防水板自動鋪設(shè)臺車在高原隧道施工中的應(yīng)用

0 引言

隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷深入，鐵路和公路建設(shè)也相應(yīng)得到了快速的發(fā)展，隧道施工的機(jī)械化程度也在不斷提高，許多工序出現(xiàn)專用設(shè)備來滿足施工要求。

在進(jìn)行高原隧道施工時，為了增強對勞務(wù)人員的安全保護(hù)，節(jié)約人工費用，減輕勞動強度，提高鋪設(shè)質(zhì)量，設(shè)計及制造適應(yīng)隧道一體化、機(jī)械化、自動化施工的防水板自動鋪設(shè)臺車成為了高原隧道施工迫切需求。

1 工程概況

新建川藏鐵路雅安至林芝段中間段CZSCZQ-11標(biāo)段有新建隧道34966m/（0.8+2+0.4）座。隧道施工工程量非常大。標(biāo)段隧道均位于海拔3500m以上，最高海拔4423m（德達(dá)隧道）。因高原地區(qū)高寒、低氣壓、低含氧，施工人員勞動效率大幅降低。且項目地處人煙稀少的川藏高原上，勞動人員嚴(yán)重缺乏，用工成本極高。而傳統(tǒng)防水板鋪設(shè)為自制簡易平臺進(jìn)行人工操作，機(jī)械化及自動化程度極低，勞動強度高，安全風(fēng)險高。故在本項目施工中，研究防水板機(jī)械化、自動化施工技術(shù)勢在必行。

為了配合川藏鐵路高原隧道防水板施工而專門設(shè)計、制造了一種新型的防水板自動鋪設(shè)臺車。

2 防水板自動鋪設(shè)臺車主要技術(shù)參數(shù)

新型防水板自動鋪設(shè)臺車主要技術(shù)參數(shù)為：①長度：4m；②高度：9.91m；③門架凈空：7.64m×5m；④臺架行走輪中心距：8m；⑤寬度：14.22m；⑥臺架縱向輪中心距：7.6m；⑦行走減速電機(jī)：2.2kW×2臺；⑧爬升減速電機(jī)：2.2kW×2臺；⑨臺車整體走行速度：7m/min；⑩小車最大爬行速度（調(diào)頻電機(jī)）：（3～4.0m/min）；1○適應(yīng)隧道斷面大?。篟7.11m±0.1m；12○適應(yīng)隧道縱、橫坡：±2%；13○適應(yīng)防水板幅寬：3m；14○適應(yīng)初支表面平整度：≤1/10，即1平方米范圍內(nèi)，工作表面最大凸凹差值0.1m。

3 結(jié)構(gòu)形式及使用原理

3.1 結(jié)構(gòu)形式

新型防水板自動鋪設(shè)臺車主要由：①門架總成系統(tǒng)；②作業(yè)工作臺總成；③拱圈總成系統(tǒng)；④行走、爬升機(jī)構(gòu)；⑤安全制動機(jī)構(gòu)；⑥臺車整體液壓調(diào)平機(jī)構(gòu)；⑦防水板吊裝機(jī)構(gòu)；⑧監(jiān)測裝置等八部分組成。臺車結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1、圖2所示。

圖1 臺車橫斷面圖

圖2 臺車側(cè)面圖

3.1.1 門架總成。

門架主要由型鋼制作，構(gòu)成臺車的骨架。門架設(shè)置3榀，間距2m，總長度4m，滿足防水板（幅寬3m）鋪設(shè)；為確保行走時臺車平穩(wěn)，縱向行走輪間距按7.6m，橫向間距（鋪軌間距）按8m。

3.1.2 作業(yè)工作臺總成。

為確保安全以及避免操作人員頻繁上下攀爬，減輕高原施工勞動強度，特設(shè)計3.5m×0.7m的懸掛式施工人員工作臺。工作臺懸掛在爬行小車的懸臂軸上，在重力作用下，工作臺能夠始終處于豎直狀態(tài)。

3.1.3 拱圈總成系統(tǒng)。

拱圈采用鋼板焊接成“II”字形，外側(cè)焊接齒圈，作為爬行小車的運動軌道，腹板部分作為爬行小車鉤輪的軌道，保證了爬升小車的行走平穩(wěn)，且平面穩(wěn)定性好。

3.1.4 爬升行走機(jī)構(gòu)。

行走爬升小車在輪箱內(nèi)部安裝4個小輪，小輪鑲嵌在拱圈的凹槽內(nèi)，約束小車沿拱圈行走，采用電機(jī)（減速機(jī)）帶動與齒條嚙合的小齒輪實現(xiàn)小車爬升行走，爬升行走機(jī)構(gòu)如圖3所示。

圖3 爬升行走機(jī)構(gòu)

