新型無軌式隧道襯砌液壓臺車在隧道二襯施工中的設(shè)計與應(yīng)用

王松　喻致蓉

【摘 要】本文以廣州市軌道交通二十一號線工程13標(biāo)金坑站～鎮(zhèn)龍南站區(qū)間隧道二襯施工為例，介紹了新型無軌式隧道襯砌液壓臺車在隧道二襯施工中的設(shè)計與應(yīng)用。工程實踐表明，采用新型無軌式隧道襯砌液壓臺車既可以滿足隧道襯砌施工正常掘進，又可以避免傳統(tǒng)隧道二襯臺車襯砌過程中反復(fù)鋪設(shè)軌道的繁瑣工序，施工效率高，混凝土襯砌質(zhì)量好，同時減輕了二襯作業(yè)工人的勞動強度，很好的解決了目前國內(nèi)存在的普遍隧道建設(shè)施工過程需要鋪設(shè)行走軌道，隧道襯砌臺車移動不方便、鋪設(shè)鋼軌耗費人力大問題，經(jīng)濟效益顯著。

【關(guān)鍵詞】無軌式；隧道二次襯砌；液壓臺車

中圖分類號： U482.2 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）08-0136-003

The design and application of a new type of non-rail tunnel lining hydraulic trolley in the secondary

lining of the tunnel

WANG Song YU Zhi-rong

（Pingdingshan Pingmei Coal Mining Machinery Equipment Co.，Ltd.，Pingdingshan 467000，China）

【Abstract】In this paper， the Guangzhou Metro Line twenty-one project No.13 Jinkeng station to Zhenlong south station secondary lining of the tunnel construction as an example， this paper introduces a new type trackless type hydraulic tunnel lining trolley in the design and application of the construction of the secondary lining of the tunnel. The engineering practice shows that the new type rail tunnel lining trolley hydraulic tunnel lining construction can meet the normal tunneling operation， and avoid the tedious process of laying the track in the process of the the secondary lining of the tunnel， the construction is more efficient， and the quality is better， and reduces the labor intensity of the workers， a good solution the construction process of traditional tunnel and existing laying the track， hydraulic trolley is easy to move. Reduce the expenses of labour，its economic efficiency has greatly improved.

【Key words】A non-rail tunnel；Secondary lining of the tunnel；Lining hydraulic trolley

1 背景技術(shù)

隧道襯砌臺車是復(fù)合襯砌隧道施工過程二次襯砌施工中必須使用的專用非標(biāo)機械裝備。近幾年來隨著我國高鐵建設(shè)與高速公路建設(shè)工程項目的大力推進，大量的隧道工程項目開工建設(shè)，越來越多的新項目、新課題不斷涌現(xiàn)，迫切需要新的隧道施工裝備在施工效率、襯砌質(zhì)量、安全性能上產(chǎn)生突破。

2 項目概況

廣州市軌道交通二十一號線工程（金坑站～鎮(zhèn)龍南站區(qū)間）【施工13標(biāo)】土建工程包金坑站～鎮(zhèn)龍南站區(qū)間暗挖、盾構(gòu)隧道的主體及附屬結(jié)構(gòu)土建工程，標(biāo)段設(shè)計起始里程為YDK28+790.000，設(shè)計終點里程為YDK33+973.490。本標(biāo)段設(shè)計范圍包括山嶺暗挖區(qū)間隧道、盾構(gòu)區(qū)間隧道、聯(lián)絡(luò)通道、廢水泵房，2個中間風(fēng)井、施工豎井等。區(qū)間隧道范圍內(nèi)共設(shè)10個聯(lián)絡(luò)通道。

金坑站～鎮(zhèn)龍南站區(qū)間線路走向出金坑站后，以高架形式向東北方向進行，于YDK28+790處進入山嶺隧道，在YDK30+327.233處設(shè)置施工豎井，在YDK30+710處設(shè)置1#中間風(fēng)井兼盾構(gòu)始發(fā)井，然后以盾構(gòu)形式下穿和田村，接著以半徑為2000的曲線拐入廣汕路，沿著廣汕路下方進行，下穿規(guī)劃中的花冠高速、人行天橋，線路偏離廣汕路在廣汕路東側(cè)進行，下穿廣州康耐登家居用品有限公司，并于公司綠地上設(shè)置2#中間風(fēng)井，然后再下穿三座規(guī)劃中的人行天橋，后進入鎮(zhèn)龍南站。

