0 引言

隨著我國現(xiàn)代化進程的不斷深入，鐵路和公路建設也相應得到了快速的發(fā)展，隧道施工的機械化程度也在不斷提高，許多工序出現(xiàn)專用設備來滿足施工要求。

在進行高原隧道施工時，為了增強對勞務人員的安全保護，節(jié)約人工費用，減輕勞動強度，提高鋪設質量，設計及制造適應隧道一體化、機械化、自動化施工的防水板自動鋪設臺車成為了高原隧道施工迫切需求。

1 工程概況

新建川藏鐵路雅安至林芝段中間段CZSCZQ-11標段有新建隧道34966m/（0.8+2+0.4）座。隧道施工工程量非常大。標段隧道均位于海拔3500m以上，最高海拔4423m（德達隧道）。因高原地區(qū)高寒、低氣壓、低含氧，施工人員勞動效率大幅降低。且項目地處人煙稀少的川藏高原上，勞動人員嚴重缺乏，用工成本極高。而傳統(tǒng)防水板鋪設為自制簡易平臺進行人工操作，機械化及自動化程度極低，勞動強度高，安全風險高。故在本項目施工中，研究防水板機械化、自動化施工技術勢在必行。

為了配合川藏鐵路高原隧道防水板施工而專門設計、制造了一種新型的防水板自動鋪設臺車。

2 防水板自動鋪設臺車主要技術參數(shù)

新型防水板自動鋪設臺車主要技術參數(shù)為：①長度：4m；②高度：9.91m；③門架凈空：7.64m×5m；④臺架行走輪中心距：8m；⑤寬度：14.22m；⑥臺架縱向輪中心距：7.6m；⑦行走減速電機：2.2kW×2臺；⑧爬升減速電機：2.2kW×2臺；⑨臺車整體走行速度：7m/min；⑩小車最大爬行速度（調頻電機）：（3～4.0m/min）；1○適應隧道斷面大?。篟7.11m±0.1m；12○適應隧道縱、橫坡：±2%；13○適應防水板幅寬：3m；14○適應初支表面平整度：≤1/10，即1平方米范圍內，工作表面最大凸凹差值0.1m。

3 結構形式及使用原理

3.1 結構形式

新型防水板自動鋪設臺車主要由：①門架總成系統(tǒng)；②作業(yè)工作臺總成；③拱圈總成系統(tǒng)；④行走、爬升機構；⑤安全制動機構；⑥臺車整體液壓調平機構；⑦防水板吊裝機構；⑧監(jiān)測裝置等八部分組成。臺車結構設計如圖1、圖2所示。

圖1 臺車橫斷面圖

圖2 臺車側面圖

3.1.1 門架總成。

門架主要由型鋼制作，構成臺車的骨架。門架設置3榀，間距2m，總長度4m，滿足防水板（幅寬3m）鋪設；為確保行走時臺車平穩(wěn)，縱向行走輪間距按7.6m，橫向間距（鋪軌間距）按8m。

3.1.2 作業(yè)工作臺總成。

為確保安全以及避免操作人員頻繁上下攀爬，減輕高原施工勞動強度，特設計3.5m×0.7m的懸掛式施工人員工作臺。工作臺懸掛在爬行小車的懸臂軸上，在重力作用下，工作臺能夠始終處于豎直狀態(tài)。

3.1.3 拱圈總成系統(tǒng)。

拱圈采用鋼板焊接成“II”字形，外側焊接齒圈，作為爬行小車的運動軌道，腹板部分作為爬行小車鉤輪的軌道，保證了爬升小車的行走平穩(wěn)，且平面穩(wěn)定性好。

3.1.4 爬升行走機構。

行走爬升小車在輪箱內部安裝4個小輪，小輪鑲嵌在拱圈的凹槽內，約束小車沿拱圈行走，采用電機（減速機）帶動與齒條嚙合的小齒輪實現(xiàn)小車爬升行走，爬升行走機構如圖3所示。

