液壓襯砌臺(tái)車的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

摘 要：本文主要介紹了液壓襯砌臺(tái)車的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)、主要組成部件，對(duì)液壓襯砌臺(tái)車的側(cè)模板進(jìn)行了受力分析，在工程施工中的應(yīng)用，并簡(jiǎn)要介紹了安裝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：液壓襯砌臺(tái)車；組成部件；受力分析；安裝

隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，鐵路、城市地鐵、公路等基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目，是目前我國(guó)基本建設(shè)的重點(diǎn)，高速公路建設(shè)中的大截面隧道工程日益增多，建設(shè)單位對(duì)隧道施工的質(zhì)量要求高，工期短，為獲得高質(zhì)量混凝土的襯砌，快速完成隧道施工中混凝土的襯砌工作，人工襯砌和小型模板襯砌已逐漸被液壓襯砌模板臺(tái)車所取代。由于隧道的斷面千差萬別，襯砌臺(tái)車的尺寸也不盡相同，故而它是隧道二次襯砌施工中的一種大型非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備，是保證隧道施工質(zhì)量的核心關(guān)鍵技術(shù)。

1 液壓襯砌臺(tái)車的設(shè)計(jì)原理

液壓襯砌臺(tái)車主要用于中長(zhǎng)隧道施工中，對(duì)施工進(jìn)度、混凝土表面質(zhì)量要求較高。液壓襯砌臺(tái)車設(shè)計(jì)為整體鋼模板、液壓油缸脫立模，施工中靠絲桿千斤頂支撐，電動(dòng)減速機(jī)自動(dòng)行走，長(zhǎng)度9～12m，曲線段的襯砌臺(tái)車長(zhǎng)度一般控制在10m內(nèi)，在滿足通過凈空要求的情況下，應(yīng)考慮門架內(nèi)側(cè)斜支撐下部安裝位置，盡可能靠近立柱下部，使之受力最好。門架橫梁應(yīng)足夠高，常規(guī)鐵路隧道不小于400mm，公路隧道不小于5500mm。模板端面與門架間的調(diào)整最小距離不小于250mm，否則將造成前后襯砌段搭接困難。使用液壓襯砌臺(tái)車時(shí)應(yīng)注意兩側(cè)走行軌的鋪設(shè)高差不大于1%，否則將造成絲桿千斤和頂升油缸變形。在有坡道的隧道內(nèi)襯砌時(shí)，為了調(diào)整襯砌標(biāo)高，會(huì)造成臺(tái)車前后端的高差、模板端面與門架端面不平行，將使模板與門架之間形成很大的水平分力，造成模板與門架之間的支撐絲桿千斤錯(cuò)位，導(dǎo)致千斤、油缸損壞。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮前后高差造成水平分力的約束結(jié)構(gòu)或調(diào)整系統(tǒng)。在定位立模時(shí)必須安裝卡軌器，旋緊基礎(chǔ)絲桿千斤、門架頂?shù)厍Ы锖湍０屙數(shù)厍Ы?，如有必要還可采用其它措施加固下模拱腳位置，使門架受力盡可能小，防止跑模和門架變形。

2 液壓襯砌臺(tái)車的結(jié)構(gòu)與優(yōu)點(diǎn)

液壓襯砌臺(tái)車在構(gòu)造上分為鋼骨架和襯砌外模板兩大部分，主要由模板與支架總成、門架總成、支撐系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、工作平臺(tái)、電器系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)等組成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)行走，液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，與以往的簡(jiǎn)易襯砌臺(tái)車相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)[1]：

（1） 鋼模板在工廠加工，尺寸誤差小，制作精確度高。

（2） 臺(tái)車整體好、剛度大、穩(wěn)定性好，臺(tái)車模板使用周期長(zhǎng)。

（3） 自動(dòng)行走，就位方便，操作簡(jiǎn)單、靈活。

（4） 模板的就位、調(diào)整和支撐均采用液壓設(shè)備進(jìn)行，當(dāng)拱板調(diào)整好后，局部用螺旋千斤頂加固支撐，作業(yè)方便，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，而且澆筑中模板支撐牢固減少變形。

