隧道襯砌臺車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與設(shè)計

蔡茂盛

【摘 要】文章闡述了臺車的基本結(jié)構(gòu)組成，通過對臺車的模板系統(tǒng)、門架系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)的優(yōu)化與設(shè)計，減少了門架結(jié)構(gòu)、支撐絲桿、支撐小立柱等構(gòu)件的數(shù)量，從而減少臺車收、立模時間，降低了工人的勞動強度，大大增加了臺車施工空間，有利于臺車自動分層逐窗澆筑系統(tǒng)的布局，對臺車的文明施工提供了安全保障，為臺車的持續(xù)優(yōu)化、改進起到了推進作用。

【關(guān)鍵詞】隧道;襯砌臺車;優(yōu)化設(shè)計;施工空間;文明施工;自動分層逐窗澆筑

【中圖分類號】U455 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）10-0030-03

1 背景

當前，我國現(xiàn)代化建設(shè)步伐加快，公路、鐵路城市地鐵的基礎(chǔ)建設(shè)項目是我國基本建設(shè)的重點。在公路、鐵路的建設(shè)中，大長隧道日漸增多，襯砌臺車在隧道二次襯砌施工中已被廣泛應(yīng)用，成為隧道施工不可缺少的一種非標型機械設(shè)備。采用襯砌臺車可起到提高混凝土襯砌質(zhì)量、加快施工進度、降低勞動強度、提高施工效率的作用。目前，大部分鐵路、公路隧道都是采用多門架式結(jié)構(gòu)臺車。由于隧道施工不可預(yù)見性因素多，所以大部分廠家設(shè)計的臺車非常保守，安全系數(shù)過高，造成了臺車構(gòu)件數(shù)量眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、臺車立模與收模勞動強度大、臺車內(nèi)部施工空間狹小等一系列問題。隨著社會的發(fā)展和科技的進步，不僅對隧道工程施工質(zhì)量提出了更高的要求，而且對隧道施工的機械化水平、文明施工也提出了更高的要求。本文以某項目高鐵隧道12 m臺車為例，對多門架式臺車存在的問題和不足進行了優(yōu)化和設(shè)計。通過優(yōu)化設(shè)計，為以后臺車重量輕型化、結(jié)構(gòu)簡單化設(shè)計起到了一定的推進作用。

2 襯砌臺車的研制過程及結(jié)構(gòu)組成

在完成初步鐵路隧道襯砌臺車的圖紙和技術(shù)文件設(shè)計計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)施工單位提供的隧道斷面圖和施工要求及隧道襯砌臺車的發(fā)展動向，進行優(yōu)選比較，得到用戶的認可后，組織設(shè)計和產(chǎn)品試制。為確保加工質(zhì)量，重要結(jié)構(gòu)嚴控工裝模具。經(jīng)過應(yīng)用表明，產(chǎn)品性能良好、結(jié)構(gòu)合理、襯砌質(zhì)量好。目前，襯砌臺車的研制已經(jīng)較為成熟。

襯砌臺車主要由模板系統(tǒng)、門架系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)組成（如圖1所示）。其中，行走系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)在所有臺車中都是大同小異，在此處優(yōu)化設(shè)計中暫時不涉及。

3 襯砌臺車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

3.1 模板系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

優(yōu)化之前，模板系統(tǒng)主要由頂摸、側(cè)模兩部分組成，其中頂摸分2個部分，在澆筑混凝土時的載荷是通過支撐絲桿及門架小立柱傳遞到門架上面，門架為臺車的主要受力件。為了減少臺車門架受力，減少支撐絲桿、支撐小立柱的數(shù)量，增大臺車內(nèi)部施工空間，將頂模優(yōu)化設(shè)計為3個部分，同時增大頂模和側(cè)模主筋板高度，使得臺車在澆筑混凝土時所承受的部分載荷通過模板傳遞到已澆筑好的邊墻混凝土上。12 m臺車模板設(shè)計縱向均分為7塊同等寬度的模板，使得臺車的加工制造和安裝拆卸更加方便簡單，臺車的天窗布局更加合理，注漿口的設(shè)計更加規(guī)范。

3.2 門架系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

對于12 m的臺車，門架布局大部分采用七榀門架布置，其中門架系統(tǒng)主要由立柱、門架橫梁、門架下橫梁、門架下橫梁小立柱、“八”字撐、門架連接件等構(gòu)件組成。門架組成部件種類雜、數(shù)量多。不僅在加工制作上費料費工，而且在拆裝過程中增加勞動強度，降低拆裝效率。更重要的是，由于構(gòu)件眾多，造成了臺車內(nèi)部空間狹小，對施工造成了諸多不便，同時也為施工帶來一定的安全隱患。

