基于鐵路隧道襯砌臺(tái)車自動(dòng)振搗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曾秋勇，湯靖，羅云森

（中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司，廣東 深圳 518000）

在鐵路隧道施工中襯砌質(zhì)量問題十分突出。部分隧道拱頂脫空、施工縫壓潰脫空等現(xiàn)象尤為突出，據(jù)統(tǒng)計(jì)，占到混凝土質(zhì)量缺陷的58.5%。根據(jù)鐵路總公司工管中心的檢查數(shù)據(jù)，有90%的隧道施工縫存在裂縫、脫空、不密實(shí)和滲漏水現(xiàn)象?；谝陨显?，研制新型自動(dòng)振搗裝置，對(duì)于保證隧道襯砌質(zhì)量，降低隧道運(yùn)營后整治成本具有重要意義。

在使用混凝土拌合機(jī)拌和好的混凝土澆筑構(gòu)件時(shí)，必須排除其中氣泡，進(jìn)行搗固，使混凝土密實(shí)結(jié)合，消除混凝土的蜂窩麻面等現(xiàn)象，以提高其強(qiáng)度，保證混凝土構(gòu)件的質(zhì)量。傳統(tǒng)的插入式震搗棒是用鋼絲繩傳動(dòng)，使用過程彎曲半徑比較大，操作不方便。使用工頻50Hz 交流電，震動(dòng)頻率低，排除氣泡效果不佳。新型自動(dòng)振搗系統(tǒng)裝置采用工頻200Hz交流電，并配備襯砌臺(tái)車專用振搗棒，并且使用環(huán)境較為安全，操作簡單，有效地避免了上述問題。

1 隧道襯砌施工現(xiàn)狀

1.1 混凝土搗固缺陷

在使用混凝土澆筑施工時(shí)，由于振搗不足或產(chǎn)生漏漿，氣泡排出困難以及振搗后未及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，會(huì)出現(xiàn)混凝表面麻面及裂紋現(xiàn)象。

1.2 混凝土振搗施工質(zhì)量的控制措施

蜂窩控制措施：防止混凝土蟶窩現(xiàn)象一般要對(duì)混凝士的配合比進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)計(jì)，攪拌前按施工配合比認(rèn)真計(jì)量，并要在混凝士澆筑過程中，做到攪拌均勻和振搗到位，與此同時(shí)，在施工過程中應(yīng)當(dāng)有專人實(shí)時(shí)對(duì)支附模板進(jìn)行檢查監(jiān)護(hù)，防止漏漿現(xiàn)象的產(chǎn)生。

麻面控制措施：控制澆筑混凝土麻面現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)保持模板的表面潔凈，對(duì)表面無脫模劑的木模板，要進(jìn)行澆水濕潤，并且在模板拼接過程，防止漏縫的出現(xiàn)，要保證接縫處支模的剛度，防止?jié)仓笞冃温{，與此同時(shí)，確?；炷琳駬v充分，防止氣泡滯留在流體混凝土中。

2 自動(dòng)振搗系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 邊墻自動(dòng)振搗系統(tǒng)組成（如圖1）

圖1 邊墻自動(dòng)振搗系統(tǒng)示圖

（1）變頻器。通過改變電機(jī)工作電源頻率的方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。電源部分，工作時(shí)一拖6 或8，操作簡單，適應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的工作環(huán)境。

（2）電纜卷筒。電纜卷筒是為大型移動(dòng)設(shè)備提供動(dòng)力電源、控制電源或控制信號(hào)的電纜卷繞裝置。操作簡單，省力機(jī)構(gòu)，輔助用力。

（3）導(dǎo)向輪組。導(dǎo)向輪組用于對(duì)軟體管道或者鋼絲，尼龍繩等軟體線性物體移動(dòng)過程中的方向引導(dǎo)。導(dǎo)向，固定，變向。

（4）工作窗。綁扎鋼筋，觀察窗。模板臺(tái)車自帶。

（5）振動(dòng)棒。利用激振裝置產(chǎn)生振動(dòng)，并將振動(dòng)傳給混凝土，使其密實(shí)的設(shè)備。主要工作部件。

2.2 自動(dòng)振搗系統(tǒng)工作原理

工作原理：（1）接通電源，啟動(dòng)變頻器；（2）手拿振搗棒電源線，將振搗棒遞出窗外；（3）振搗棒深入混凝土面后，啟動(dòng)振動(dòng)棒；（4）混凝土振搗完畢后，利用電纜卷筒將振搗棒收放起來；（5）將振動(dòng)棒通過導(dǎo)向輪組重新投入到其他工作窗。自動(dòng)振搗系統(tǒng)，它由吊裝單元、振搗執(zhí)行單元、現(xiàn)場(chǎng)控制單元組成，系統(tǒng)具有輔助動(dòng)力集成化、組合形式多樣的特點(diǎn)。

2.3 主要元件及其性能介紹

（1）機(jī)械式變頻機(jī)組。型號(hào)ZJB200 機(jī)組適用于高頻低噪聲環(huán)保型振動(dòng)器系列及成套設(shè)備，具有傳統(tǒng)工頻軟軸振動(dòng)器無法達(dá)到的高密實(shí)度、作業(yè)半徑大、激振力強(qiáng)、工作機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，其綜合技術(shù)性能完全達(dá)到國際同類水平。

