巖土工程師輔導(dǎo)資料：隧道襯砌臺車加工技術(shù)

　　隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，交通能源仍是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大薄弱環(huán)節(jié)之一，鐵路(城市地鐵)、公路等基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目，是目前我國基本建設(shè)的重點(diǎn)。石太高速，莘松、濟(jì)青高速公路，滬寧及浙江杭甬、山西等多條公路隧道工程;秦嶺鐵路、西南線丹鳳段及在建的青藏鐵路，隧道工程數(shù)不勝數(shù)。建設(shè)單位對隧道施工質(zhì)量的要求越來越高，長大隧道、甚至幾百米的隧道也要求用整體鋼模襯砌臺車襯砌。

　　目前，隧道襯砌施工由過去的手工操作走向綜合機(jī)械化，提高隧道襯砌質(zhì)量和工作效率是施工的最大需要。臺車是鐵路、公路隧道混凝土襯砌一次成型設(shè)備，根據(jù)用戶提供的隧道斷面設(shè)計(jì)制造，能保證邊開挖、邊襯砌，其門架凈空高度和寬度能保證有軌和無軌運(yùn)輸車輛通行;整機(jī)行走采用電機(jī)—機(jī)械驅(qū)動(dòng);模板采用全液壓操縱，利用液壓缸支(收)模機(jī)械鎖定;在臺車架上部和模板之間留有空間供安裝隧道通風(fēng)管道用;對于有瓦斯的隧道襯砌，產(chǎn)品電氣系統(tǒng)按照瓦斯隧道防爆規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝，確保使用安全。

　　太原路橋機(jī)械廠研制制作的鐵路、公路襯砌臺車在許多隧道工程中得到了推廣運(yùn)用。

　　1、襯砌臺車

　　1.1研制過程

　　贛龍鐵路隧道全長兩千多米，且有溶洞、泥巖、地下水等，地質(zhì)條件差且復(fù)雜，太原路橋機(jī)械廠在進(jìn)行廣泛的市場調(diào)研基礎(chǔ)上成立了“隧道襯砌臺車研制小組”，邀請有關(guān)工程單位的老師指導(dǎo)。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(jì)計(jì)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(dòng)向、進(jìn)行優(yōu)選比較、得到用戶的認(rèn)可后，組織設(shè)計(jì)和產(chǎn)品試制。為確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，重要結(jié)構(gòu)嚴(yán)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。后經(jīng)反復(fù)改進(jìn)和完善，產(chǎn)品已經(jīng)定型。

　　1.2鋼模襯砌臺車的關(guān)鍵技術(shù)

　　1.2.1臺車結(jié)構(gòu)型式轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　可采用液壓式和機(jī)械式。經(jīng)分析比較液壓式對臺車架剛性要求低，結(jié)構(gòu)型式靈活，重量輕，加工要求和施工中鋪設(shè)軌道的標(biāo)高要求低，使用方便，但對液壓缸自鎖性要求高，襯砌中液壓缸不允許回縮。機(jī)械式則相反，由于一個(gè)電動(dòng)機(jī)要驅(qū)動(dòng)數(shù)個(gè)絲杠傳動(dòng)，對各傳動(dòng)軸同軸度要求高，且臺車架必須有較大的剛度，結(jié)構(gòu)尺寸準(zhǔn)確，因結(jié)構(gòu)較重、加工要求高，而且因絲杠是同步動(dòng)作(不象液壓傳動(dòng)，各液壓缸可同步，也可單獨(dú)動(dòng)作)因此當(dāng)軌道標(biāo)高誤差(各點(diǎn)不在同標(biāo)高)較大時(shí)，將直接影響模板位置，從而影響襯砌質(zhì)量。經(jīng)分析比較選用液壓傳動(dòng)方案，對液壓缸采取液壓鎖和平衡閥等措施，使液壓缸自鎖;同時(shí)配套采用絲杠機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械鎖定，并加強(qiáng)模板的支承，保證了模板在襯砌時(shí)不回縮，不變形。實(shí)踐證明襯砌臺車采用液壓式較合理，是發(fā)展方向。