3 新型無軌式隧道襯砌液壓臺車介紹

3.1 新型臺車設(shè)計原理

如下圖所示：根據(jù)設(shè)計院施工圖轉(zhuǎn)彎半徑和二襯混凝土厚度等技術(shù)參數(shù)，本新型無軌式隧道襯砌液壓臺車設(shè)計為一次襯砌長度10.5米，整體結(jié)構(gòu)由門架系統(tǒng)（1）、模板系統(tǒng)（2）、支撐系統(tǒng)（3）、橫移系統(tǒng)（4）、縱移系統(tǒng)（5）、液壓系統(tǒng)（6）、電氣系統(tǒng)（7）七個主要部分組成；在使用過程中門架系統(tǒng)（1）與模板系統(tǒng)（2）通過支撐系統(tǒng)（3）共同作用形成固定的整體，然后方可澆筑混凝土。當(dāng)臺車位置需要調(diào)整時，啟動液壓系統(tǒng)（6）、電氣系統(tǒng)（7），可根據(jù)實際隧道襯砌需要通過操作橫移系統(tǒng)（4）、縱移系統(tǒng)（5）來滿足實際需要。

具體操作如下：通過操作橫移系統(tǒng)（4）可實現(xiàn)臺車中心線左右移動；通過操作縱移系統(tǒng)（5）可實現(xiàn)隧道襯砌臺車前進、后退。

臺車需要縱向移動時，操作手動閥手柄，頂升油缸收縮，臺車整體下降至縱移系統(tǒng)（5）縱向滑移輪座落至地面上且平移滑座懸空，使縱移系統(tǒng)（5）的滑移輪座生根，臺車處于懸空狀態(tài)，然后縱向滑移油缸收縮拉動主門架下縱梁在縱向滑移輪座的滾輪上移動，整個臺車往前移動。縱向滑移油缸收縮到零行程后，頂升油缸伸出至平移滑座落至地面生根且縱向滑移輪座懸空， 縱向滑移油缸伸出拉動縱向滑移輪座前移，直至油缸滿程。到此臺車縱向行走的一個循環(huán)結(jié)束。以此類推，反復(fù)循環(huán)操作可實現(xiàn)整個臺車的前進或后退。

為確保二襯施工過程中安全，可靠，已對臺車的門架系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)等主要承受荷載構(gòu)件進行有限元分析計算，強度、剛度、穩(wěn)定性均滿足施工要求，這里不再贅述。

3.2 臺車在隧道二次襯砌中所能達到的目的：

（1）當(dāng)隧道開挖偏離中心時，可通過模板平移調(diào)整機構(gòu)調(diào)整到隧道中心線，滿足了設(shè)計圖紙和施工要求。

（2）臺車設(shè)計有足夠的強度和剛度，在液壓缸和支撐絲桿的聯(lián)合作用下，鋼模板與門架形成一個大的剛性整體，能抵抗?jié)仓炷翉姶蟮拇怪焙退絺?cè)向壓力，臺車不發(fā)生變形。由于各受力支點設(shè)計合理，有效的利用了臺車自身的重量和混凝土的壓力，保證了臺車澆注混凝土?xí)r克服混凝土的上浮作用。

（3）工作窗口布局合理，使臺車便于涂抹脫模劑、兩側(cè)澆注混凝土和振搗作業(yè)，頂部設(shè)有注漿口，兩側(cè)對稱注入混凝土，減輕施工人員強度。

（4）每節(jié)模板接縫嚴(yán)實，混凝土振搗密實，混凝土表面光滑、平整、美觀。無蜂窩、斑點、錯臺現(xiàn)象發(fā)生。

3.3 新型臺車加工要求

由于混凝土質(zhì)量和外觀要求越來越高，模板系統(tǒng)的質(zhì)量平整度和強度對于隧道襯砌表面質(zhì)量至關(guān)重要。本臺車的面板和法蘭等重要零部件均在國內(nèi)率先采用大型數(shù)控激光下料設(shè)備進行加工，在CAD繪圖軟件中排版完畢一次下料，速度快，質(zhì)量好，從而保證所有圓弧半徑、孔位尺寸的精準(zhǔn)，精度誤差±0.2mm。其他非主要構(gòu)件連接法蘭均采用模具板鉆孔加工，確保連接配合精度尺寸。

4 新型無軌式隧道襯砌液壓臺車施工特點

與傳統(tǒng)電機驅(qū)動的有軌隧道臺車相比，新型無軌式隧道襯砌液壓臺車具有以下四個特點：

4.1 避免了傳統(tǒng)臺車鋪設(shè)軌道的繁瑣工序，后續(xù)移動方便，施工效率高，減輕施工作業(yè)人員勞動強度

由于在設(shè)計上改變了傳統(tǒng)的軌道行走系統(tǒng)和減速設(shè)備，設(shè)計了一種液壓油缸行走系統(tǒng)，并加設(shè)了防滑裝置和鎖緊裝置，結(jié)構(gòu)簡單明確，力學(xué)性能好，使用方便。本設(shè)計的目的就是避免繁瑣的鋪設(shè)鋼軌，大量的搬轉(zhuǎn)倒運鋼軌特別是在夜間存在一定的危險性，采用無軌式臺車不但節(jié)約人工，提高效率，還可縮短隧道建設(shè)周期。

4.2 改變了傳統(tǒng)臺車電機驅(qū)動在隧道坡度大時電機驅(qū)動在低速運行時會產(chǎn)生振動和爬行現(xiàn)象、消除臺車下滑失穩(wěn)的隱患。

