基于隧道施工的防水板鋪設(shè)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張慧杰，康鵬桂，陳 菁

（青島城市學(xué)院，山東 青島 266106）

引言

近年來，隨著勞動(dòng)力成本的不斷提高，隧道現(xiàn)場施工技術(shù)人員數(shù)量逐年減少，隧道工程建設(shè)“以機(jī)代人”成為現(xiàn)實(shí)需求，少人化甚至無人化是未來隧道工程建設(shè)發(fā)展的必然趨勢。但是我國鐵路軟巖隧道施工的快速修建設(shè)備配套技術(shù)水平、施工裝備及國產(chǎn)化剛進(jìn)入隧道施工機(jī)械化初期，總的技術(shù)發(fā)展速度較慢，整體技術(shù)仍有很大的發(fā)展空間。

隧道防水效果直接影響隧道的運(yùn)行[1]，依據(jù)隧道防水施工方案及方法[2]，對(duì)隧道防水板鋪設(shè)提出了相應(yīng)的要求，在保證防水效果的前提下，為改善施工環(huán)境，提高防水板鋪設(shè)效率，本文對(duì)防水板鋪設(shè)裝置進(jìn)行了研究。目前大多數(shù)隧道施工是初期支護(hù)后進(jìn)行二次襯砌，要保證二次襯砌混凝土施工質(zhì)量[3]，要求鋪設(shè)后的防水板表面平順，無褶皺、無氣泡、無破損等現(xiàn)象；鋪設(shè)的防水板松緊應(yīng)適度并留有余量（實(shí)鋪長度與弧長的比值為10∶8），同時(shí)保證防水板全部面積均能抵到圍巖；并且在鋪設(shè)施工時(shí)應(yīng)保證車輛正常通行，且要保證臺(tái)車剛度和隧道通風(fēng)、高壓供電線路、供水線路不能中斷，以使后部其他施工得以進(jìn)行，不影響正常施工進(jìn)度，在降低防水板鋪設(shè)施工的勞動(dòng)強(qiáng)度及人工成本的同時(shí)，提高鋪設(shè)工效和質(zhì)量，保證施工的安全、高效。

本文研究的隧道施工地段山巒疊嶂、溝谷縱橫，地形起伏大,實(shí)地勘測符合Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖工況，隧道表面巖質(zhì)破壞嚴(yán)重，情況復(fù)雜施工難度大，隧道防水是隧道施工的重要基礎(chǔ)，防水施工直接影響隧道安全和使用壽命。

1 設(shè)計(jì)方案

如圖1 所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況，提出了胎行式和軌行式兩種設(shè)計(jì)方案。在同時(shí)兼顧創(chuàng)新、實(shí)用與增大凈空等對(duì)多方面因素考慮的前提下，最終決定防水板鋪設(shè)裝置采用軌行式設(shè)計(jì)方案，在進(jìn)行軌道設(shè)計(jì)時(shí)，考慮臺(tái)車行走軌跡和二襯模板臺(tái)車使用同一軌道，避免了重復(fù)鋪軌；該防水板鋪設(shè)裝置既可處理凸鋼筋頭又可鋪設(shè)土工布、防水板等防水卷材，具有一機(jī)多用的功能，具有極大的實(shí)際應(yīng)用和推廣的價(jià)值。

圖1 防水板鋪設(shè)裝置方案

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋪設(shè)臺(tái)車的部分結(jié)構(gòu)采用了在常規(guī)模板臺(tái)車中久經(jīng)使用驗(yàn)證可靠的設(shè)計(jì)，但鋪設(shè)臺(tái)車總體結(jié)構(gòu)則完全不同于常規(guī)模板臺(tái)車。防水板鋪設(shè)裝置臺(tái)車具備如下功能：行走功能、自動(dòng)鋪防水板功能、支撐防水板功能。

軌道為沿中線對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此同等高度的軌道之間具有互換性。軌道總共分為9 部分：2 塊端部軌道，5 塊側(cè)通用軌道，軌道橫向支撐及軌道連接梁。每部分軌道均分為5 部分：1 塊上弧板，1 塊下弧板，1塊腹板，2 塊連接板。

2.1 臺(tái)架

臺(tái)架由門架、行走機(jī)構(gòu)組成。

門架主要承受自身的重力以及軌道通過軌道頂部支撐傳下來的壓力，然后再通過行走機(jī)構(gòu)把壓力傳到地面巖體上。在保證符合設(shè)計(jì)施工的前提下盡可能增大臺(tái)架凈空面積，以便隧道內(nèi)通風(fēng)順暢以及滿足各種車輛的自由通過。