圖3 爬升行走機構

爬升行走機構選用電磁制動電機，電磁制動電動機的直流圓盤制動器安裝在電機非軸伸端的端蓋上。接通電源時，制動器開始工作，電磁鐵產(chǎn)生磁力吸引銜鐵并壓縮彈簧，制動盤與銜鐵端蓋脫開，爬升小車可自由行走。當切斷電源后，電磁鐵磁力消失，彈簧推動吸盤壓緊制動盤，產(chǎn)生制動摩擦力，使爬升行走機構立即停止運轉。形成了第1道安全制動防線。

爬升機構上面安裝氣囊支架及防水板支架。

3.1.5 安全制動機構。

在爬升機構里面還設有電磁吸盤，當停車時，電磁吸盤會牢牢地吸合在拱圈上，將爬升機構和工作平臺固定在拱圈上，防止意外事故的發(fā)生，形成了第2道安全制動防線。

在爬行機構安裝完成后，在拱圈兩端設置機械式擋板，擋板高度要大于輪箱端板高度，防止電器部分失效而引起的小車下滑墜落，避免意外，形成第3道安全制動防線。

3.1.6 臺車調平機構。

隧道內情況復雜，有縱向、橫向坡度，仰拱面高低不平等現(xiàn)象，為了保證拱圈頂部處于水平狀態(tài)，在門架底部安裝4個頂升油缸，通過油缸調整，確保臺車的水平狀態(tài)。

3.1.7 防水板吊裝機構。

1圈30m長的防水板重量約120kg，為減輕高原施工人員的勞動強度，特在門架外側設置“折線形”旋轉吊架（如圖4所示），吊架主體由桁架組成，桁架分為2段，所有連接點均為銷軸，桁架頂面設置懸掛吊點，利用1t提升倒鏈將整卷防水板提起，人工旋轉吊架，可輕松簡便地將整卷防水板安裝在爬升小車的支撐架上。

圖4 防水板吊裝系統(tǒng)示意圖

3.1.8 監(jiān)測裝置。

由于電機性能差異、荷載不均勻、電壓不穩(wěn)定等原因常，引起的兩端爬行小車出現(xiàn)位移差。在左右側爬行小車上設置紅外線對射裝置，當兩端小車不同步量超過10cm時，紅外線對射裝置輸出斷電信號，小車斷電。然后通過配電箱上電機的控制系統(tǒng)對單側電機進行調整，使兩端小車實現(xiàn)同步。

3.2 使用原理

防水板鋪設臺車核心機構為拱圈和爬升機構，爬升機構附著在拱圈上，通過電機、減速機、齒輪傳動，實現(xiàn)爬升動作。

爬升機構上安裝有氣囊和防水板卷材，在工作時，氣囊與已展開的防水板接觸，通過氣囊將防水板扶貼在初支面上，通過工作人員將防水板熱熔連接，實現(xiàn)防水板的鋪設。從而實現(xiàn)防水板鋪設的自動化作業(yè)。

