漆偉

（中鐵十一局（集團(tuán)）第五工程有限公司　重慶　九龍坡　400052）

試論隧道襯砌臺車設(shè)計的初步探討

漆偉

（中鐵十一局（集團(tuán)）第五工程有限公司重慶九龍坡400052）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的交通事業(yè)呈現(xiàn)出迅速發(fā)展的狀態(tài)，相關(guān)的施工技術(shù)和設(shè)備也得到了發(fā)展，例如在現(xiàn)代隧道工程建設(shè)中主要利用隧道襯砌臺車對進(jìn)行二次襯砌，該設(shè)備的使用讓建筑過程中混凝土的襯砌質(zhì)量得到有效提高，并相對降低了勞動的強度，從而使工作的效率得到有效保障。本文將通過對隧道襯砌臺車的工作原理以及設(shè)計要求進(jìn)行分析，對其進(jìn)一步展開探究。

隧道；襯砌臺車；設(shè)計

因為隧道工程建設(shè)的難度系數(shù)大，對施工要求也較高，為保證施工的質(zhì)量需要進(jìn)行多次的襯砌工作，一般情況下，采用隧道襯砌臺車對隧道進(jìn)行二次襯砌，能有效的減少人力的消耗，提高工程的效率[1]。因此在進(jìn)行襯砌臺車設(shè)計過程中需要根據(jù)不同施工環(huán)境的要求進(jìn)行截面的設(shè)計，同時還需要將其受力情況考慮到設(shè)計中，以保證設(shè)計后的襯砌車能滿足施工的需要，提高工程的質(zhì)量。

1　隧道襯砌臺車的基本介紹

1.1隧道襯砌臺車的基本工作原理

隧道襯砌臺車的外輪廓面與隧道襯砌中的內(nèi)輪廓建設(shè)理論相似，即對模板兩側(cè)的開挖倉面采取封堵的方式，使其與已開挖面能構(gòu)成處于封閉狀態(tài)的環(huán)形倉，然后利用澆注混凝土的方法使其最終完成隧道襯砌的目標(biāo)，在這個過程中臺車主要是利用相關(guān)的操作步驟以及使將絲杠將架體和模板連成一個整體的方式，實現(xiàn)澆注混凝土的目的，其中臺車的操作步驟包括立模和收模以及對模板中心的調(diào)整工作等。

1.2對隧道襯砌臺車的設(shè)計要求

1.2.1鋼模板外形尺寸的設(shè)計要求

在進(jìn)行隧道襯砌臺車設(shè)計過程中，應(yīng)該確保鋼模板的外型尺寸能與隧道斷面設(shè)計的要求和標(biāo)準(zhǔn)相符合，例如當(dāng)隧道斷裂處的最大斷裂面的半徑低于3m時，需要將鋼模板的誤差控制在10mm以內(nèi)，但是當(dāng)最大斷裂面的半徑高于3m時，鋼模板的誤差需要控制在20mm以內(nèi)，并且在這個過程中，需要使隧道中心線和鋼模板的中心能夠重合，同時將其組裝的初始誤差控制在50mm以內(nèi)，一旦超過這個標(biāo)準(zhǔn)值會使相關(guān)的設(shè)備不能通過鋼模板橫移油缸橫向推動使其到達(dá)準(zhǔn)確的位置。此外，保證襯砌臺車的頂模具備一定的靈活度，滿足當(dāng)襯砌臺車不能進(jìn)行縱向調(diào)整使，利用頂升油缸進(jìn)行縱向坡度的調(diào)整滿足要求。

1.2.2鋼模板動作的設(shè)計要求

在對鋼模板進(jìn)行設(shè)計時，需要確保鋼模板的動作能夠完成相關(guān)的工作。從當(dāng)前市場之中關(guān)于鋼模板臺車的設(shè)計成果看來，該臺車中模板的支模和脫模都是通過液態(tài)驅(qū)動，鎖定工作則是由機(jī)械裝置實現(xiàn)的。同時滿足施工的需求，應(yīng)該在整體模板中預(yù)留灌注窗和作業(yè)窗，并在設(shè)計的過程中應(yīng)該確保臺車中的每一個部件能夠滿足運輸?shù)囊蟆?/p>

1.2.3襯砌臺車主臺架的設(shè)計要求

在對襯砌臺車的主臺架進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該確保其凈空能夠容納其他施工設(shè)備順利通過，并且能在滿足自身經(jīng)過岔道時的調(diào)節(jié)能力同時，滿足其他運輸車輛的拖拉要求。

1.2.4襯砌臺車門架行走輪的設(shè)計要求

襯砌臺車門架行走輪中軸距和模板的整體長度應(yīng)該與隧道轉(zhuǎn)彎的半徑和其余相關(guān)的機(jī)械設(shè)備要求相符合，一般情況下會將模板的長度設(shè)置為6～10m之間，那么門架軸距的長度應(yīng)該比整體模板的長度約小1m。另外對于高瓦斯隧道施工中的鋼模板臺車，需要根據(jù)相關(guān)防爆規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電氣系統(tǒng)的設(shè)計和規(guī)劃，并使其防爆等級能達(dá)到Ⅱ級，以此保證在使用過程中的安全。