行走機(jī)構(gòu)由箱體、行走輪、鏈輪鏈條、減速齒輪箱、電機(jī)組成。根據(jù)穿行時(shí)如遇障礙操作者反應(yīng)速度測算，行走速度取3.0 m/min。由于行走驅(qū)動(dòng)力僅僅帶動(dòng)臺(tái)車本身，故主臺(tái)架有2 個(gè)行走輪均為主動(dòng)輪，另外2 個(gè)行走輪為從動(dòng)輪。齒輪箱采用了斜齒輪箱。電機(jī)則采用電機(jī)自帶剎車裝置，在坡道上停車時(shí)應(yīng)拉下制動(dòng)閥，故臺(tái)車的制動(dòng)簡單可靠。整個(gè)行走裝置簡單、緊湊、可靠。

2.2 鋪設(shè)小車

如圖2 所示，鋪設(shè)小車由車架、鋪設(shè)臂、輪對(duì)以及導(dǎo)向輪組成。

圖2 鋪設(shè)小車

車架的外形尺寸與軌道相配合，并且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上能夠承受鋪設(shè)臂以及防水卷材的重量之和。調(diào)節(jié)絲桿采用梯形螺紋設(shè)計(jì)，具有良好的自鎖性能，主要用于調(diào)節(jié)鋪設(shè)臂的傾斜程度，以適應(yīng)不同坡度的圍巖面。鋪設(shè)臂充分考慮到隧道圍巖的高度問題，使在鋪設(shè)防水板及土工布的過程中，鋪設(shè)臂攜帶的防水卷材能夠盡可能地緊貼隧道頂部的圍巖表面。鋪設(shè)臂可以通過絲桿調(diào)節(jié)其工作時(shí)的擺動(dòng)角度,并且可以適應(yīng)多種幅寬的防水卷材。輪對(duì)是鋪設(shè)小車行走的主要部分。導(dǎo)向輪主要保證鋪設(shè)小車在行走的過程中不偏離預(yù)定的軌跡，使鋪設(shè)小車按照預(yù)定的軌跡正常行走。

2.3 支撐油缸

支撐油缸通過連接板裝卡在軌道側(cè)部，單側(cè)14 個(gè)支撐油缸，雙側(cè)共28 個(gè)支撐油缸，支撐油缸由油缸、橡膠墊、鋼板及筋板等結(jié)構(gòu)組成。支撐墊可圍繞油缸球頭做11°擺動(dòng)，以適應(yīng)隧道凸凹不平的圍巖壁面。

2.4 附屬結(jié)構(gòu)

2.4.1 鋪設(shè)平臺(tái)

鋪設(shè)平臺(tái)由上部鋪設(shè)平臺(tái)、中部鋪設(shè)平臺(tái)、下部鋪設(shè)平臺(tái)組成，主要提供工人進(jìn)行防水板焊接的作業(yè)平臺(tái)，分為固定平臺(tái)部分和翻轉(zhuǎn)平臺(tái)部分，翻轉(zhuǎn)平臺(tái)主要作用是在折疊的狀態(tài)下不影響鋪設(shè)小車行走，展開狀態(tài)下有足夠的鋪設(shè)長度使操作工人可以盡可能貼近圍巖壁進(jìn)行焊接作業(yè)。

2.4.2 爬梯

爬梯由小平臺(tái)與梯子組成。小平臺(tái)的側(cè)面與鋪設(shè)平臺(tái)螺栓連接，梯子能夠連接上、中、下三級(jí)鋪設(shè)平臺(tái)以及行走平臺(tái)，梯子的布置也盡可能節(jié)約空間，方便工人上下行走。

2.4.3 風(fēng)筒架

風(fēng)筒架吊掛在主臺(tái)架的橫梁上，主要用于通過、支撐風(fēng)筒，風(fēng)筒架設(shè)計(jì)有可開合裝置，便于風(fēng)筒的安裝。

2.4.4 防水板放置平臺(tái)

防水板放置平臺(tái)主要用于放置防水卷材，并在鋪設(shè)的開始便于把防水卷材裝卡在鋪設(shè)小車的托臂上。

3 結(jié)語

通過研究防水板鋪設(shè)裝置結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了防水板的機(jī)械化、大規(guī)?；┕?，鋪掛方便，準(zhǔn)確做到防水板無損傷鋪設(shè)。實(shí)現(xiàn)防水板后無空隙，達(dá)到與初期支護(hù)密貼的效果。實(shí)現(xiàn)了公路、鐵路隧道等各種需求下的防水施工，具有極大的推廣意義。