全自动布料振捣钢模台车在隧道二衬施工中的应用

2021-04-12陈国锋

智能城市 2021年14期

陈国锋

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450000）

1 工程概况

栾川至卢氏高速公路工程是《河南省高速公路网规划调整方案》中13条联络线的重要一条，编号S76。项目起点位于洛阳市栾川县庙子镇英雄村附近，从S96洛栾高速公路栾川收费站北约3.2 km处接出，向西经栾川县庙子镇、栾川乡、赤土店镇、石庙镇、陶湾镇、叫河镇、卢氏县汤河乡、横涧乡，与G59三门峡到淅川高速公路交叉，到达项目终点，线路全长约75.31 km。

栾卢高速LLTJ-1标吕顺隧道全长4 121 m，隧道共设置车行横通道5处、人行横通道12处。

主洞建筑限界：双车道净宽10.25 m（行车道2×3.75 m，左侧侧向宽0.5 m，右侧侧向宽0.75 m，左侧检修道0.75 m，右侧检修道0.75 m），行车道净高5 m。二衬混凝土厚度根据围岩等级分别设置为35、45、50 cm。

二次衬砌作为隧道施工过程中重要环节，其施工具有空间小、距离长、工期短、投入大且结构厚度变更频繁等特点。衬砌质量的好坏影响着工程的使用寿命，衬砌进度直接影响工程的整体进展，属工于程关键线路。目前，国内长隧道衬砌施工过程大多采用全自动布料振捣钢模台车。

2 全自动布料振捣钢模台车的组成

根据本工程隧道衬砌断面尺寸、施工缝划分要求、隧道通行条件要求和简化操作程序等方面设计，全自动布料振捣钢模台车由模板体系、支撑体系、行走体系、自动布料振捣体系构成。

2.1 模板体系

钢模是台车的工作装置，其外表质量和外形尺寸精度直接决定混凝土衬砌质量，也是加工难度最大的部件，通过制定合理的加工、焊接工艺，设计并加工专用拼装焊接胎模，以保证整体外形尺寸的准确度，尽量减少焊接变形，保证外表光滑、无凹凸等缺陷。

为控制相邻模板的错台，采用过盈配合的稳定销将相邻模板的连接板固定为一体，有效控制由于螺栓孔的间隙造成的相邻模板的错台问题。为保证衬砌精度和外观质量，采用优质钢板作为模板体系，面板厚度12 mm，单块宽度1.5 m。

2.2 支撑体系

衬砌混凝土的全部质量经台车钢模传给支承机构，再传给门架。衬砌混凝土呈固液状态，对顶部、侧向产生较大的垂直压力和侧向压力，产生较大的浮力，上浮力超过垂直压力和台车的自重时，台车将呈上浮状态，不能正常工作。因此需要仔细计算、优化设计、合理选择各支承位置[1]。

为了满足台车通行条件要求，保证台车强度和刚度，在门架内侧的下纵梁与地面进行支撑，避免侧压力使门架立柱内收，且在门架外侧与侧模纵梁处设置数道水平支撑，在门架上横梁与上纵梁处采用数道垂直支承（两端门架横处布置有顶部液压缸，中为垂直支承丝杠），台车纵向成均布状。液压缸采用液压锁进行锁定，采用支承丝杠进行机械锁定，保证衬砌施工中液压缸不回缩、模板不变形。

2.3 行走体系

行走机构由主动、被动两部分组成，共4套装置，分别安装于台车架两端的门架立柱下端，整机行走由2套主动行走机构完成，即行走电动机带动减速器，通过链条传动，使主动轮驱动整机行走，被动轮随动。行走传动机构带有液压推杆制动器，以保证整机在坡道上仍能安全驻车[2]。

2.4 自动布料振捣系统

自动布料振捣系统由布置在台车上的平板振捣器和布置在台车上的位置传感器和PLC自动控制系统组成。通过传感器感应混凝土的高度情况，由控制系统控制相关振捣器开启震动，并可设置单个的震动时间。

3 全自动钢模台车工作原理

根据施工需求在钢模台车上适配自动布料系统、PLC自动控制系统以及位置传感器，在自动化控制的运行机制下，灵活调控混凝土入料仓，自动振捣系统可与自动浇筑系统配合使用，并通过位置传感器的反馈信号传输至控制系统，由控制系统设定的程序控制浇筑的时间及振捣的强度，有效防止二衬中由于两侧混凝土高差过大引起的跑模、人字坡冷缝以及由于振捣不足引起的蜂窝麻面、混凝土不密实等不利的情况。