1.3隧道襯砌臺車受力分析介紹

1.3.1襯砌臺車的受力分析

在混凝土一次性澆注施工產(chǎn)一定荷載的前提下，對二次襯砌臺車進(jìn)行受力設(shè)計，保證設(shè)計出的穩(wěn)定性和強度等能符合相關(guān)工程的要求且操作方便。將襯砌車最頂端的壓力設(shè)為P1，側(cè)端壓力設(shè)為P2，則可以進(jìn)行計算：P1=上部混凝土自重+臺車支撐門架上部模板及支撐系統(tǒng)重量+超挖部分自重+施工可變載荷；P2=r· h·α，其中r指的是混凝土的比重，h指的是混凝土的高度，而α值的是折減的系數(shù)。

1.3.2模板的受力分析

在進(jìn)行襯砌混凝土澆注的施工中，襯砌臺車的模板會直接受到新灌注混凝土的壓力以及沖擊力和振搗的影響，也給部分直邊墻中的模板和拱部模板帶來側(cè)壓力，給曲邊墻和正拱頂模板造成垂直壓力。同時模板的壓力會隨新灌注混凝土的數(shù)量和高度不斷的增加直至最大值（Pmax），并且該最大值（Pmax）的大小取值會和混凝土的塌落度、灌注過程中的速度以及入模方式、溫度和初凝時間等方面的有著密切的聯(lián)系，當(dāng)模板處于不同位置時其最大值也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。雖然受諸多因素的影響其最大值會不同，但是可以采用綜合表達(dá)式進(jìn)行計算：Pmax=K∮，其中K指的是綜合影響的系數(shù)，∮指的是混凝土的容重[2]。

1.3.3模板支架的受力分析

模板支架的受力情況會隨著墻面的變化產(chǎn)生變化，例如當(dāng)面對直墻時受力模式會沿墻高方向呈多跨連續(xù)梁超靜定結(jié)構(gòu)的形式，面對曲墻時則會形成多跨桁架超靜定結(jié)構(gòu)模式。一般情況下利用插入式對組合鋼模板進(jìn)行振搗時，模板支架的受力計算相對簡單，并且在振搗過程中產(chǎn)生的震動容易在模板簡支處被處理；利用附著式對大面積的模板進(jìn)行振搗時，因為模板支架和模板已經(jīng)成為整體，該模板的受力計算也相關(guān)負(fù)責(zé)，并且由于振搗過程中的模板支架直接受振搗作用的影響和相關(guān)桿件的傳力作用，使模板支架的相關(guān)受力計算難度加大，對可調(diào)節(jié)桿件產(chǎn)生較大的損害。

2　隧道襯砌臺車在施工過程中的設(shè)計

2.1襯砌車臺車中模板系統(tǒng)的設(shè)計

側(cè)模和定模是當(dāng)前隧道襯砌臺車中模板系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，其中側(cè)模部分是由側(cè)向油缸或絲杠通過與支撐系統(tǒng)的門架部分鉸接組成，而頂模則是由螺栓和支撐系統(tǒng)中頂升油缸上部分連接形成。因此在進(jìn)行模板系統(tǒng)的設(shè)計使，首先要做的是將側(cè)模和頂模的鉸接點確定好，保證在鉸接點位置確定的同時臺車具備足夠的脫模空間，并注意將側(cè)模的長度控制在一定的范圍內(nèi)。一般情況下是利用將臺車降低100～200mm的方式，使脫?？臻g能控制在50～100mm之間。在臺車的施工過程中，因為輸送泵的高壓影響，使模板極容易產(chǎn)生變形，所以需要采取合理的方式加強模板的剛度，具體的措施如下：

（1）當(dāng)在操作的過程中沒有確切理論數(shù)據(jù)做參考時，可以通過相關(guān)的經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。以有小立柱支撐的臺車模板和沒有小立柱支撐的臺車為例，有小立柱支撐的臺車模板的鋼板設(shè)計結(jié)構(gòu)寬度為2100mm，面板長度為20mm，主筋板的高度和厚度分別為260mm、13mm，鋼板中間的筋高和厚度分別為160mm和20mm，而沒有小立柱的臺車，頂模的設(shè)計高度和邊筋板以及中間筋板的厚度分別為600mm、17mm、13mm。將兩者設(shè)計方案進(jìn)行對比可以了解到有小立柱的臺車在鋼度和強度方面比沒有小立柱的臺車要強，但是因為其空間較小，操作流程復(fù)雜，為使裝車方便需要將頂模拆分成兩塊，而沒有小立柱的臺車操作便利且空間較大，但是因為沒有一定的支撐力，強度稍弱，同時由于頂模是一整塊，轉(zhuǎn)車的難度較大，在運輸?shù)倪^程中也需要花費更多的費用[3]。

（2）為使模板的強度能夠得到加強，需要在注漿口增設(shè)型號為18#的工字鋼，增設(shè)的數(shù)量根據(jù)實際情況而定，并且還注意溢流孔卸壓的設(shè)置。

