试论隧道衬砌台车设计的初步探讨

漆伟

（中铁十一局（集团）第五工程有限公司　重庆　九龙坡　400052）

试论隧道衬砌台车设计的初步探讨

漆伟

（中铁十一局（集团）第五工程有限公司重庆九龙坡400052）

随着经济的快速发展，我国的交通事业呈现出迅速发展的状态，相关的施工技术和设备也得到了发展，例如在现代隧道工程建设中主要利用隧道衬砌台车对进行二次衬砌，该设备的使用让建筑过程中混凝土的衬砌质量得到有效提高，并相对降低了劳动的强度，从而使工作的效率得到有效保障。本文将通过对隧道衬砌台车的工作原理以及设计要求进行分析，对其进一步展开探究。

隧道；衬砌台车；设计

因为隧道工程建设的难度系数大，对施工要求也较高，为保证施工的质量需要进行多次的衬砌工作，一般情况下，采用隧道衬砌台车对隧道进行二次衬砌，能有效的减少人力的消耗，提高工程的效率[1]。因此在进行衬砌台车设计过程中需要根据不同施工环境的要求进行截面的设计，同时还需要将其受力情况考虑到设计中，以保证设计后的衬砌车能满足施工的需要，提高工程的质量。

1　隧道衬砌台车的基本介绍

1.1隧道衬砌台车的基本工作原理

隧道衬砌台车的外轮廓面与隧道衬砌中的内轮廓建设理论相似，即对模板两侧的开挖仓面采取封堵的方式，使其与已开挖面能构成处于封闭状态的环形仓，然后利用浇注混凝土的方法使其最终完成隧道衬砌的目标，在这个过程中台车主要是利用相关的操作步骤以及使将丝杠将架体和模板连成一个整体的方式，实现浇注混凝土的目的，其中台车的操作步骤包括立模和收模以及对模板中心的调整工作等。

1.2对隧道衬砌台车的设计要求

1.2.1钢模板外形尺寸的设计要求

在进行隧道衬砌台车设计过程中，应该确保钢模板的外型尺寸能与隧道断面设计的要求和标准相符合，例如当隧道断裂处的最大断裂面的半径低于3m时，需要将钢模板的误差控制在10mm以内，但是当最大断裂面的半径高于3m时，钢模板的误差需要控制在20mm以内，并且在这个过程中，需要使隧道中心线和钢模板的中心能够重合，同时将其组装的初始误差控制在50mm以内，一旦超过这个标准值会使相关的设备不能通过钢模板横移油缸横向推动使其到达准确的位置。此外，保证衬砌台车的顶模具备一定的灵活度，满足当衬砌台车不能进行纵向调整使，利用顶升油缸进行纵向坡度的调整满足要求。

1.2.2钢模板动作的设计要求

在对钢模板进行设计时，需要确保钢模板的动作能够完成相关的工作。从当前市场之中关于钢模板台车的设计成果看来，该台车中模板的支模和脱模都是通过液态驱动，锁定工作则是由机械装置实现的。同时满足施工的需求，应该在整体模板中预留灌注窗和作业窗，并在设计的过程中应该确保台车中的每一个部件能够满足运输的要求。

1.2.3衬砌台车主台架的设计要求

在对衬砌台车的主台架进行设计时，应该确保其净空能够容纳其他施工设备顺利通过，并且能在满足自身经过岔道时的调节能力同时，满足其他运输车辆的拖拉要求。

1.2.4衬砌台车门架行走轮的设计要求

衬砌台车门架行走轮中轴距和模板的整体长度应该与隧道转弯的半径和其余相关的机械设备要求相符合，一般情况下会将模板的长度设置为6～10m之间，那么门架轴距的长度应该比整体模板的长度约小1m。另外对于高瓦斯隧道施工中的钢模板台车，需要根据相关防爆规范标准进行电气系统的设计和规划，并使其防爆等级能达到Ⅱ级，以此保证在使用过程中的安全。

