超大型沉管轮轨式台车移动技术

赵国臻，陈伟彬

（1.中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510300；2.中交第四航务工程局有限公司，广东 广州 510000）

1 工程概述

深中通道按照8车道、时速100 km设计，隧道段全长6 845 m。其中沉管隧道段长5 035 m，由32节钢壳沉管（内部填充高流动性混凝土）和1节最终接头组成；标准钢壳沉管长165 m，宽46 m，高10.6 m，空壳重量约12 000 t，完成混凝土浇筑后沉管重量约80 000 t。

钢壳沉管混凝土的浇筑和钢壳沉管的移动在预制场内完成；预制场布置有卸驳码头、卸驳区、浇筑区、浅坞区、深坞区。为了解决沉管场内移动问题，研究了超大型钢壳沉管轮轨式台车移动技术，并成功应用于深圳通道工程中，至今已完成16节钢壳沉管的移动。在钢壳沉管下方设置4组轨道（分别位于2个侧墙和2个中隔墙下方），轨道采用钢轨，钢轨上安装轮轨式移动台车，实现沉管支撑和移动。

12 000 t的钢壳由船厂制作完成后整体运至预制场卸驳区，安放在卸驳区无源支撑上，随后通过轮轨式台车将12 000 t的钢壳移动180 m至浇筑区进行混凝土浇筑；待混凝土达到强度后通过轮轨式台车把约80 000 t的钢壳沉管移动215.5 m至浅坞区，受力体系转换至支撑受力，进行一次舾装[1]。本文主要针对80 000 t的钢壳沉管移动技术进行阐述。

2 主要施工工艺

2.1 工艺流程

钢壳沉管移动流程如图1所示。

2.2 轮轨式台车轨道

80 000 t钢壳沉管下方设有4条轨道梁，每个滑移轨道梁上面安装2条A150钢轨，如图2所示，共8条4组，轨内距900 mm。

图2 轨道安装示意图Fig.2 Schematic diagram of track installation

2.3 钢壳沉管移动系统

2.3.1 支撑系统

单台轮轨式台车设计承载能力800 t，每台台车设置8个直径630 mm的锻钢车轮，如图3所示，台车千斤顶两边各装1个无源支撑，用于无源支撑和支撑千斤顶之间的受力转换[2]。

图3 轮轨式台车结构示意图Fig.3 Schematic diagram of wheel-track trolley structure

钢壳沉管下方布置4列台车（图4），每列50台，共200台，台车中心点间距3 300 mm，每列台车坐落在2条A150轨道上，共用一条钢筋混凝土轨道梁，轨道梁支撑在岩面或者桩基上。

图4 轮轨式台车布置断面图（mm）Fig.4 Cross-section of wheel-track trolley(mm)

每台台车设置1个800 t千斤顶，千斤顶为柱塞式单作用油缸，200个台车配置200个液压支撑千斤顶构成钢壳沉管支撑系统，以多点支撑自平衡关键技术保证钢壳沉管水平姿态、支撑安全及平衡。将4组轨道上（从南到北依次编号为1号、2号、3号、4号）的200台台车上的支撑千斤顶串联成3个支撑点；并将单个支撑点内的单双数（编号）千斤顶分别串联起来形成独立油路，单数千斤顶串联油路为A油路，双数千斤顶串联油路为B油路，如图5所示。2条独立油路串联的千斤顶共同支撑钢壳沉管。在完成加压后断开油路与油泵的连接油管快速接头，独立支撑油路形成一条封闭的油路，为串联的千斤顶提供稳定支撑力[3]。

图5 自平衡油路连接示意图Fig.5 Schematic diagram of self-balancing oil circuit connection

支撑千斤顶油管设置球式截止阀，钢壳沉管移动时打开油路上所有千斤顶球阀，使千斤顶与油路完全连通，因此在工作状态下单条油路上的千斤顶是完全连通的。当轨道出现局部高低不平的情况，处于轨道高处的千斤顶向油路释放液压油，油路会自动将高处千斤顶释放的液压油补充在处于低处的千斤顶内，从而保持油路上所有支撑千斤顶始终维持相同的支撑压力，保证沉管处于一个水平面上。