（5） 模板搭接平順，不跑模、不漏漿、無蜂窩麻面。

3 液壓襯砌臺(tái)車的加工方案

3.1 液壓襯砌臺(tái)車主要組成部件

液壓襯砌臺(tái)車（如圖1所示）主要由模板總成、托架總成、平移機(jī)構(gòu)、門架總成、行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、支撐千斤頂?shù)冉M成。

（1）模板總成

1.千斤頂 2.側(cè)向油缸 3.模板總成 4.門架總成 5.平移機(jī)構(gòu)

6.液壓缸 7.托架機(jī)構(gòu) 8.行走系統(tǒng) 9.枕木 10.鋼軌

圖1 液壓襯砌臺(tái)車結(jié)構(gòu)

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)?？上鄬?duì)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(tái)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(tái)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。

（2）托架總成

托架主要承受澆鑄時(shí)上部混凝土及模板的自重，它上承模板，下部通過液壓油缸和支承千斤傳力于門架。托架由兩根縱梁、兩根邊橫梁、多根中橫梁及立柱組成?？v梁、橫梁、立柱由鋼板焊接成Ⅰ字形或Ⅱ字形截面。

（3）平移機(jī)構(gòu)

一臺(tái)液壓臺(tái)車，平移機(jī)構(gòu)前后各一套，它一般支承在門架邊橫梁上。平移機(jī)構(gòu)上的液壓油缸（GE160/90─300）與托架縱梁相連，通過油缸的收縮來調(diào)整模板的豎向定位及脫模，其最大行程為300mm；而水平方向上的油缸（GE90/50─200）用來調(diào)整模板的襯砌中心與隧道中心是否對(duì)中，左右可調(diào)行程為100mm。

（4）門架總成

門架是整個(gè)臺(tái)車的主要承重構(gòu)件，它由橫梁、立柱及縱梁通過螺栓聯(lián)接而成，各橫梁及立柱間通過聯(lián)接梁及斜拉桿聯(lián)接。液壓臺(tái)車的主要結(jié)構(gòu)由鋼板焊接，整個(gè)門架保證有足夠的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性。門架主要部件由鋼板焊接成I或Ⅱ字形截面，斜支承采用工字鋼或槽鋼，各聯(lián)接梁采用槽鋼、工字鋼或角鋼。襯砌施工時(shí)，混凝土載荷通過模板傳遞到門架上，并分別通過行走輪和支承絲杠傳至軌道地面。

（5）行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)由主動(dòng)、從動(dòng)兩部分組成，共4套裝置，分別安裝于臺(tái)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，從動(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。

（6）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(duì)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。

3.2 液壓襯砌臺(tái)車模板受力分析

臺(tái)車在襯砌過程中，兩側(cè)邊模主要受砼的側(cè)向擠壓力，頂部模板主要受砼的壓力，門架部份既受側(cè)向力又受正壓力。這里，我們主要對(duì)側(cè)模板進(jìn)行受力分析。

（1）側(cè)壓力的確定

側(cè)壓力只與澆筑混凝土的高度有關(guān)，與其厚度無關(guān)。根據(jù) “現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)模板的設(shè)計(jì)”可知側(cè)壓力公式[2]為：

F——新澆筑砼對(duì)模板的最大側(cè)壓力， KN/m2；

rc——混凝土的重力密度，KN/m3；

t0——新澆筑混凝土的出時(shí)間（h）可按實(shí)測(cè)確定，當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，可采用t0=200/（T+15）計(jì)算，其中T為混凝土的溫度℃；

V——混凝土的澆筑速度，m/h；

β1——外加劑影響修正參數(shù)，不摻外加劑時(shí)取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時(shí)取1.2；

β2——混凝土坍落度影響修正參數(shù)，當(dāng)坍落度小于30mm時(shí)取0.85， 50～90mm時(shí)取1.0， 110～150mm時(shí)取1.15。

