中图分类号：TV53 文献标识码：B 文章编号：1672-1683（2004）03-0053-04

Study ofTunnel Mobile For Pipeline

ZhaoYu-chen,Tang Zhi-hui,Zhao Tie-lin

(Taiyuan Heavy Machinery Group Ltd.GO.Technology Center,Taiyuan 030024,China)

Abstract:Inlarge-scale water transpost engineering,the advanced techniqye of layingprestressed concrete cylinder pipe(pccp) in tunnel is adopted in world now inorder to insure water quality and high water supplying rate.Technique of tunnelmobile for pipe is introduced in the paper together with the transporting intunnel,three-dimensional adjusting centralization and installing large diameterPCCP.Effectively solved the problems of transporting and installing PCCP intunnel narrow space,the technique successfully used in the connecting segmentof the Yellow River pilot engineering and gained valuable constructingexperiences.

KeyWords:tunnel;prestressed concrete cylinder pipe;PCCP;mobile;install

1 背景

山西省万家寨引黄工程是缓解山西水资源日益缺乏，改善生态环境，实现经济高速、可持续发展的重要保证。近年来，山西中部和北部地区，已经受到了缺水问题的严重困扰，明显制约了经济发展。山西要解决水的问题，唯一的办法是进行引黄工程。引黄工程是一项跨流域的大型引水工程，位于山西省北部，从万家寨水利枢纽取水，分别向太原、大同、朔州供水，整个工程分为万家寨水利枢纽、总干线、北干线、南干线和联接段五部分，线路总452.5 km，其中总干线长44.4 km，南干线长101.8 km，北干线长166.8 km，联接段长139.5 km。整个工程分两期实施，一期完成总干线、南干线和联接段全部输水工程。

引黄一期工程中的最后一段是施工难度相当大的联接段。联接段中从汾河水库到扫石的43.2 km要穿过娄烦和古交地下的自来水管、煤气管、污水管、太钢精粉管、地下光缆等复杂地形，并且要11次穿越汾河河道。由于联接段工程为全年不间断供水，供水保证率要求很高，因此，为了保证引水的水质，联接段中的这43.2 km采用具有卓越可靠性的预应力钢筒混凝土管（PrestressedConcrete Cylinder Pipe简称PCCP）进行输水。

在联接段有六条开挖直径为φ4.2 m（经一次混凝土喷锚支护后，洞内壁理论直径为φ3.85 m～φ4.0 m）、总长为8 km的隧洞（图1），在隧洞内敷设外径为φ3.4 m～φ3.5 m、公称内径φ3.0 m、长度为5.0 m、每节重量为30t、承插口直径为φ3.143 m，承插口最大间隙为1.8 mm的PCCP,见图2。在国内，隧洞内敷设大直径管道是第一次。因隧洞内施工空间狭小，无法使用通用起重运输设备施工。所以，在隧洞内敷设PCCP的技术难度，在国内同类项目中首屈一指。因此，8 km隧洞敷设大直径PCCP成为联接段唯一的关键性控制工期工程。

根据引黄工程技术要求，进行了广泛的调研和科技查新，未发现在隧洞内使用，同时具有起重、运输、调整、对中及安装大直径PCCP的设备及文献报道。在充分了解工程技术要求后，对隧洞管道运输安装车（简称隧洞车）技术进行了可行性分析，并对隧洞内管道运输安装大直径PCCP技术进行了深入研究。结果表明：采用电动机驱动的轨道车辆、隧洞车在PCCP内部运行和穿过技术、紧凑的液压三维调整对中安装技术、能满足隧洞内运输安装大直径PCCP技术要求。

2 车轮运行驱动系统选型

在研究隧洞车技术时，首先对车轮运行驱动系统选型，以适应隧洞运输、安装大直径PCCP施工要求。

2.1 车轮选型

2.1.1 轮胎式车轮 轮胎式车轮车辆具有机动灵活、可在隧洞内外场地行驶。但在开挖内壁不规则的隧洞内行驶，运输和安装大直径PCCP时，需具有可靠的测向定位功能，技术要求高，结构复杂，施工现场使用和维护困难。

2.1.2 轨道式车轮 轨道式车轮车辆可在隧洞内外铺设的轨道上行驶。虽然铺设轨道增加施工费用，但轨道式车轮车辆结构相对简单，可靠。轨道可作为安装基准，简化了在开挖不规则的隧洞内测向定位工作，运输和安装大直径PCCP非常方便。施工结束后，可以拆除轨道，节省施工费用。

2.2驱动机构选型

2.2.1 内燃机驱动方案 内燃机驱动方案是采用一种新型环保蜗轮增压柴油机作动力，柴油机的排放达到欧洲Ⅰ或Ⅱ号标准（或目前国家标准），并要求隧洞良好通风，空气新鲜。由柴油机驱动液压泵—液压马达静压传动系统，液压马达经减速器驱动主动车轮，实现恒扭矩无级调速，平滑正反转，起动快。适用于没有供电的施工现场。