1.3隧道衬砌台车受力分析介绍

1.3.1衬砌台车的受力分析

在混凝土一次性浇注施工产一定荷载的前提下，对二次衬砌台车进行受力设计，保证设计出的稳定性和强度等能符合相关工程的要求且操作方便。将衬砌车最顶端的压力设为P1，侧端压力设为P2，则可以进行计算：P1=上部混凝土自重+台车支撑门架上部模板及支撑系统重量+超挖部分自重+施工可变载荷；P2=r· h·α，其中r指的是混凝土的比重，h指的是混凝土的高度，而α值的是折减的系数。

1.3.2模板的受力分析

在进行衬砌混凝土浇注的施工中，衬砌台车的模板会直接受到新灌注混凝土的压力以及冲击力和振捣的影响，也给部分直边墙中的模板和拱部模板带来侧压力，给曲边墙和正拱顶模板造成垂直压力。同时模板的压力会随新灌注混凝土的数量和高度不断的增加直至最大值（Pmax），并且该最大值（Pmax）的大小取值会和混凝土的塌落度、灌注过程中的速度以及入模方式、温度和初凝时间等方面的有着密切的联系，当模板处于不同位置时其最大值也会产生相应的变化。虽然受诸多因素的影响其最大值会不同，但是可以采用综合表达式进行计算：Pmax=K∮，其中K指的是综合影响的系数，∮指的是混凝土的容重[2]。

1.3.3模板支架的受力分析

模板支架的受力情况会随着墙面的变化产生变化，例如当面对直墙时受力模式会沿墙高方向呈多跨连续梁超静定结构的形式，面对曲墙时则会形成多跨桁架超静定结构模式。一般情况下利用插入式对组合钢模板进行振捣时，模板支架的受力计算相对简单，并且在振捣过程中产生的震动容易在模板简支处被处理；利用附着式对大面积的模板进行振捣时，因为模板支架和模板已经成为整体，该模板的受力计算也相关负责，并且由于振捣过程中的模板支架直接受振捣作用的影响和相关杆件的传力作用，使模板支架的相关受力计算难度加大，对可调节杆件产生较大的损害。

2　隧道衬砌台车在施工过程中的设计

2.1衬砌车台车中模板系统的设计

侧模和定模是当前隧道衬砌台车中模板系统的主要构成部分，其中侧模部分是由侧向油缸或丝杠通过与支撑系统的门架部分铰接组成，而顶模则是由螺栓和支撑系统中顶升油缸上部分连接形成。因此在进行模板系统的设计使，首先要做的是将侧模和顶模的铰接点确定好，保证在铰接点位置确定的同时台车具备足够的脱模空间，并注意将侧模的长度控制在一定的范围内。一般情况下是利用将台车降低100～200mm的方式，使脱模空间能控制在50～100mm之间。在台车的施工过程中，因为输送泵的高压影响，使模板极容易产生变形，所以需要采取合理的方式加强模板的刚度，具体的措施如下：

（1）当在操作的过程中没有确切理论数据做参考时，可以通过相关的经验进行设计。以有小立柱支撑的台车模板和没有小立柱支撑的台车为例，有小立柱支撑的台车模板的钢板设计结构宽度为2100mm，面板长度为20mm，主筋板的高度和厚度分别为260mm、13mm，钢板中间的筋高和厚度分别为160mm和20mm，而没有小立柱的台车，顶模的设计高度和边筋板以及中间筋板的厚度分别为600mm、17mm、13mm。将两者设计方案进行对比可以了解到有小立柱的台车在钢度和强度方面比没有小立柱的台车要强，但是因为其空间较小，操作流程复杂，为使装车方便需要将顶模拆分成两块，而没有小立柱的台车操作便利且空间较大，但是因为没有一定的支撑力，强度稍弱，同时由于顶模是一整块，转车的难度较大，在运输的过程中也需要花费更多的费用[3]。

