是西安开元变压整流设备厂提供的 KCA01 系列电瓶车充电装置，除根据充电基本需求进行选择之外，要求厂家对充电设备进行了一定的改进，把三相半控桥式整流改为三相全控桥式整流，电路简图如下所示。 三相半控桥式 整流电路由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，这种电路兼有可控与不可控两者的特性，而三相全控桥式整流电路实际上是一组共阴极组与一组共阳极组的三相半波可控整流电路的串联，相比起来，电压可控性更强，输出更稳定，动态响应比三相半控桥式要好很多。 三相全控桥的各项性能指标都要优于三相半控桥。采用三相全控桥式整流电路对充电机进行改造，在控制、输出等
9、方面有效提高了充电机的性能。 2、过程控制： 采用二阶段充电法充电 经过对充电方法的研 究，我们要求厂家提供的充电设备能够提供恒流充电与恒压充电相结合的二段充电法。 恒流充电法是靠调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻，保持充电电流强度不变的充电方法，充电曲线如图 3所示。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，出气过甚。 恒压充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。由于充电初期蓄电池电动势较低，充 电电流很大，随着
10、充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制系统。这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。 第一阶段用恒定电流把单只电池电压充到固定值，再改为恒定电压充电，用第一阶段电流的 1/2继续充电。这样的充电方法，由于只需要对充电电流进行调节，且充电电流恒定，所以操作人员控制更简便，并可以根据充电时间来掌握充入电瓶的容量，还可以根据充电过程中温度的变化来及时调整充电电流的大小，减少温度的影响因素，显著提 高电池的使用寿命。 采用双池循环水降温法 为了给蓄电池创造一个最佳的充电温度，本工程采用双循环水池降温的方法。
11、原有的降温方法采用的是非循环方式，把电池浸泡在大的冷却池中，这样的方法由于其降温用水不可流动，水吸热温度升高之后降温效果明显下降，又由于电解液呈酸性，降温池水不循环更换，时间一长，水的酸性就会增强，会对电池的箱壳造成腐蚀，而循环水降温法在一定程度上克服了以上缺陷。 本工程中循环水池的规格计算方法： 根据已知条件，在电池组使用后吊出井后，电解液的平均温度约 为 40 ，一箱电池电解液质量 m约为 1500kg，电解液由于是稀硫酸，比热容计算时取水的比热容 C=4200J/kg，经过循环水池降温后，电解液的温度需达到25 。 由比热容公式： Q=mct C 电解液 =4200J/kg， m电解液
12、=1500kg， t2=25 ， t1=40 则： Q 放 = m 电解液 C 电解液（ t2-t1） = 6.3107J ， 要带走 6.3107 的热量则需要的循环水的质量为 1500kg，即每台电池的降温至少需要 1.5m?L 水。同时放置电池的水槽需设置最少能放置 四组电池的容量，即 12 箱电池，以便更换使用。所以循环水池的最小容水量应该为 121.5=18m 。循环水池需设同等规格的两个，便于循环水的冷却。 电池冷却水槽尺寸根据电池的尺寸设计，要方便充电人员测量、补水、清洁。每箱电池之间也应保持一定的间距，便于散热，吊用。 温度是影响蓄电池寿命及充电质量的关键因素，双池循环法在原有
13、降温方法上加以改进，使得降温效果明显提高。 对蓄电池进行有针对性的维护保养，可以有效的延长蓄电池的使用寿命，并提高充电质量，减少设备故障率，保障安全。 随着科技的进步，蓄电池也在不断的进行改进新的电池类型不断出现，如：出现了免维护铅酸蓄电池。在实际工程中，应该多关注市场动态变化，根据实际需求以及成本估算选择最优的电池种类及型号，在实际使用中也需要不断改进维护方法，提高生产效率。 、蓄电池 3、对电机车刹车进行改造 溜车是电机车在大坡度上、下坡运行时，由自重产生的牵引力大于主动牵引力加摩擦力时发生的自主下滑。发生溜车事故会对机车本身、其他设备构成破坏并对施工人员的安全构成严重威胁，造成严重后果。
14、 厂家提供的刹车有三， 第一为电自动刹车、第二为给气刹车、第三为排气刹车，厂家提供的刹车能满足的最大坡度仅为 36 时所用，而车黄区间复合最大坡度为 50 坡长 470m，远远无法满足要求，因此改进刹车是降低水平运输危险系数的关键。因此，我方要求厂家为电机车装设我们自行设计的新型刹车，命名为紧急制动刹车，当电机车发生溜车现象时，按下紧急制动刹车，安装在机头四周的四个气缸能在最长 3 5秒内全部伸出，摩擦力逐渐大于下滑牵引力，使其有效定位。 四、总结 本文以车黄盾构区间水平运输为实例，对大坡度小转弯半径的高风险使用情况下 水平运输设备的管理、使用与维护进行了总结，并对车黄项目部针对这些问题以及风险采取的方法以及对策进行整理，归纳出一套行之有效的风险控制办法及设备管理方法，并总结了部分可供参考的大坡度条件下水平运输中需注意的问题。目前，车黄盾构区间已全线贯通，水平运输未发生一起事故，为紧张的工期提供了有力保障。在水平运输中采取必要的和有针对性的措施进行风险控制，是非常必要的。 注：文章内所有公式及图表请以 PDF 形式查看。