針對上述問題，經(jīng)過受力分析及計算，在保證臺車強度的前提下，將原來的七榀門架改為四榀門架，同時門架結(jié)構(gòu)形式發(fā)生一定的變化，它主要由立柱、門架橫梁、門架下橫梁、門架下橫梁小立柱、門架連接件組成，相對之前的門架，減少了門架連接件、門架下橫梁小立柱的數(shù)量，去掉了“八”字撐。通過優(yōu)化設(shè)計之后，整個門架系統(tǒng)構(gòu)件數(shù)量、種類都變少了，施工空間增大了。不僅減少了工人的安裝工程量，同時由于施工空間的增大，使得各個施工工序得以正常有序的施展，也為臺車的文明施工提供了有力的保障。

3.3 支撐系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

臺車的主要支撐系統(tǒng)主要由底部絲桿、側(cè)向絲桿、頂部支撐小立柱等構(gòu)件組成。

相對于七榀門架，臺車門架側(cè)向絲桿設(shè)計有環(huán)向單邊四排，縱向八根絲桿。頂部支撐小立柱設(shè)計有五排七根小立柱。絲桿數(shù)量之多為臺車的立模、收模增加了很多工作量。小立柱數(shù)量之多，使得臺車頂部空間非常狹小，不利于施工的開展，同時也帶來了一定的安全隱患。針對上述問題，在保證襯砌施工安全可靠的情況下，適當減少側(cè)向絲桿數(shù)量及頂部支撐小立柱的數(shù)量，通過設(shè)計側(cè)向單邊四排、縱向八根絲桿改為單邊三排、縱向四根絲桿。五排七根小立柱改為兩排八根小立柱。減少了側(cè)模的支撐點，在保證臺車的支撐效果下，適當?shù)卦龃罅藗?cè)模方鋼材料。

3.4 其他結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

為了減少材料采購的種類，避免材料的浪費，設(shè)計中將臺車的一些小構(gòu)件使用同一種材料做成標準件。優(yōu)化門架結(jié)構(gòu)的用料，盡可能地往臺車輕型化方向發(fā)展。優(yōu)化設(shè)計襯砌臺車的澆筑系統(tǒng)。將傳統(tǒng)澆筑采用一孔灌到底的模式優(yōu)化設(shè)計為自動分層逐窗澆筑系統(tǒng)。圖2是優(yōu)化設(shè)計之后臺車的結(jié)構(gòu)方案圖。

4 優(yōu)化設(shè)計之后的臺車技術(shù)特點

優(yōu)化設(shè)計后，臺車操作平臺結(jié)構(gòu)尺寸、空間布局等方面更加科學、合理、人性化，為灌注操作人員創(chuàng)造安全、舒適、方便的工作環(huán)境。優(yōu)化后的臺車主要體現(xiàn)出以下幾個特點：？譹？訛?zāi)０宸謸糠州d荷力，減少門架結(jié)構(gòu)件，頂部、兩側(cè)和底部空間變大，改善了作業(yè)環(huán)境，提高了通風截面積，便于工程車輛行駛。？譺？訛支撐桿件比傳統(tǒng)臺車減少一半，勞動強度低，減少收、立模時間。？譻？訛結(jié)構(gòu)較簡單，零部件種類和數(shù)量大大減少，便于現(xiàn)場安裝、拆卸和管理。？譼？訛梯子平臺人性化設(shè)計，方便現(xiàn)場施工和通行，促進安全和文明施工。？譽？訛頂部空間大，可與混凝土分層布料機配套使用，實現(xiàn)混凝土自動化分層逐窗入模澆筑。？譾？訛每模二襯3 m設(shè)置一個壓頂孔，防止拱頂澆筑不到位而形成空洞。？譿？訛每模二襯設(shè)置帶模注漿裝置，防止局部澆筑不到位而形成空洞。？讀？訛自動澆筑系統(tǒng)，不用人工拆管、換管、清洗、接管和固定等，僅需一名操作人員輕松操作控制元件即可實現(xiàn)泵送接口不同位置的變換，實現(xiàn)機械化施工。？讁？訛管路分層布置實現(xiàn)分層澆筑，克服一孔灌到底澆筑導(dǎo)致混凝土離析、產(chǎn)生“人”字坡冷縫的弊端。？輥？輮？訛管路均為封閉式，不會造成材料浪費和現(xiàn)場的污染;實現(xiàn)有壓輸送，便于清洗。圖3為優(yōu)化設(shè)計之后的臺車現(xiàn)場施工圖。

5 結(jié)語

從現(xiàn)場施工反映的情況來看，優(yōu)化設(shè)計后的立臺車結(jié)構(gòu)穩(wěn)、空間大、構(gòu)件少，工作平臺能更好、更合理地布局，有利于臺車混凝土分層布料機的安裝及現(xiàn)場安全文明施工的開展。相對之前的臺車，優(yōu)化設(shè)計后的臺車提高了施工效率，降低了勞動強度、節(jié)約了施工成本，為以后臺車結(jié)構(gòu)向少量化、重量輕型化、操作智能化的方向發(fā)展起到了推進作用。

參 考 文 獻

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