　　1.2.2臺車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　臺車采用液壓傳動(dòng)，使臺車架結(jié)構(gòu)簡化，重量減輕，同時(shí)也提高了結(jié)構(gòu)的靈活性和多樣性，經(jīng)各種臺車架結(jié)構(gòu)方案的分析比較、強(qiáng)度計(jì)算、優(yōu)化選擇9m四門架12m主門架結(jié)構(gòu)方案，其結(jié)構(gòu)重量比機(jī)械式減輕40%以上，制作成本降低25%以上。

　　1.2.3鋼模

　　鋼模是臺車的工作裝置，其外表質(zhì)量和外形尺寸精度直接決定混凝土襯砌質(zhì)量，同時(shí)，又是加工難度最大的部件，制定了合理的加工、焊接工藝，設(shè)計(jì)并加工專用拼裝焊接胎模，以保證整體外形尺寸的準(zhǔn)確度，盡量減少焊接變形，保證外表面光滑，無凹凸等缺陷。為控制相鄰模板的錯(cuò)臺，采用過盈配合的穩(wěn)定銷將相鄰模板的連接板固定為一體，有效控制了由于螺栓孔的間隙造成的相鄰模板的錯(cuò)臺問題。成功地解決了上述難題后，保證了砼襯砌質(zhì)量。

　　1.2.4支承位置的確定

　　襯砌混凝土的全部質(zhì)量經(jīng)臺車鋼模傳給支承機(jī)構(gòu)，再傳給門架。襯砌混凝土呈固液狀態(tài)，對頂部、側(cè)向產(chǎn)生較大的垂直壓力和側(cè)向壓力，同時(shí)產(chǎn)生較大的浮力，當(dāng)上浮力超過垂直壓力和臺車的自重時(shí)，臺車將呈上浮狀態(tài)，將不能正常工作。為解決此項(xiàng)技術(shù)難題，經(jīng)仔細(xì)計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)、合理選擇各支承位置。即在門架內(nèi)側(cè)的下縱梁與地面進(jìn)行支承，避免側(cè)壓力使門架立柱內(nèi)收，且在門架外側(cè)與側(cè)?？v梁處有數(shù)道水平支承，在門架上橫梁與上縱梁處采用數(shù)道垂直支承(兩端門架橫處布置有頂部液壓缸，中為垂直支承絲杠)，在臺車縱向成均布狀。液壓缸采用液壓鎖鎖定，同時(shí)采用支承絲杠進(jìn)行機(jī)械鎖定，保證了襯砌施工中液壓缸不回縮，模板不變形。

　　2、鋼模襯砌臺車主要技術(shù)參數(shù)

　　3、主要結(jié)構(gòu)及工作原理

　　臺車由行走機(jī)構(gòu)、臺車架、鋼模板、模板垂直升降和側(cè)向伸縮機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)6部分組成。

　　1.側(cè)模板

　　2.頂模板

　　3.上縱梁

　　4.垂直升降機(jī)構(gòu)(頂部液壓缸和垂直支承絲杠)

　　5.側(cè)部液壓缸、側(cè)向支承絲杠Ⅰ

　　6.側(cè)向支承絲杠Ⅱ

　　7.側(cè)向支承絲杠Ⅲ

　　8.門架立柱

　　9.門架橫梁

　　10.行走機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)自環(huán) 球 網(wǎng) 校edu24ol.com

　　11.下部支承絲杠

　　3.1行走機(jī)構(gòu)

　　行走機(jī)構(gòu)由主動(dòng)、被動(dòng)兩部分組成，共4套裝置，分別安裝于臺車架兩端的門架立柱下端，整機(jī)行走由2套主動(dòng)行走機(jī)構(gòu)完成，即行走電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器，通過鏈條傳動(dòng)，使主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)整機(jī)行走，被動(dòng)輪隨動(dòng)。行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶有液壓推桿制動(dòng)器，以保證整機(jī)在坡道上仍能安全駐車。

　　3.2臺車架

　　臺車架由端門架、中間門架、上下縱梁、斜拉桿、支承桿等組成，各部分通過螺栓聯(lián)為一體，兩端門架支承于行走輪架上，中門架下端裝有支承螺桿，襯砌施工時(shí)，混凝土載荷通過模板傳遞到4個(gè)門架上，并分別通過行走輪和支承絲杠傳至軌道——地面。在行走狀態(tài)下，螺桿應(yīng)縮回，門架上部前段裝有操作平臺，放置液壓及電氣裝置。