（3）在進(jìn)行框架和筋板以及面板的焊接過程中，可以采用影響范圍較小的CO2保護(hù)焊進(jìn)行操作，焊接的順序是將中心當(dāng)做中心軸向四周進(jìn)行對稱擴(kuò)散，其中焊接的最佳縫長和間隔距離分別為35mm和300mm，而主筋板的焊接縫長和間距以35mm 和60mm為最佳，保持模板處于平放狀態(tài)，同時在對筋板進(jìn)行下料操作時，應(yīng)該采取外弧一刀切的方式，有利于節(jié)省材料，提高筋板的強度。

（4）在對模板進(jìn)行操作時，應(yīng)該把握好混凝土的澆注順序，靠近端口地方緩慢澆注，避免因為沖擊造成破壞。

2.2襯砌車臺車中行走系統(tǒng)的設(shè)計

在進(jìn)行襯砌車臺車中行走系統(tǒng)設(shè)計時，可以根據(jù)臺車的情況進(jìn)行相關(guān)配置的調(diào)整，例如一臺12m的臺車使用4輪驅(qū)動，將其電機(jī)的功率控制為7.5kW或者5.5kW，選擇WPDA175減速機(jī)，并使減速比為1：60；9m的臺車則使用2輪驅(qū)動。因為在使用襯砌車時，需要以保證安全行走為基本前提，所以一般都是通過使用遙控器將其引導(dǎo)到行走電機(jī)的地方。

2.3襯砌車臺車中門架和支撐系統(tǒng)的設(shè)計

襯砌車臺車中門架和支撐系統(tǒng)主要作用是對襯砌過程中產(chǎn)生的壓力進(jìn)行分擔(dān)并使整個模板得以有效支撐。以此避免模板內(nèi)向收縮和變形的情況發(fā)生。支撐系統(tǒng)主要由絲桿、平移設(shè)備、油缸、拱部的橫梁和小立柱以及相關(guān)的支撐立柱、橫、縱梁等。針對不同的施工要求可以通過改動支撐系統(tǒng)的方式進(jìn)行處理，使臺車得到合理利用。

3　隧道襯砌臺車的使用規(guī)范

（1）在進(jìn)行隧道襯砌車的使用過程中，首先應(yīng)該保證其通過的軌道堅實平整，禁止存在軌道面一側(cè)軟一側(cè)硬的情況，其次軌道的頂面和襯砌臺車的頂面應(yīng)該在同一個平面上，并保證軌道的間距和臺車的輪距相一致。

（2）當(dāng)臺車在自有動力下進(jìn)行移動時，需要選擇具有相關(guān)操作經(jīng)驗的人對其進(jìn)行操作，并讓相關(guān)的人員在臺車前進(jìn)的方向?qū)ε_車的運行情況實時觀察，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時通知操作人員對臺車進(jìn)行控制，當(dāng)臺車在外力作用下進(jìn)行移動時，在裝載機(jī)上固定合適的鋼絲繩，并巖隧道坡度相反的方向緩慢拖拉臺車，使其能受自重力的影響進(jìn)行移動，同時禁止出現(xiàn)順?biāo)淼婪较蛲侠_車的行為。

（3）在進(jìn)行襯砌臺車的移動過程中，需要以平緩的速度進(jìn)行平移，如果移動出現(xiàn)阻礙，需要相關(guān)人員能認(rèn)真檢查臺車底部是否存在異物，同時還需要對臺車的兩側(cè)和頂端進(jìn)行檢查，查看是否是因為鋼筋阻礙了臺車的運行。當(dāng)確定是因為鋼筋侵限造成的卡車，應(yīng)使臺車停止移動，進(jìn)行鋼筋處理，禁止出現(xiàn)生拉硬拽的操作發(fā)生[4]。

4　結(jié)語

在進(jìn)行隧道襯砌臺車設(shè)計的過程中，應(yīng)充分考慮到其截面與不同施工環(huán)境之間的關(guān)系，并對其受力情況進(jìn)行綜合分析，以保證在施工過程中襯砌車的穩(wěn)定性和安全性，從而實現(xiàn)在提高工程建筑速度的同時，保證工程的質(zhì)量。同時在進(jìn)行設(shè)計的過程中，不能直接照搬其他成功的設(shè)計案例，需要根據(jù)施工場地的實際情況進(jìn)行具體的分析和設(shè)計。

[1]楊建華.雙線多變斷面隧道襯砌臺車設(shè)計與使用[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2012，03：205～206.

[2]劉翔.隧道襯砌臺車設(shè)計與受力分析[J].科技風(fēng)，2011，03：96～97.

[3]隆杰.隧道襯砌臺車設(shè)計的初步探討[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2010，23：71～ 72.

[4]徐付平.淺談變截面隧道襯砌臺車設(shè)計與使用[J].科技致富向?qū)В?011，21：395.

U445.39

A

1673-0038（2015）22-0232-02

2015-5-12

漆偉（1984-），男，助工，本科，主要從事機(jī)械設(shè)計制造工作。