（2）側(cè)模板的受力簡(jiǎn)析

模板的作用是保持隧道襯砌混凝土澆筑的外形及承擔(dān)混凝土澆筑載荷。模板一般分為頂模板、側(cè)模板、翻轉(zhuǎn)模，主要由面板、邊裙、加強(qiáng)角鋼、擋頭板、連接鉸耳構(gòu)成。以下主要對(duì)側(cè)模板的面板和加強(qiáng)角鋼進(jìn)行受力分析。

側(cè)模面板厚度一般取10mm，加強(qiáng)角鋼選用∠75×75×8，按間距230mm布置，將側(cè)壓力視為均布載荷，故：

式中，q——面板的計(jì)算載荷；

F——側(cè)壓力。

彎矩計(jì)算公式為：

式中，l——面板的寬度；

模板剛才Q235，10mm厚鋼板和∠75×75×8角鋼的截面抵抗矩[3]分別W1和W2為：

W1=1.6×10-5 m3

W2=2×1.08×10-5 m3

設(shè)計(jì)應(yīng)力：

若σ

4 液壓襯砌臺(tái)車的應(yīng)用

液壓襯砌臺(tái)車在贛龍隧道、中南通道武家?guī)X隧道、準(zhǔn)池鐵路、滬昆鐵路、張?zhí)畦F路等工程施工中得到廣泛應(yīng)用，臺(tái)車性能良好，結(jié)構(gòu)合理，襯砌質(zhì)量好。

（1）當(dāng)隧道開挖偏離中心時(shí)，可通過臺(tái)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(tái)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(tái)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(tái)車自身的重量和混凝土重量的壓力，保證了臺(tái)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(tái)現(xiàn)象發(fā)生，表面光滑、平整、美觀。

5 液壓襯砌臺(tái)車的安裝

因隧道施工方法不同，臺(tái)車安裝方法分為洞外安裝后自行進(jìn)洞和洞內(nèi)吊裝兩種。若采用洞內(nèi)安裝，應(yīng)事先將安裝地帶開挖輪廓適當(dāng)放大，一般放大50～80cm。并根據(jù)隧道斷面大小及臺(tái)車長(zhǎng)度，在拱部沿軸線設(shè)注漿錨桿3—6支，間隔約為1/4模板長(zhǎng)度，并將錨桿端部彎成彎勾，以利固定手拉葫蘆。因洞內(nèi)空間有限，運(yùn)輸臺(tái)車部件應(yīng)合理安排先后順序。先將主架組裝好并接好行走電機(jī)，以便安裝模板。頂模板拼裝好后用手拉葫蘆吊起，移動(dòng)臺(tái)車主架到頂模板下，安裝頂模。側(cè)模板側(cè)立在隧道邊墻上，待頂模安裝好后依次用手拉葫蘆吊起安裝在拱模板上，并用銷子連接。若采用洞外吊裝，吊裝前應(yīng)選擇便于進(jìn)洞的安裝地段，安裝完后臺(tái)車軸線與隧道軸線夾角應(yīng)不大于5度。對(duì)于鋪設(shè)軌道，枕木和鋼軌必須合乎要求，鋪設(shè)后軌距誤差控制在±10mm以內(nèi)；軌道與枕木必須用道釘固定，防止臺(tái)車行走時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)；枕木間距不得大于70cm，以免鋼軌被壓斷。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前，液壓襯砌臺(tái)車對(duì)于提高隧道施工效率和襯砌質(zhì)量發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。采用液壓襯砌臺(tái)車，提高了機(jī)械化施工能力，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了作業(yè)時(shí)間，有效防止不安全因素的發(fā)生，并且提高了混凝土的襯砌質(zhì)量，混凝土密實(shí)無蜂窩麻面、表面光滑平整[1]，接縫錯(cuò)臺(tái)小，保證了混凝土施工的整體外觀和內(nèi)在質(zhì)量，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在隧道施工中應(yīng)廣泛推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭昌駐.液壓襯砌臺(tái)車在隧道曲線段的應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2007.3：56-58.

[2] 《建筑施工手冊(cè)》[M].北京：建筑工業(yè)出版社，1997.

[3] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.1.

作者簡(jiǎn)介

韓雪梅（1973- ），女，工程師，2003年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院水利水電工程建筑專業(yè)。