爬升行走機(jī)構(gòu)選用電磁制動電機(jī)，電磁制動電動機(jī)的直流圓盤制動器安裝在電機(jī)非軸伸端的端蓋上。接通電源時，制動器開始工作，電磁鐵產(chǎn)生磁力吸引銜鐵并壓縮彈簧，制動盤與銜鐵端蓋脫開，爬升小車可自由行走。當(dāng)切斷電源后，電磁鐵磁力消失，彈簧推動吸盤壓緊制動盤，產(chǎn)生制動摩擦力，使爬升行走機(jī)構(gòu)立即停止運轉(zhuǎn)。形成了第1道安全制動防線。

爬升機(jī)構(gòu)上面安裝氣囊支架及防水板支架。

3.1.5 安全制動機(jī)構(gòu)。

在爬升機(jī)構(gòu)里面還設(shè)有電磁吸盤，當(dāng)停車時，電磁吸盤會牢牢地吸合在拱圈上，將爬升機(jī)構(gòu)和工作平臺固定在拱圈上，防止意外事故的發(fā)生，形成了第2道安全制動防線。

在爬行機(jī)構(gòu)安裝完成后，在拱圈兩端設(shè)置機(jī)械式擋板，擋板高度要大于輪箱端板高度，防止電器部分失效而引起的小車下滑墜落，避免意外，形成第3道安全制動防線。

3.1.6 臺車調(diào)平機(jī)構(gòu)。

隧道內(nèi)情況復(fù)雜，有縱向、橫向坡度，仰拱面高低不平等現(xiàn)象，為了保證拱圈頂部處于水平狀態(tài)，在門架底部安裝4個頂升油缸，通過油缸調(diào)整，確保臺車的水平狀態(tài)。

3.1.7 防水板吊裝機(jī)構(gòu)。

1圈30m長的防水板重量約120kg，為減輕高原施工人員的勞動強度，特在門架外側(cè)設(shè)置“折線形”旋轉(zhuǎn)吊架（如圖4所示），吊架主體由桁架組成，桁架分為2段，所有連接點均為銷軸，桁架頂面設(shè)置懸掛吊點，利用1t提升倒鏈將整卷防水板提起，人工旋轉(zhuǎn)吊架，可輕松簡便地將整卷防水板安裝在爬升小車的支撐架上。

圖4 防水板吊裝系統(tǒng)示意圖

3.1.8 監(jiān)測裝置。

由于電機(jī)性能差異、荷載不均勻、電壓不穩(wěn)定等原因常，引起的兩端爬行小車出現(xiàn)位移差。在左右側(cè)爬行小車上設(shè)置紅外線對射裝置，當(dāng)兩端小車不同步量超過10cm時，紅外線對射裝置輸出斷電信號，小車斷電。然后通過配電箱上電機(jī)的控制系統(tǒng)對單側(cè)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，使兩端小車實現(xiàn)同步。

3.2 使用原理

防水板鋪設(shè)臺車核心機(jī)構(gòu)為拱圈和爬升機(jī)構(gòu)，爬升機(jī)構(gòu)附著在拱圈上，通過電機(jī)、減速機(jī)、齒輪傳動，實現(xiàn)爬升動作。

爬升機(jī)構(gòu)上安裝有氣囊和防水板卷材，在工作時，氣囊與已展開的防水板接觸，通過氣囊將防水板扶貼在初支面上，通過工作人員將防水板熱熔連接，實現(xiàn)防水板的鋪設(shè)。從而實現(xiàn)防水板鋪設(shè)的自動化作業(yè)。