　　3.3模板

　　模板是直接襯砌混凝土的工作部件，是由螺栓聯(lián)為一體的數(shù)塊頂模和側(cè)模組成，頂模與側(cè)模采用鉸接，側(cè)模可相對頂模繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，支模時(shí)，頂部液壓缸將頂模伸到位，再操縱側(cè)向液壓缸，將側(cè)模伸到位，調(diào)整頂部、側(cè)部支承絲杠、完成支模;收模時(shí)，按上述相反順序?qū)嵤?。不需拆模板，采用襯砌臺車提高了襯砌質(zhì)量和施工效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，另外在頂模上安裝有數(shù)臺附著式振動(dòng)器，供混凝土振搗用，每塊模板上有工作窗口，用于灌注混凝土。

　　3.4液壓系統(tǒng)

　　由電動(dòng)機(jī)、液壓泵、手動(dòng)換向閥、垂直及側(cè)向液壓缸、液壓鎖、油箱及管路組成，其功用是快捷、方便地完成支收模、即頂模升降和支承側(cè)模。手動(dòng)換向閥分別控制模板垂直升降和兩側(cè)模的側(cè)向伸縮，當(dāng)液壓缸將模板支承到位后，再調(diào)整支承絲杠到位，灌注混凝土對模板產(chǎn)生的垂直和側(cè)向載荷主要由液壓缸和絲杠承載。

　　4、工程應(yīng)用及臺車襯砌效果分析與評價(jià)

　　4.1工程應(yīng)用

　　臺車在贛龍隧道、玉元公路隧道、晉濟(jì)公路隧道、寶蘭單線鐵路隧道、內(nèi)昆鐵路隧道、西南線鐵路隧道、青藏鐵路隧道等工程得到廣泛應(yīng)用，臺車性能良好，結(jié)構(gòu)合理，襯砌質(zhì)量好。

　　4.2襯砌效果分析

　　(1)當(dāng)隧道開挖偏離中心時(shí)，可通過臺車的模板調(diào)整機(jī)構(gòu)達(dá)到調(diào)中、滿足了設(shè)計(jì)和施工要求。

　　(2)臺車有足夠的剛度和強(qiáng)度，在液壓缸和支承絲杠的聯(lián)合作用下，能抵抗混凝土強(qiáng)大的垂直和側(cè)向壓力，臺車不發(fā)生變形，由于各支點(diǎn)設(shè)計(jì)布局合理，有效的利用了臺車自身的重量和混凝土重量的壓力，保證了臺車澆注混土?xí)r克服混凝土的上浮作用。

　　(3)工作窗口布局合理，兩側(cè)澆注混凝土和振搗作業(yè)方便，頂部設(shè)有注料口和附著式振動(dòng)器，注入混凝土方便，且不需要人工搗固，減輕了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　(4)大片鋼模結(jié)縫嚴(yán)實(shí)，混凝土搗固設(shè)施齊備，混凝土密實(shí)無蜂窩、斑點(diǎn)、錯(cuò)臺現(xiàn)象發(fā)生，表面光滑、平整、美觀。

　　4.3創(chuàng)新性和先進(jìn)性

　　(1)臺車架優(yōu)化設(shè)計(jì)，既保證足夠的強(qiáng)度和剛度，又結(jié)構(gòu)簡單，重量減輕，且外形美觀。

　　(2)液壓系統(tǒng)采用了液壓鎖、平衡閥等措施，對液壓缸進(jìn)行液壓鎖定，同時(shí)配套采用了絲杠機(jī)械鎖定，這樣的“雙鎖定”保證了模板在襯砌狀態(tài)不變形、不移位，強(qiáng)化了模板的支承剛性，減輕了模板結(jié)構(gòu)重量。

　　鐵路公路隧道鋼模襯砌臺車的研制成功，是對傳統(tǒng)隧道襯砌施工方法的重大突破，一次襯砌長度最長可達(dá)12m，混凝土注入采用機(jī)械化，襯砌效率是傳統(tǒng)施工方法的數(shù)十倍，可節(jié)省大量的人力物力，改善了工人的工作條件。臺車可廣泛適用于長短隧道的襯砌施工，同時(shí)襯砌、開挖時(shí)車輛通行互不干擾，可同時(shí)作業(yè)，其綜合性能達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可廣泛推廣使用。

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