試論隧道襯砌臺(tái)車設(shè)計(jì)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）

試論隧道襯砌臺(tái)車設(shè)計(jì)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(tái)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(dòng)的強(qiáng)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(tái)車的工作原理以及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，對其進(jìn)一步展開探究。

隧道；襯砌臺(tái)車；設(shè)計(jì)

因?yàn)樗淼拦こ探ㄔO(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(tái)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(tái)車設(shè)計(jì)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(jì)，同時(shí)還需要將其受力情況考慮到設(shè)計(jì)中，以保證設(shè)計(jì)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(tái)車的基本介紹

1.1隧道襯砌臺(tái)車的基本工作原理

隧道襯砌臺(tái)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(gè)過程中臺(tái)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(gè)整體的方式，實(shí)現(xiàn)澆注混凝土的目的，其中臺(tái)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(tái)車的設(shè)計(jì)要求

1.2.1鋼模板外形尺寸的設(shè)計(jì)要求

在進(jìn)行隧道襯砌臺(tái)車設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)，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(shí)，鋼模板的誤差需要控制在20mm以內(nèi)，并且在這個(gè)過程中，需要使隧道中心線和鋼模板的中心能夠重合，同時(shí)將其組裝的初始誤差控制在50mm以內(nèi)，一旦超過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值會(huì)使相關(guān)的設(shè)備不能通過鋼模板橫移油缸橫向推動(dòng)使其到達(dá)準(zhǔn)確的位置。此外，保證襯砌臺(tái)車的頂模具備一定的靈活度，滿足當(dāng)襯砌臺(tái)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(dòng)作的設(shè)計(jì)要求

在對鋼模板進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保鋼模板的動(dòng)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(tái)車的設(shè)計(jì)成果看來，該臺(tái)車中模板的支模和脫模都是通過液態(tài)驅(qū)動(dòng)，鎖定工作則是由機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)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(jì)的過程中應(yīng)該確保臺(tái)車中的每一個(gè)部件能夠滿足運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

1.2.3襯砌臺(tái)車主臺(tái)架的設(shè)計(jì)要求

在對襯砌臺(tái)車的主臺(tái)架進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)的調(diào)節(jié)能力同時(shí)，滿足其他運(yùn)輸車輛的拖拉要求。

1.2.4襯砌臺(tái)車門架行走輪的設(shè)計(jì)要求

襯砌臺(tái)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(huì)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(tái)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(jì)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(tái)車受力分析介紹

1.3.1襯砌臺(tái)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(tái)車進(jìn)行受力設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)出的穩(wěn)定性和強(qiáng)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(jì)算：P1=上部混凝土自重+臺(tái)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(tái)車的模板會(huì)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(shí)模板的壓力會(huì)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(huì)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(shí)間等方面的有著密切的聯(lián)系，當(dāng)模板處于不同位置時(shí)其最大值也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。雖然受諸多因素的影響其最大值會(huì)不同，但是可以采用綜合表達(dá)式進(jìn)行計(jì)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(huì)隨著墻面的變化產(chǎn)生變化，例如當(dāng)面對直墻時(shí)受力模式會(huì)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(shí)則會(huì)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(shí)，模板支架的受力計(jì)算相對簡單，并且在振搗過程中產(chǎn)生的震動(dòng)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(shí)，因?yàn)槟０逯Ъ芎湍０逡呀?jīng)成為整體，該模板的受力計(jì)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(jì)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(tái)車在施工過程中的設(shè)計(jì)