（2）为使模板的强度能够得到加强，需要在注浆口增设型号为18#的工字钢，增设的数量根据实际情况而定，并且还注意溢流孔卸压的设置。

（3）在进行框架和筋板以及面板的焊接过程中，可以采用影响范围较小的CO2保护焊进行操作，焊接的顺序是将中心当做中心轴向四周进行对称扩散，其中焊接的最佳缝长和间隔距离分别为35mm和300mm，而主筋板的焊接缝长和间距以35mm 和60mm为最佳，保持模板处于平放状态，同时在对筋板进行下料操作时，应该采取外弧一刀切的方式，有利于节省材料，提高筋板的强度。

（4）在对模板进行操作时，应该把握好混凝土的浇注顺序，靠近端口地方缓慢浇注，避免因为冲击造成破坏。

2.2衬砌车台车中行走系统的设计

在进行衬砌车台车中行走系统设计时，可以根据台车的情况进行相关配置的调整，例如一台12m的台车使用4轮驱动，将其电机的功率控制为7.5kW或者5.5kW，选择WPDA175减速机，并使减速比为1：60；9m的台车则使用2轮驱动。因为在使用衬砌车时，需要以保证安全行走为基本前提，所以一般都是通过使用遥控器将其引导到行走电机的地方。

2.3衬砌车台车中门架和支撑系统的设计

衬砌车台车中门架和支撑系统主要作用是对衬砌过程中产生的压力进行分担并使整个模板得以有效支撑。以此避免模板内向收缩和变形的情况发生。支撑系统主要由丝杆、平移设备、油缸、拱部的横梁和小立柱以及相关的支撑立柱、横、纵梁等。针对不同的施工要求可以通过改动支撑系统的方式进行处理，使台车得到合理利用。

3　隧道衬砌台车的使用规范

（1）在进行隧道衬砌车的使用过程中，首先应该保证其通过的轨道坚实平整，禁止存在轨道面一侧软一侧硬的情况，其次轨道的顶面和衬砌台车的顶面应该在同一个平面上，并保证轨道的间距和台车的轮距相一致。

（2）当台车在自有动力下进行移动时，需要选择具有相关操作经验的人对其进行操作，并让相关的人员在台车前进的方向对台车的运行情况实时观察，一旦发现异常，应及时通知操作人员对台车进行控制，当台车在外力作用下进行移动时，在装载机上固定合适的钢丝绳，并岩隧道坡度相反的方向缓慢拖拉台车，使其能受自重力的影响进行移动，同时禁止出现顺隧道方向拖拉台车的行为。

（3）在进行衬砌台车的移动过程中，需要以平缓的速度进行平移，如果移动出现阻碍，需要相关人员能认真检查台车底部是否存在异物，同时还需要对台车的两侧和顶端进行检查，查看是否是因为钢筋阻碍了台车的运行。当确定是因为钢筋侵限造成的卡车，应使台车停止移动，进行钢筋处理，禁止出现生拉硬拽的操作发生[4]。

4　结语

在进行隧道衬砌台车设计的过程中，应充分考虑到其截面与不同施工环境之间的关系，并对其受力情况进行综合分析，以保证在施工过程中衬砌车的稳定性和安全性，从而实现在提高工程建筑速度的同时，保证工程的质量。同时在进行设计的过程中，不能直接照搬其他成功的设计案例，需要根据施工场地的实际情况进行具体的分析和设计。

[1]杨建华.双线多变断面隧道衬砌台车设计与使用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2012，03：205～206.

[2]刘翔.隧道衬砌台车设计与受力分析[J].科技风，2011，03：96～97.

[3]隆杰.隧道衬砌台车设计的初步探讨[J].企业技术开发，2010，23：71～ 72.

[4]徐付平.浅谈变截面隧道衬砌台车设计与使用[J].科技致富向导，2011，21：395.

U445.39

A

1673-0038（2015）22-0232-02

2015-5-12

漆伟（1984-），男，助工，本科，主要从事机械设计制造工作。