利用蓄能器和串联油路压力自动调节能实现油路压力自平衡，从而能自动适应轨道高低不平的情况，始终保持沉管在一个水平面上。

2.3.2 电控系统

控制系统设置了集中控制台，可以在控制台中实时监控所有台车的工况。整个台车行走系统通过同一个操作手柄进行控制，保证了命令的统一性，为保证各控制单元开关控制、变频器控制高度同步，根据控制时序，发出命令同时到达所有台车，实现精确的开关和变频器控制。每个台车接收信号后，实现无级同步调速，确保整个系统在行进时的稳定性和同步性。

控制系统采用PLC智能控制，采用通讯连接，接线简单，可集中控制系统中的所有设备，监测各个设备参数。控制监控系统采用冗余设计，控制系统采用2套，自动切换。控制系统的通讯线路采用双回路冗余，确保某一线路在使用中出现中断时，仍然可以与每一辆台车之间进行通讯和控制，提高系统的安全可靠性[4]。

2.3.3 导向纠偏系统

1）台车钢轮采用单边轮缘，编组时将轮缘与轮轨的间隙留在同一侧，避免台车在行走的过程中走偏。

2）当台车一旦偏离，轮缘与轨道的挤压实现自动纠偏，顶板与千斤顶接触面横向加工成椭圆形，当轮缘与轨道有比较大的挤压时，允许千斤顶与顶板之间有横向滑动，台车在运行时轴线有调整空间。

3）设置以1列台车为基准，其他3列台车跟随，安装在电缆台车上的位移传感器实时监测台车行走距离，当监测到台车行走距离偏差差值达到设定值时，系统会自动改变与基准列不同步的台车变频器输出的频率，最终实现纠偏的目的。

3 钢壳沉管移动

3.1 钢壳沉管移动前体系转换

在浇筑区进行混凝土浇筑，浇筑完成之后进行支撑千斤顶加压，使得千斤顶完全和顶板接触，松掉无源支撑，由无源支撑体系转换为千斤顶支撑体系。

3.2 钢壳沉管移动施工

拆除卸驳区与浇筑区间道路的钢栈桥、浇筑过程临时与沉管固结的构件以及钢闸门止水挡块，完成钢壳纵移前进轨道障碍、钢壳沉管是否连接固定构件等检查后，进行沉管纵移作业。启动台车移动系统，测试无异常后，即可进行移动作业，移动过程中，控制钢壳的移动速度不超过1 m/min，且每移动30 m即进行1次全站仪测量，检查沉管的移动行程、轴线偏差等。移动过程中采用卷尺时刻测量沉管底标高，确保沉管底标高不变，如出现较大偏差则停止移动，调整沉管底标高后再开始沉管移动。80 000 t钢壳沉管移动215.5 m到浇筑区驻停位置[5]。

3.3 浅坞区体系转换

沉管到达浅坞区后，锁紧夹轨器，进行沉管支撑体系转换作业。采用水准仪对钢壳沉管的底标高进行测量，针对不满足要求的位置利用液压千斤顶进行调整，直至调平钢壳沉管，然后关闭所有液压千斤顶的截止阀，进行千斤顶置换作业[3]。

1）紧固轨道两侧混凝土支墩上的无源支撑楔型端头螺栓，使无源支撑与钢壳沉管完全接触，对所有无源支撑验收合格后再进行液压千斤顶卸载作业。

2）启动油泵进行泄压，形成三级泄压，每次卸完静置20 min，观察无源支撑与钢壳沉管的接触情况，同时检查千斤顶螺母是否脱离千斤顶顶板；检查确认无故障再继续泄压，直到完全释放液压支撑系统的压力，由台车受力转换为无源支撑受力。