2.1襯砌車臺(tái)車中模板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

側(cè)模和定模是當(dāng)前隧道襯砌臺(tái)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(jì)使，首先要做的是將側(cè)模和頂模的鉸接點(diǎn)確定好，保證在鉸接點(diǎn)位置確定的同時(shí)臺(tái)車具備足夠的脫?？臻g，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(tái)車降低100～200mm的方式，使脫?？臻g能控制在50～100mm之間。在臺(tái)車的施工過程中，因?yàn)檩斔捅玫母邏河绊?，使模板極容易產(chǎn)生變形，所以需要采取合理的方式加強(qiáng)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(shí)，可以通過相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。以有小立柱支撐的臺(tái)車模板和沒有小立柱支撐的臺(tái)車為例，有小立柱支撐的臺(tái)車模板的鋼板設(shè)計(jì)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(tái)車，頂模的設(shè)計(jì)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(jì)方案進(jìn)行對比可以了解到有小立柱的臺(tái)車在鋼度和強(qiáng)度方面比沒有小立柱的臺(tái)車要強(qiáng)，但是因?yàn)槠淇臻g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(tái)車操作便利且空間較大，但是因?yàn)闆]有一定的支撐力，強(qiáng)度稍弱，同時(shí)由于頂模是一整塊，轉(zhuǎn)車的難度較大，在運(yùn)輸?shù)倪^程中也需要花費(fèi)更多的費(fèi)用[3]。

（2）為使模板的強(qiáng)度能夠得到加強(qiáng)，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(shí)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(shí)在對筋板進(jìn)行下料操作時(shí)，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(qiáng)度。

（4）在對模板進(jìn)行操作時(shí)，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?yàn)闆_擊造成破壞。

2.2襯砌車臺(tái)車中行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行襯砌車臺(tái)車中行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)臺(tái)車的情況進(jìn)行相關(guān)配置的調(diào)整，例如一臺(tái)12m的臺(tái)車使用4輪驅(qū)動(dòng)，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(tái)車則使用2輪驅(qū)動(dòng)。因?yàn)樵谑褂靡r砌車時(shí)，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(tái)車中門架和支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

襯砌車臺(tái)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(gè)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(dòng)支撐系統(tǒng)的方式進(jìn)行處理，使臺(tái)車得到合理利用。

3　隧道襯砌臺(tái)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(jiān)實(shí)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(tái)車的頂面應(yīng)該在同一個(gè)平面上，并保證軌道的間距和臺(tái)車的輪距相一致。

（2）當(dāng)臺(tái)車在自有動(dòng)力下進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，需要選擇具有相關(guān)操作經(jīng)驗(yàn)的人對其進(jìn)行操作，并讓相關(guān)的人員在臺(tái)車前進(jìn)的方向?qū)ε_(tái)車的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)觀察，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)通知操作人員對臺(tái)車進(jìn)行控制，當(dāng)臺(tái)車在外力作用下進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，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(tái)車，使其能受自重力的影響進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)禁止出現(xiàn)順?biāo)淼婪较蛲侠_(tái)車的行為。

（3）在進(jìn)行襯砌臺(tái)車的移動(dòng)過程中，需要以平緩的速度進(jìn)行平移，如果移動(dòng)出現(xiàn)阻礙，需要相關(guān)人員能認(rèn)真檢查臺(tái)車底部是否存在異物，同時(shí)還需要對臺(tái)車的兩側(cè)和頂端進(jìn)行檢查，查看是否是因?yàn)殇摻钭璧K了臺(tái)車的運(yùn)行。當(dāng)確定是因?yàn)殇摻钋窒拊斐傻目ㄜ?，?yīng)使臺(tái)車停止移動(dòng)，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(tái)車設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)在提高工程建筑速度的同時(shí)，保證工程的質(zhì)量。同時(shí)在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，不能直接照搬其他成功的設(shè)計(jì)案例，需要根據(jù)施工場地的實(shí)際情況進(jìn)行具體的分析和設(shè)計(jì)。

[1]楊建華.雙線多變斷面隧道襯砌臺(tái)車設(shè)計(jì)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(tái)車設(shè)計(jì)與受力分析[J].科技風(fēng)，2011，03：96～97.

[3]隆杰.隧道襯砌臺(tái)車設(shè)計(jì)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(tái)車設(shè)計(jì)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(jì)制造工作。