由于液壓傳動是傳動功率大，低速、平穩(wěn)，控制精度高，有液壓鎖等過載保護能力，顯然在動力上尤其是上坡坡度較大的隧道優(yōu)勢更加明顯。

4.3 克服了傳統(tǒng)臺車模板接縫外觀難題

由于臺車整體襯砌長度較大，受限于鋼板軋制和運輸條件，一般均為1.5-2米長的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)塊模板到達工地現(xiàn)場后組裝而成。為減少錯臺和縫隙，并在現(xiàn)場貼雙面膠填充密實。在實際施工過程中都不可避免的或多或少存在一條豎向的拼接縫，從而在后續(xù)的二襯施工中隧道表面也會累積下一條拼縫。而采用激光下料的加工方法后，所有連接法蘭精度更高（精度誤差±0.2mm），基本消除錯臺現(xiàn)象。比現(xiàn)有技術(shù)條件下誤差1mm內(nèi)的普遍要求有了很大的提高。

4.4 避免了傳統(tǒng)臺車軌道地面的硬化苛刻要求，無軌式臺車適應(yīng)路況更廣

傳統(tǒng)臺車由于要鋪設(shè)軌道，軌道底面的路面必須進行必要的硬化處理，否則軌道在承受整個臺車的荷載時候軌道不可避免的發(fā)生位移，嚴(yán)重時候甚至?xí)?dǎo)致整個隧道軸線的跑偏。新型臺車由于是整個滑移輪座著地，與地面形成一個大的面接觸，承受荷載能力更強，對地面要求相對寬松，只需要簡單混凝土硬化或者碎石壓實硬化即可滿足通行條件。

5 新型無軌式臺車安裝工藝流程

原則上優(yōu)先考慮在洞外安裝，采用25t吊車配合人工進行吊裝。安裝前技術(shù)安全交底→安裝準(zhǔn)備→清理平整施工場地→安裝下縱梁→安裝門架→安裝拱頂結(jié)構(gòu)→安裝模板→安裝縱移機構(gòu)→安裝附屬機構(gòu)→連接液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)→調(diào)試臺車。

空載試車，液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)工作是否正常。試驗臺車各種動作是否靈活、準(zhǔn)確到位。

6 隧道臺車使用注意事項

6.1 隧道臺車的澆筑過程按以下幾步進行：

（1）檢查絲杠支撐位置是否滿足設(shè)計要求，對地絲杠支撐位置正確、牢固。

（2）檢測臺車的中心軸線是否與隧道設(shè)計中軸線重合；

（3）檢查、測量整個隧道臺車模板外部輪廓是否滿足設(shè)計要求，臺車拱頂處標(biāo)高是否達到施工要求；

（4）檢查臺車矮邊墻高度是否滿足設(shè)計要求。

（5）檢查臺車模板外表面是否涂抹脫模劑，脫模劑厚度是否滿足要求。

（6）澆筑施工，澆筑過程中應(yīng)勻速、對稱澆筑，并隨時觀察臺車整體狀況，發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)按照預(yù)定預(yù)案處理后方可繼續(xù)施工。

6.2 隧道臺車移動注意事項

（1）臺車移動前尤其在冬季施工氣溫較低時段，應(yīng)將液壓泵站空轉(zhuǎn)運行1-2分鐘，待液壓壓力平穩(wěn)后再移動臺車；

（2）側(cè)模油缸和頂升油缸將臺車外輪廓支撐至設(shè)計輪廓斷面后應(yīng)及時將可調(diào)節(jié)支撐絲桿支撐到位，避免長時間澆筑過程中液壓油缸壓降造成隧道輪廓偏差。

7 結(jié)論及建議

（1）新型無軌式隧道襯砌液壓臺車在設(shè)計上改變了傳統(tǒng)的軌道行走系統(tǒng)和減速設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單明確，避免了繁瑣的鋪設(shè)鋼軌工作，降低了作業(yè)人員勞動強度，使用方便，可節(jié)省較多的隧道建設(shè)周期。

（2）與傳統(tǒng)的臺車相比，由于引進了先進的激光下料技術(shù)，整個模板系統(tǒng)的加工精度更高，隧道表面襯砌質(zhì)量更好。

（3）在隧道工程建設(shè)中，在復(fù)合式襯砌隧道該新型臺車均可適用。尤其在長大隧道的大坡度斜井隧道施工，采礦工程礦道掘進等大坡度隧道，該類型臺車在隧道建設(shè)尤其在大坡度隧道具有傳統(tǒng)臺車無法替代的技術(shù)優(yōu)勢，最大縱坡坡度可達10%-25%。

（4）本新型無軌式隧道襯砌液壓臺車由于結(jié)構(gòu)新穎，操作方便，施工效率高，混凝土施工質(zhì)量優(yōu)良，綜合安全經(jīng)濟效益突出，已獲得國家專利2項，應(yīng)用前景廣闊。