爬升機(jī)構(gòu)上的電機(jī)為電磁制動變頻電機(jī)，可以實現(xiàn)電磁制動和調(diào)節(jié)爬升速度的功能。

4 防水板臺車的安裝步驟

①安裝行走梁。先將頂升導(dǎo)軌穿入行走梁對應(yīng)滑槽中，并將行走梁按安裝尺寸放置到位（以隧道中心為基準(zhǔn)，放置行走梁），行走梁中心距離8m，兩端橫向距離誤差不得大于10mm，并支墊穩(wěn)當(dāng)，墊枕高度為45～50cm。調(diào)平行走梁，使兩行走梁相對高差不大于2cm；并測量兩側(cè)行走上翼緣板連接孔的對角尺寸，使連接孔的對角線誤差控制在1cm之內(nèi)，便于門架的安裝。②安裝門架。預(yù)先將立柱、斜撐和橫梁拼裝成整體，然后整體吊裝，與行走梁拼裝，依次完成三榀門架的安裝。③安裝門架對應(yīng)的外伸桿件、工作平臺以及爬梯。④將門架上方的小立柱和橫梁以及斜撐桿件等安裝相應(yīng)位置，同時安裝對應(yīng)的工作平臺、爬梯和圍欄。⑤將拱圈安裝在門架的相應(yīng)位置，并且將相應(yīng)的拱圈銷軸、連接板安裝到位。⑥將兩側(cè)拱圈的間距調(diào)整到所需尺寸，其誤差控制在±2mm之內(nèi)。然后將門架的斜撐桿件、吊裝機(jī)構(gòu)等按照圖紙要求安裝，同時二次緊固相應(yīng)的螺栓。⑦安裝吊籃和移動工作平臺。預(yù)先將單側(cè)爬升機(jī)構(gòu)放入弧形軌道內(nèi)，并支撐牢靠；安裝另一側(cè)爬行機(jī)構(gòu)，支撐牢靠；安裝防水板支架、氣囊支架。然后再將吊籃工作平臺、欄桿、吊籃調(diào)節(jié)油缸等安裝在拼裝好的爬升機(jī)構(gòu)對應(yīng)的位置上，使其成為整體結(jié)構(gòu)。在拱圈上焊接限位擋塊，防止其從拱圈上滑落。⑧將集線器安裝在拱圈的對應(yīng)位置，按照布線圖紙，將所需要的電纜線，配電箱及電氣控制系統(tǒng)等安裝布置在對應(yīng)位置。⑨安裝頂升液壓系統(tǒng)。首先將頂升液壓泵站固定在行走梁對應(yīng)位置，然后將頂升油缸安裝在立柱的油缸座上，最后連接頂升機(jī)構(gòu)的液壓油管以及其他配件。安裝吊籃提升油缸和氣囊調(diào)節(jié)油缸。將液壓泵站安裝在吊籃的相對位置，通過油管連通液壓泵站和吊籃提升油缸、氣囊調(diào)節(jié)油缸。⑩行走機(jī)構(gòu)安裝。操作頂升油缸，將臺車整體上升，使行走梁與其墊塊脫離，撤走墊塊，將行走主動機(jī)構(gòu)和被動機(jī)構(gòu)依次安裝在相應(yīng)的位置，最后鋪設(shè)鋼軌，要求軌距8m，誤差±5mm，將鋼軌固定在地面上。1○在各個傳動部位注入相應(yīng)的潤滑油脂，泵站加注YB-N46#抗磨液壓油，減速機(jī)加注齒輪油，檢查鋼軌鋪設(shè)質(zhì)量及齒輪傳動部位有無障礙等，接通電源，進(jìn)行臺車試運行。12○待臺車運行狀態(tài)良好的情況下，利用吊裝機(jī)構(gòu)將防水板卷材提升安裝在吊籃的對應(yīng)位置。對氣囊進(jìn)行充氣（氣壓控制在0.02±0.005MPa）。根據(jù)隧道噴錨的情況，通過氣囊調(diào)節(jié)油缸來控制氣囊與防水板鋪設(shè)面的距離，使其達(dá)到最佳鋪設(shè)距離，啟動爬升機(jī)構(gòu)，進(jìn)行防水板的鋪設(shè)作業(yè)。

5 防水板鋪設(shè)臺車使用過程中注意事項

①臺車各個部位須可靠安裝、連接。擰緊各個部位的螺栓。②按要求，如數(shù)正確安裝臺車上的防護(hù)欄桿。③統(tǒng)一指揮臺車的操作。④臺車行走時，嚴(yán)格控制臺車中心線與隧道的中心重合，確保鋼軌的平直度和軌距，鋼軌間的接縫要平滑，不應(yīng)有明顯高低錯臺，以免給臺車行走帶來較大阻力。行走時隨時觀察臺車有無剮蹭，及時清理前方道路。⑤隨時觀察爬升小車的運行狀態(tài)，如果有異常，須立即停車，排除故障。⑥正確可靠連接爬升機(jī)構(gòu)機(jī)械制動裝置，防止非行走狀態(tài)時的臺車爬升機(jī)構(gòu)下滑。正確連接夾軌器，防止臺車在軌面不平時自行滑動。⑦定期維護(hù)保養(yǎng)臺車，軸承、齒輪等部位需有充分潤滑，避免“干摩擦”現(xiàn)象。⑧臺車鋪設(shè)防水板前，對初支錨桿的外漏長度進(jìn)行檢查，不得超過初支面10mm。⑨工作平臺禁止堆放雜物，載重量不得超過300kg；門架上設(shè)置反光警示條，防止其他設(shè)備或機(jī)械撞擊。臺車上配備滅火器，并固定。

6 結(jié)束語

此臺車為全液壓電動行走，可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、自動化施工，其設(shè)計先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、性能完善、工藝精良。有效提高防水板的鋪設(shè)質(zhì)量，提高鋪設(shè)效率，降低施工勞動強度，節(jié)約成本，在高原隧道及其它普通隧道防水板鋪設(shè)施工中均能發(fā)揮很好的作用。