刘华

摘 要：盾构机地下扩大硐室拆解受自身重量、空间和地质条件等多种因素影响，无法直接使用大型露天吊装工具进行盾构机拆解。因此，本文结合盾构机施工工程设备要求和盾构机地下拆解施工条件，将盾构机部件拆机理念运用到盾构机大型部件拆机装置设计中。

关键词：盾构机；扩大硐室；地下拆解；大型部件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.110

1 引言

盾构机属于大型非标产品，实施“量身定做”[1]。通常情况下，盾构可拆解部件中单块重量最大的是总重量达100t的主驱动，为保证拆机设备完好率，提高效率需要开展扩大硐室内盾构机地下拆解技术研究[2]。因此，需要研制煤矿斜井盾构机地下拆解专用装置，实现盾构机的安全、快速、高效拆解。

2 拆机专用装置组成

如图1所示，拆机装置主要由底盘、配重块、支座、升降支座、横梁支架、升降油缸组、斜撐油缸组组成。整车车架为一字形，中间段采用轮驱，前后段采用伸缩油缸支腿，中间段采用轮驱机构。

3 拆解专用装置的结构仿真分析

3.1 设备整体结构仿真分析

（1）加载条件。利用MSC.Patran&Nastran有限元分析软件对CXJ100型盾构拆解专用装置模型进行强度和刚度校核，采用静力学分析方法。

（2）模型结构网格划分节点数为313877，单元数为931308，单元类型为四面体（CTETRA）。

（3）整体模型的应力分布示意图，如图2左所示。由仿真分析结果可知，在车的运动接触位置产生较大的应力集中，这是因为油缸部位只有两个运动支撑点，造成局部应力集中，所以在实际设计中，需要采用多点支撑设计，分散应力集中造成的不利影响，并对横梁结构进行优化改进设计，降低横梁局部应力集中。

3.2 设备支撑底座的仿真分析

支撑底座的应力分布示意图如图3左所示。由仿真分析结果可知，在装置底座的接触位置产生较大的应力集中，这是因为接触部位运动支撑点较少，造成局部应力集中，所以在实际设计中，仍需要采用多点支撑设计，分散应力集中造成的不利影响，并对设备支撑底座进行结构优化设计，降低集中应力。

3.3 设备翻转支座的仿真分析

翻转支座的应力分布示意图如图4左所示。由仿真分析结果可知，在翻转支座的接触位置产生较大的应力集中，这是因为接触部位运动支撑点较少，造成局部应力集中，所以在实际设计中，仍需要采用多点支撑设计，分散应力集中造成的不利影响，并对设备翻转支座进行结构优化设计，降低局部应力集中。

4 拆解专用装置研发设计

通过对盾构拆解专用装置结构进行初步的仿真分析，并对装置结构的横梁支架吊装方式改为悬臂梁辅助吊装，对装置支撑底座进行变截面强度设计，油缸数量由两个翻转支撑增加到四个支撑点等改进。

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通过进一步设计优化得到最终的盾构拆解专用装置总体设计结构，如图5所示。该装置由底座支撑机构、伸缩支撑机构、翻转起升机构、单臂起吊机构、液压系统、电气系统、配重块、活动墩等组成。

5 工程应用

研制的盾构拆机专用装置已经成功应用于神东补连塔煤矿斜井工程中，其具备的主要功能有：翻转运输车在起吊重物时可自行翻转90°将重物运出洞外；小车起吊装置设有吊架和悬臂2个吊点，悬臂吊点可以向前伸出，满足不同位置拆卸要求；吊架最大起升重量100t，提升高度1.5m；悬臂最大起升重量23t，悬臂旋转角度360°。现场应用如图6所示。

6 结论

随着盾构机在矿用斜井隧道工程的应用不断加大，对盾构机地下扩大硐室的拆解提出了更高的要求。本文针对盾构主驱动和刀盘的体积大、质量大、设备拆解完好率要求高的特点，基于设备安全性、实用性、经济性等多种因素，完成了盾构拆解专用装置起吊设备的分析与设计，为后续的拆机工装的试制提供了理论基础，为盾构机主要部件的回收再制造创造了技术支持条件。

参考文献：

[1]雷升祥.斜井复合盾构法施工技术研究[M].北京：中国铁道出版社，2011.

[2]李守彪，毛东晖，邹春华.大埋深煤矿长斜井盾构拆解施工技术分析[J].煤炭工程，2014，46（09）：32-34.

[3]邹春华，梅勇兵.煤矿斜井盾构螺旋输送机原位拆卸施工技术[J].施工技术，2015（07）：117-119.