爬升機構上的電機為電磁制動變頻電機，可以實現(xiàn)電磁制動和調節(jié)爬升速度的功能。

4 防水板臺車的安裝步驟

①安裝行走梁。先將頂升導軌穿入行走梁對應滑槽中，并將行走梁按安裝尺寸放置到位（以隧道中心為基準，放置行走梁），行走梁中心距離8m，兩端橫向距離誤差不得大于10mm，并支墊穩(wěn)當，墊枕高度為45～50cm。調平行走梁，使兩行走梁相對高差不大于2cm；并測量兩側行走上翼緣板連接孔的對角尺寸，使連接孔的對角線誤差控制在1cm之內，便于門架的安裝。②安裝門架。預先將立柱、斜撐和橫梁拼裝成整體，然后整體吊裝，與行走梁拼裝，依次完成三榀門架的安裝。③安裝門架對應的外伸桿件、工作平臺以及爬梯。④將門架上方的小立柱和橫梁以及斜撐桿件等安裝相應位置，同時安裝對應的工作平臺、爬梯和圍欄。⑤將拱圈安裝在門架的相應位置，并且將相應的拱圈銷軸、連接板安裝到位。⑥將兩側拱圈的間距調整到所需尺寸，其誤差控制在±2mm之內。然后將門架的斜撐桿件、吊裝機構等按照圖紙要求安裝，同時二次緊固相應的螺栓。⑦安裝吊籃和移動工作平臺。預先將單側爬升機構放入弧形軌道內，并支撐牢靠；安裝另一側爬行機構，支撐牢靠；安裝防水板支架、氣囊支架。然后再將吊籃工作平臺、欄桿、吊籃調節(jié)油缸等安裝在拼裝好的爬升機構對應的位置上，使其成為整體結構。在拱圈上焊接限位擋塊，防止其從拱圈上滑落。⑧將集線器安裝在拱圈的對應位置，按照布線圖紙，將所需要的電纜線，配電箱及電氣控制系統(tǒng)等安裝布置在對應位置。⑨安裝頂升液壓系統(tǒng)。首先將頂升液壓泵站固定在行走梁對應位置，然后將頂升油缸安裝在立柱的油缸座上，最后連接頂升機構的液壓油管以及其他配件。安裝吊籃提升油缸和氣囊調節(jié)油缸。將液壓泵站安裝在吊籃的相對位置，通過油管連通液壓泵站和吊籃提升油缸、氣囊調節(jié)油缸。⑩行走機構安裝。操作頂升油缸，將臺車整體上升，使行走梁與其墊塊脫離，撤走墊塊，將行走主動機構和被動機構依次安裝在相應的位置，最后鋪設鋼軌，要求軌距8m，誤差±5mm，將鋼軌固定在地面上。1○在各個傳動部位注入相應的潤滑油脂，泵站加注YB-N46#抗磨液壓油，減速機加注齒輪油，檢查鋼軌鋪設質量及齒輪傳動部位有無障礙等，接通電源，進行臺車試運行。12○待臺車運行狀態(tài)良好的情況下，利用吊裝機構將防水板卷材提升安裝在吊籃的對應位置。對氣囊進行充氣（氣壓控制在0.02±0.005MPa）。根據(jù)隧道噴錨的情況，通過氣囊調節(jié)油缸來控制氣囊與防水板鋪設面的距離，使其達到最佳鋪設距離，啟動爬升機構，進行防水板的鋪設作業(yè)。

5 防水板鋪設臺車使用過程中注意事項

①臺車各個部位須可靠安裝、連接。擰緊各個部位的螺栓。②按要求，如數(shù)正確安裝臺車上的防護欄桿。③統(tǒng)一指揮臺車的操作。④臺車行走時，嚴格控制臺車中心線與隧道的中心重合，確保鋼軌的平直度和軌距，鋼軌間的接縫要平滑，不應有明顯高低錯臺，以免給臺車行走帶來較大阻力。行走時隨時觀察臺車有無剮蹭，及時清理前方道路。⑤隨時觀察爬升小車的運行狀態(tài)，如果有異常，須立即停車，排除故障。⑥正確可靠連接爬升機構機械制動裝置，防止非行走狀態(tài)時的臺車爬升機構下滑。正確連接夾軌器，防止臺車在軌面不平時自行滑動。⑦定期維護保養(yǎng)臺車，軸承、齒輪等部位需有充分潤滑，避免“干摩擦”現(xiàn)象。⑧臺車鋪設防水板前，對初支錨桿的外漏長度進行檢查，不得超過初支面10mm。⑨工作平臺禁止堆放雜物，載重量不得超過300kg；門架上設置反光警示條，防止其他設備或機械撞擊。臺車上配備滅火器，并固定。

6 結束語

此臺車為全液壓電動行走，可以實現(xiàn)標準化、自動化施工，其設計先進、結構合理、性能完善、工藝精良。有效提高防水板的鋪設質量，提高鋪設效率，降低施工勞動強度，節(jié)約成本，在高原隧道及其它普通隧道防水板鋪設施工中均能發(fā)揮很好的作用。