3.4 台车系统转移至卸驳区

支撑体系转换完成后，将顶板降至与沉管完全脱离且为最低位置。台车退出沉管前首先检查钢壳底部与台车的间隙是否超过允许误差值10 mm，利用台车系统双向移动的特性，沿沉管移动的反方向将4列台车从浅坞区整体移动至浇筑区，对台车重新检查、调试后，进行下一个钢壳沉管的体系转换和移动[6]。

4 钢壳沉管移动过程中的分析探讨

轨道型号为DIN536-A150-690，设置4组轨道，80 000 t钢壳沉管移动距离约600 m。为保证台车正常运行，轨道安装参照GB/T 10183—2010《起重机车轮及大车和小车轨道公差》中3级公差要求。

4.1 轨道平行度对钢壳沉管移动的影响

在E2沉管移动的过程中，台车在进入浅坞区后，存在轮缘挤压轨道的情况。台车退车后，重新检查单列轨道轨距及4列轨道的平行度，发现轨组间距的累计误差已达到±5 mm，已超出规范要求，重新对轨道进行调整后，没有再出现轮缘挤压轨道的情况。

4.2 轨道轨间高低差对钢壳沉管移动的影响

在E2沉管移动的过程中，台车时常出现“嘣嘣”的响声，经检查是支撑千斤顶根据液压自平衡原理来适应轨道高低不平的原因。发现如下问题并进行解决：

1）轨道之间的接缝，部分缝隙宽度达到10 mm。与所提出的3 mm的要求相去甚远；缝隙大，轨道端头的磨损更严重，减小接缝宽度，对轨道端头起到保护作用，拆除后重新安装轨道，控制接缝宽度，使台车更加平稳地运行[7]。

2）轨道接缝存在水平错位、高差较大等现象，在接缝位置下方塞实钢板，使地基及台车均匀受力和平稳移动。

4.3 轨道型号对钢壳沉管移动的影响

本工程80 000 t钢壳沉管移动使用200台800 t台车，每个台车8个630 mm的轮子，共有1 600个，设计正常使用轮压是50 t。使用市场常见轨道QU120，其钢轮和轨道接触的有效长度是104 mm，根据GB/T 3811—2008《起重机设计规范》计算，线接触的允许轮压为：

P=kDlC

式中：k与选用材料有关，取7.8；D为车轮直径，mm；l为车轮与车轨有效接触线长度，mm；C与运行速度和工作级别有关，取1.310 4，计算中速度取规范最小值5 m/s，工作级别取M3。

将以上参数代入式中：

P=669.7 kN

静载轮压：

Pmax＜1.9kDl=1.9×7.8×630×104=971 kN

而选择德标A150轨道，有效接触长度是130 mm，根据上述计算静载轮压为1 213.8 kN。可见QU120轨道车轮设计静载轮压是工作轮压的1.9倍，A150轨道车轮设计静载轮压是工作轮压的2.43倍，200个800 t台车总承载力是160 000 t，是80 000 t的2倍。为确保沉管移运安全，采用与港珠澳大桥工程80 000 t钢筋混凝土沉管移动同样的2倍安全系数，故选择A150轨道保证静载轮压是工作轮压的2倍[8]。

5 结语

通过移动工艺、液压自平衡支撑以及应用中存在问题等方面的研究，形成了超大型钢壳沉管移动技术，保障了大型构件移动的速度提升和精确定位，形成工厂化预制的目的，满足工程工期要求和市场需求，与港珠澳大桥工程80 000 t钢筋混凝土沉管的移动速度相比提高10倍多。其中利用液压自平衡支撑系统、总集成电控系统及导向纠偏系统等集成大数据同步平稳移动系统，为工程开展提供新的思路和理念，为后续大型构件的移动提供很好的经验借鉴。