（2）直聯(lián)式振動(dòng)器。ZDNS58II 振動(dòng)棒產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，使用效果良好，產(chǎn)品可以分為，振動(dòng)部分、延長線纜部分、控制部分，振動(dòng)棒整體長度可以通過延長線纜部分任意連接。產(chǎn)品從頭到尾的組成分別是振動(dòng)棒部分，放卡棒錐面，橡膠套電纜，航空工業(yè)插頭插座。直聯(lián)式振動(dòng)器技術(shù)參數(shù)如表1。

2.4 電纜卷筒

電纜卷筒是為大型移動(dòng)設(shè)備提供動(dòng)力電源、控制電源或控制信號(hào)的電纜卷繞裝置。彈簧驅(qū)動(dòng)卷筒的法蘭由鍍鋅金屬板材制成，并且法蘭的外緣經(jīng)過卷曲處理。卷軸核心由金屬板材制成，外層用聚酯涂層保護(hù)，能很好地起到防止腐蝕的作用。

2.5 導(dǎo)向輪組

導(dǎo)向輪用于對(duì)軟體管道，尼龍繩等軟體線性物體移動(dòng)過程中的方向引導(dǎo)。導(dǎo)向輪帶有滑輪結(jié)構(gòu)，在產(chǎn)品中導(dǎo)向輪會(huì)起到省力的作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為合理?；ㄦI連接固定，降低導(dǎo)向輪銅套的工作壓力，有效地減少了導(dǎo)向輪軸斷裂故障頻發(fā)的現(xiàn)象。

2.6 自動(dòng)振搗系統(tǒng)創(chuàng)新及優(yōu)勢(shì)

ZDNS58II 振動(dòng)棒的優(yōu)點(diǎn)在于便攜式設(shè)計(jì)，輕松實(shí)現(xiàn)單人操作，最大降低人工費(fèi)用，人性化設(shè)計(jì)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，最大程度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，低噪音設(shè)計(jì)，方便夜間施工，縮短施工周期，節(jié)省施工費(fèi)用，超長使用壽命，最大程度減少維護(hù)費(fèi)用和工具購置費(fèi)用，優(yōu)化的4DS 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能降耗。

（1）ZDNS58II 采用永磁直流無刷電機(jī)，產(chǎn)品體積小，重量輕，效率高，容易做到高能體積比，是新型節(jié)能環(huán)保電機(jī)，而與此相反，傳統(tǒng)振動(dòng)棒采用的是三相交流異步電機(jī)，體積大，笨重，效率比較低，很難做到高能體積比。

（2）ZDNS58II 產(chǎn)品電機(jī)能夠形成內(nèi)置，電機(jī)直接安裝于振動(dòng)棒棒體內(nèi)部，真正做到機(jī)電體化，實(shí)現(xiàn)整個(gè)振動(dòng)棒系統(tǒng)輕量化(整機(jī)重量小于20kg)，易攜帶，操作方便。而傳統(tǒng)振動(dòng)棒一般是外置模式存在，整體振動(dòng)棒系統(tǒng)笨重，不易操作和移動(dòng)。

（3）在環(huán)保方面，ZDNS58II電機(jī)帶動(dòng)偏心振子產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)部分和棒體無任何接觸，整體振動(dòng)棒噪音低。

（4）ZDNS58II 在電氣連接方面，電機(jī)通過橡膠軟管內(nèi)電纜直接供電，取消了軟軸，電機(jī)和振動(dòng)部分直接相連，幾可沒有傳動(dòng)效率的損失。傳統(tǒng)振動(dòng)棒電機(jī)通過細(xì)長軟軸和棒體內(nèi)部敲擊部分相連產(chǎn)生振動(dòng)，屬于機(jī)械傳動(dòng)，效率非常低下。

表1 直聯(lián)式振動(dòng)器技術(shù)參數(shù)

（5）ZDNS58II 采用無線巡控辦式控制振動(dòng)棒的肩停，通過連接軟管可以做到50m 共至更長，產(chǎn)品工作性能不受在何影響，適合于高架棟大坑特殊經(jīng)構(gòu)梁等需賢特味長度的場(chǎng)合而傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)體長度在12m 以內(nèi)，延化長度越長，品傳動(dòng)效率越低；

（6）ZDNS58II 工作安全可靠，專用漏電保護(hù)電源插頭，漏電10mA 立即保護(hù)，對(duì)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器有過熱保護(hù)、過載保護(hù)、傳感器異常保護(hù)等功能。

3 結(jié)語

本文以雙線鐵路隧道襯砌施工為研究對(duì)象，在混凝土澆筑施工的缺陷及傳統(tǒng)混凝土搗固的局限性基礎(chǔ)上，提出一種智能臺(tái)車自動(dòng)振搗系統(tǒng)。該智能振搗系統(tǒng)配備ZJB200 機(jī)械式變頻機(jī)組及ZDNS58II 直聯(lián)式振動(dòng)器，解決了傳統(tǒng)振動(dòng)器頻率低、有效工作范圍小的缺點(diǎn)，可滿足一般襯砌厚度600mm 的工作要求。經(jīng)使用，可達(dá)到便攜設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)單人操作，最大程度降低人工費(fèi)用，人性化設(shè)計(jì)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，明顯提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，低噪音設(shè)計(jì)，方便施工，縮短施工周期，節(jié)省施工費(fèi)用，超長使用壽命，大幅度降低維護(hù)費(fèi)用及小型機(jī)具購置費(fèi)用。其產(chǎn)品質(zhì)量、性能、環(huán)保要求均符合國家要求，應(yīng)用前景較為廣泛。