盾构（TBM）快速步进过站平台的设计与应用
[摘 要]目前，传统的盾构（TBM）过站是在轨道上钻孔安装反力支撑，通过盾构（TBM）推进油缸顶撑反力支撑使得盾构（TBM）前移，然后前移反力支撑进行下一循环。盾构（TBM）每移动一个循环需要倒运一次轨道，每个工序耽误的时间比较多，盾构（TBM）过站比较慢而且存在一定的安全隐患。针对目前存在的问题，本文在盾构始发台的基础上进行改造设计，提供了一种通过盾构（TBM）盾体与平台系统的相对运动来实现盾构（TBM）空推快速步进过站的平台，该平台采用全液压驱动，减少了人员投入，提高了盾构（TBM）过站的自动化、机械化程度，同时也缩短了施工工期，降低了施工过程中的安全风险。
[关键词]盾构（TBM）；快速过站；液压驱动；步进过站平台
中图分类号：TP3-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0208-02
引言
随着国民经济的快速发展，我国城市化进程不断加快，国内的城市地铁隧道、水工隧道、越江隧道、铁路隧道、公路隧道、市政管道等工程大量采用隧道掘进机（即盾构或TBM）进行开挖，面临盾构（TBM）频繁过站的问题。传统的盾构（TBM）过站是在轨道上钻孔安装反力支撑，通过盾构（TBM）推进油缸顶撑反力支撑使得盾构（TBM）主机及后备套前移，再前移反力支撑后，进行下一循环；盾构（TBM）每移动一个循环需要倒运一次轨道，每个工序耽误的时间比较多，盾构（TBM）过站比较慢而且存在一定的安全隐患。
自主研发制造盾构（TBM）快速步进过站平台，可提高盾构（TBM）步进的速度，保证盾构（TBM）步进的安全性，保证工程质量及施工效率，为盾构（TBM）快速过站掘进提供快速和安全保障，保持良好的市场竞争力。
1工程概况
重庆轨道交通5号线一期工程全长39.7km，为东北至西南方向连接渝北区、江北区、渝中区、九龙坡区、沙坪坝区、大渡口区等六个区的快速轨道交通干线。本文针对中铁隧道股份承建的重庆轨道交通5号线5104标冉大区间右线67号、68号TBM实际并结合工程施工情况，设计能够满足该TBM快速步进过站要求的装置。
2步进过站平台系统设计
2.1整体技术方案
根据工地施工组织，考虑到盾构（TBM）快速步进过站平台系统使用中的整体滑动，需要保证路面平整，且需要控制滑动方向。因此考虑在地面上水平铺设混凝土路面，同时在混凝土路面盾构（TBM）步进中线位置设置一个导向槽，控制盾构（TBM）机的步进方向。
盾构（TBM）快速步进过站平台依据钢板与混凝土地面的摩擦系数大于钢板与钢板之间的摩擦系数的特点进行设计，主要针对盾构（TBM）快速步进过站平台系统的结构整体强度、稳定性，连接螺栓的强度和整体结构设计的合理性进行了验算。步进平台的液压系统利用了TBM自带的4根推进油缸作为顶推油缸，控制系统采用TBM自带的遥控装置和本地控制两种方式。
2.2盾构（TBM）快速步进过站平台的组成
盾构（TBM）快速步进过站平台系统主要由平底滑动架、定位导向轮、举升架、盾体防扭转卡块、支架、后座、液压泵站、推进油缸、举升油缸及回拉油缸等组成，如图1。
1-平底滑动架；2-定位导向轮；3-举升架；4-盾体防扭转卡块；5-支架；6-后座；7-液压泵站；8-推进油缸；9-举升油缸；10-回拉油缸；11-螺栓
图1
2.3盾构（TBM）快速步进过站平台主要参数
盾构（TBM）快速步进过站平台总长10600mm、总宽5086mm、总高1177 mm，总重50吨，每步进一次盾构（TBM）前进2100mm，液压系统额定压力为31.5Mpa，推进油缸为Φ260/Φ220-2100，推进速度550mm/min。
2.4盾构（TBM）快速步进过站平台结构设计
平底滑动架包括左滑动架、右滑动架和后座三部分，由Q235 δ40和δ50的钢板组焊而成，块与块之间通过高强度螺栓连接。左滑动架、右滑动架分别与两侧的回拉油缸底部通过油缸销连接。平底滑动架主要用来支撑盾体，为盾构（TBM）滑动导向、滑动提供反力支撑。定位导向轮由ZG35材料经机加工、热处理而成，安装在平底滑动架的后座底部，布置在导向槽内，控制盾构（TBM）快速步进过站平台系统的运动方向。举升架由Q235 δ40和δ50钢板组焊而成，举升架上焊接了回拉油缸连接耳板和导向柱。支架上焊接了举升油缸连接板和回拉油缸连接耳板及导向套，通过回拉油缸连接到举升架。盾体防扭转卡块由Q235 δ30和δ40的钢板组焊后焊接在盾构（TBM）盾壳上，防止盾构（TBM）步进过程中，盾体扭转，保持盾体步进的稳定性和安全性。推进油缸前端連接盾体，后端连接平底滑动架后座。
液压系统包含油箱、泵站、油缸、阀块及液压辅助元件等。在满足使用要求的情况下，综合考虑各种因素，盾构（TBM）快速步进过站平台的液压系统额定压力设计为31.5Mpa。液压泵站放置在盾构（TBM）主机的后部。
2.5盾构（TBM）快速步进过站平台受力验算
盾构（TBM）快速步进过站平台系统是以钢板与混凝土地面的摩擦系数大于钢板与钢板之间的摩擦系数的特点，实现步进装置的推进动作。
①盾构（TBM）与平底滑动架接触面产生的摩擦力
F1=μ1 FN1=0.12×5800=696kN
②平底滑动架与混凝土地面之间产生的摩擦力
F2=μ2FN2=0.3×6300=1890KN
③后配套对步进的阻力
F3=μ3FN3=0.2×5600=1120kN
式中：μ1——有润滑时钢板与钢板之间摩擦系数0.1～0.12；μ2——钢板与混凝土地面之间摩擦系数0.2～0.3；μ3——牵引摩擦因数；