应用无轨步进式台车，可以保证架体与门架拴接，且整体受力条件良好，稳定性得到保证。液压油缸为主要的动力源，可推动台车沿特定的轨迹行走，全程无须人工铺轨，在提高施工效率的同时，降低了员工的工作强度[3]。

此外，配套遥控系统后还可突破空间的束缚，单人即可操作，施工更便捷。液压系统配备自锁功能，可以维持整机的稳定性，即便在大坡度隧道中也不会溜坡。

4 全自动布料振捣

4.1 自动布料及振捣系统

自动布料及振捣系统可以解决现有技术中浇筑技术不能满足钢纤维、骨料分布均匀性要求，浇筑过程时间长，振捣、整平、覆膜养护不能快速实现，导致隧道易受环境变化影响的问题。

4.2 隧道自动布料及振捣系统

隧道自动布料及振捣系统包括轨道、布料机、阵列式振捣机、平板振捣整平机、滚平覆膜机和控制系统。

（1）控制系统。

控制系统分别控制布料机、阵列式振捣机、平板振捣整平机和滚平覆膜机。控制系统包括控制中心和数据服务器，数据服务器储存有实现设置的不同类型隧道的振捣位布置图和对应的振捣技术参数，控制中心用于设置输入振捣位布置图和振捣技术参数以及根据振捣位布置图和振捣技术参数编辑对应不同类型隧道的布料振捣程序，通过程序控制隧道的布料振捣过程[4]。

（2）轨道。

轨道沿模具的长边方向设置，位于模具的两侧。

（3）布料机。

布料机包括沿轨道移动的行走车架和安装在行走车架下面的布料斗，其中布料斗沿车架横梁运动，车架横梁平行于模具短边。布料机在模具上分料带布料，而布料机、阵列式振捣机、平板振捣整平机和滚平覆膜机则从前向后顺序布置并分别对应料带的位置[5]。

布料机在布料机移动方向靠前一侧安装液压升降式挡料板，液压升降式挡料板包括升降装置和挡板，升降装置包括上下升降的挡板连杆。挡板固定安装在挡板连杆下端并在布料时下降至钢筋网上表面，挡板为形成料带的临时模板[6]。

布料斗中设有称重检测传感器和布料速度传感器，称重检测传感器检测布料斗中混凝土的重量，布料速度传感器通过检测六叶星轮的转速测定布料速度，料斗驱动电机和星轮驱动电机受控制系统控制。

布料斗设有受料斗驱动电机驱动的料斗行走齿轮，车架横梁同向设有与料斗行走齿轮啮合的机械齿条，布料斗下端的布料口设有布料调速区，布料控制区设有六叶星轮、调速区壳体和星轮驱动电机，调速区壳体的上下侧开口且侧壁为圆弧形，六叶星轮水平转动安装于控制区壳体中且六叶星轮的伸出叶片与圆弧形壳体的滑动接触，伸出叶片将圆弧形壳体分别若干分料腔，星轮驱动电机安装于圆弧形壳体且驱动轴连接到六叶星轮的轮轴[7]。

（4）阵列式振捣机。

阵列式振捣机包括沿轨道移动的行走大车和安装在行走大车横梁下的排阵装置，排阵装置下面沿自身前进方向布置若干排振捣棒，每排振捣棒沿预制板短边方向满布，其中第一排振捣棒为根据设计燕尾榫位置间隔布置的燕尾榫专用振捣棒，其他各排振捣棒为全断面布置与钢筋网眼相对应，第一排振捣棒与其他各排振捣棒分别安装在不同的升降振捣模块下面。

阵列式振捣机还设有补位振捣棒和补振模块，补位振捣棒的排列方式与振捣棒相同，补振模块包括设于阵列式振捣机上的安装板一一对应各个补位振捣棒的升降补振机构，安装板位于振捣机布置振捣棒区域的后方，对应前一个料带的位置，补位振捣棒安装到对应的升降振捣机构下面。

平板振捣整平机包括行走大车二、平板振捣器和升降机构，行走大车二沿轨道移动，升降机构安装在行走大车二的横梁下，平板振捣器安装在升降机构的升降端，平板振捣器的板面沿模具短边方向设置，板面位于平板振捣整平机移动方向前侧具有弧形倒角面。