2.2.1 电动机驱动方案 电动机驱动方案是采用三相四线制低压电缆卷筒供电，直联式制动电动机作动力，电动机经减速器驱动主动车轮。可用串电阻有档调速和变频调速等方法控制行驶速度及方向。但电动机驱动的隧洞车运行最大距离受电缆长度和电压降限制。

综合上述四种方案，轮胎式车轮的车辆结构复杂，在隧洞内测向定位困难。内燃机驱动方案，柴油机排放污染隧洞内的施工环境，尤其在冬天施工，若通风量很大，隧洞内温度过低，无法施工。根据开挖内壁不规则的隧洞定位和施工的环保要求，并结合引黄工程隧洞长度实际情况，选用了电动机驱动轨道运输方案。

3 隧洞车关键技术研究

为了在隧洞内狭小空间中，运输、安装大直径PCCP，要求隧洞车必须具有起重、三维调整对中、支撑、运输、安装等多功能(图3)。

根据多功能技术要求，研制了隧洞车在PCCP内部运行和穿过技术、隧洞车在PCCP内部三维调整对中安装技术。

3.1 隧洞车在PCCP内部运行和穿过技术

因隧洞内空间狭小，隧洞车必须进入PCCP内部，完成在PCCP内部运行和穿过。

隧洞车的驮管梁一端安装二组升降车轮组和一组升降轮胎组，见图4。升降车轮组在轨道上运行，升降轮胎组在管道内壁的混凝土上安全运行。升降车轮组和升降轮胎组交替升降工作，使隧洞车的驮管梁一端可穿过PCCP，这样，形成一组固定车轮组和一组升降车轮组作二个支点，隧洞车的驮管梁中部在PCCP内部的状态，为在PCCP内部三维调整对中安装作好准备工作。

3.2 隧洞车在PCCP内部三维调整对中安装技术

隧洞车的驮管梁上安装紧凑的三维调整对中机构，见图5。首先用递进式比例微调技术，见图6，可在管道内部对PCCP进行驮起（起重），然后对PCCP进行上下、左右、前后粗略调整，用三维调整对中机构支撑定位，防止在运输过程中PCCP摆动或外壁与隧洞内壁相碰，保证安全运输。支撑定位后，隧洞车驮起已支撑定位的PCCP在隧洞内运行到安装位置时，升降轮胎组进入已安装就位的PCCP内，这时，用三维调整对中机构精确调整对中二节PCCP管道的承插口。

在二节PCCP管道的承插口对中后，安装机构移动，使承口进入插口内完成安装工作。

4 隧洞车及主要技术参数

图 7 是3000型隧洞车总图。

隧洞车由牵引车和驮管车构成的机械部分、液压系统、电气控制系统、照明通讯系统、安全警示系统等组成。

牵引车和驮管车通过铰接轴相连，拆开铰接轴，可将牵引车和驮管车很方便分开，作到一车多用。

车轮运行驱动系统安装在牵引车上，通过手柄操纵隧洞车运行速度和方向。

多功能工作系统由起重、三维调整对中、支撑、安装等机构组成，并安装在驮管车上。通过手柄操纵多功能工作系统工作。

液压系统控制车轮升降及多功能工作系统工作。

电气控制系统控制车轮运行驱动、液压电气系统、照明安全电气系统等。

5 结论

隧洞车具有多功能，可实现穿管、顶管、支管、运管、调管和装管动作，实现了对PCCP的快速起重、安全运输、精确调整对中、可靠安装。隧洞管道运输安装车技术有效解决了在隧洞内狭小空间中敷设大直径PCCP的技术难题。该技术已申请国家发明专利，申请号 02110317.8

2001年10月至2002年8月，使用隧洞管道运输安装车技术在引黄联接段的六条隧洞敷设内径φ3 m、外径φ3.4 m、长5 m、重30 t预应力钢筒混凝土管1600多节，总长8 km。控制工期由18个月缩至10个月。若用通用设备运输大直径PCCP，人工安装PCCP，每天只能安装二节，使用该技术每天可安装10~12节，提高工效五倍以上，保证了联接段的控制工期。

该技术第一次在国内成功应用，取得了宝贵施工经验，并及时解决了引黄联接段施工急需。

隧洞管道运输安装车技术可用在公称内径φ2 m~φ4 m、长5 m、每节重约13 t~50 t的PCCP或相似构件的运输和安装。该技术也可应用在柴油机驱动的轮胎式车辆上。

该技术达到国际先进水平，使用该技术提高了输水工程行业施工水平，推动了输水工程科技进步，并具有广阔应用前景。该技术可广泛应用在南水北调等国内外输水工程中，有巨大的社会经济效益。

参考文献：

[ 1 ]MANNESMANN REXROTH. 现代化行走机械的传动和控制. 专业会议资料. 1995.05

[ 2 ] 张玉川. 进口液压挖掘机国产化改造. 西南交通大学出版社. 1999.03

作者简介：赵钰琛（1942—），男，满族，教授级高级工程师，吉林省永吉县人，主要从事机械、液压产品的设计、开发工作。