青龍崮隧道加寬段可伸縮式二襯臺(tái)車(chē)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郝廣偉，李世堂，趙 虎，呂貴賓，申開(kāi)放，羅 萌，崔鑫鑫，李 成

(山東路橋集團(tuán),山東濟(jì)南 250000)

京滬高速青龍崮隧道是京滬改擴(kuò)建項(xiàng)目的重要性控制工程，是京滬改擴(kuò)建項(xiàng)目萊新段唯一的一座隧道。青龍崮隧道左洞長(zhǎng)1 570 m，右洞長(zhǎng)1 580 m，隧道東線1個(gè)加寬段，西線2個(gè)加寬段，共有三個(gè)加寬段，目前工期緊，壓力大，使用傳統(tǒng)的背模施工時(shí)間太長(zhǎng)，完全達(dá)不到業(yè)主要求的工期節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。因此，根據(jù)京滬改擴(kuò)建工程的隧道斷面圖和施工設(shè)計(jì)要求，提前準(zhǔn)備加寬段二襯施工，參與設(shè)計(jì)并委托加工了專門(mén)施工二襯加寬段的可伸縮式二襯臺(tái)車(chē)。

襯砌臺(tái)車(chē)采用液壓自動(dòng)定位，通過(guò)二襯臺(tái)車(chē)頂部模板可自動(dòng)伸縮系統(tǒng)達(dá)到施工加寬段二襯的目標(biāo)，臺(tái)車(chē)門(mén)架內(nèi)凈空滿足隧道內(nèi)最大尺寸機(jī)械、車(chē)輛通行要求；模板采用全液壓操縱，利用液壓缸支(收)模板機(jī)械鎖定。在保證足夠的剛度和強(qiáng)度的前提下，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以減輕重量。臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)多次探討，對(duì)各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行逐步討論，并與現(xiàn)有臺(tái)車(chē)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步優(yōu)化處理，臺(tái)車(chē)整體性能有了顯著提高，并將施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行反饋，然后進(jìn)行修正，以便于現(xiàn)場(chǎng)施工和應(yīng)用[1-2]。

1 臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)改進(jìn)

相對(duì)于二襯加寬段傳統(tǒng)背模等臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)，本臺(tái)車(chē)進(jìn)行了如下改進(jìn)：

(1)整機(jī)全部采用全液壓系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)調(diào)節(jié)二襯臺(tái)車(chē)的液壓缸及伸縮桿即可完成臺(tái)車(chē)的行走及定位，有效解決了加寬段傳統(tǒng)背模拼裝繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題。

(2)由于模板的收縮工藝主要取決于頂模，因此限制了頂模架體的寬度。導(dǎo)致臺(tái)梁非常的短(只夠支撐中頂)，所以還要利用絲杠輔助支撐(兩側(cè)邊頂)。這樣就導(dǎo)致每次平移時(shí)均需要細(xì)調(diào)兩側(cè)絲杠，對(duì)施工要求較高?？缮炜s式二襯臺(tái)車(chē)的設(shè)計(jì)滿足了多點(diǎn)位的施工，可以快速的收縮模板穿行主洞，不再多次拼裝，可以做到液壓自行定位。在保證縮短工期的同時(shí)，還可以有效的減少人工量。

(3)優(yōu)化臺(tái)車(chē)混凝土輸料管道系統(tǒng)，并對(duì)封頂器、混凝土分料器和模板作業(yè)窗進(jìn)行了專門(mén)設(shè)計(jì)，有效減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。

2 可伸縮式二襯臺(tái)車(chē)構(gòu)造及工作原理

2.1 走行機(jī)構(gòu)及動(dòng)力系統(tǒng)

走行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用具有自鎖功能的液壓傳動(dòng)螺桿機(jī)構(gòu)，結(jié)合相應(yīng)的鎖軌器以保證整機(jī)在坡道上仍能安全駐車(chē)。在走行動(dòng)力選型方面充分考慮了最大坡度、臺(tái)車(chē)走形速度、臺(tái)車(chē)自重、摩擦阻力等因素，可以保證整個(gè)機(jī)構(gòu)在行走過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 臺(tái)車(chē)門(mén)架

門(mén)架整體結(jié)構(gòu)通過(guò)有限元計(jì)算滿足剛度、強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。通過(guò)調(diào)研現(xiàn)有車(chē)輛(挖掘機(jī)、罐車(chē)、吊車(chē))的外觀尺寸，設(shè)計(jì)門(mén)架整體結(jié)構(gòu)滿足凈空要求，在門(mén)架上下及兩側(cè)在保證車(chē)輛通行的基礎(chǔ)上有30～50 cm安全距離。在行走狀態(tài)下，螺桿縮回，門(mén)架上部前段裝有操作平臺(tái)，放置液壓及電氣裝置。

2.3 模板

為保證模板有足夠的強(qiáng)度，面板厚12 mm，同時(shí)采用L100×100×8角鋼加強(qiáng)，間距300 mm，并在每件模板里增加加強(qiáng)立板來(lái)保證強(qiáng)度，通過(guò)表面處理來(lái)保證模板表面的光潔性，為方便混凝土澆筑和振搗，合理設(shè)計(jì)作業(yè)窗的開(kāi)合方式以及位置布置方案，頂部合理位置預(yù)留注漿孔，科學(xué)設(shè)計(jì)模板拼接縫，小曲墻一次成型，降低襯砌勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)提高工作效率和襯砌美觀。

2.4 液壓系統(tǒng)

由電動(dòng)機(jī)、液壓泵、垂直及側(cè)向液壓缸、液壓鎖、油箱及管路組成。液壓控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，為防止液壓控制系統(tǒng)故障延誤工期，附加設(shè)計(jì)全手動(dòng)模式液壓操作，通過(guò)全自動(dòng)和手動(dòng)操作雙保險(xiǎn)以保證施工進(jìn)度。

2.5 布線系統(tǒng)

臺(tái)車(chē)的照明和動(dòng)力供電線路通過(guò)穿線管套進(jìn)行保護(hù)，防止工人施工過(guò)程中對(duì)線路破壞造成漏電傷害，線路系統(tǒng)的插座位置及數(shù)量設(shè)計(jì)合理方便，同時(shí)插座設(shè)計(jì)防潮防水保護(hù)箱并由專人負(fù)責(zé)管理。整個(gè)供電系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)計(jì)漏電保護(hù)，保證用電安全[3]。

2.6 混凝土布料管道系統(tǒng)

混凝土布料管道由干管、分料器、軟管和封頂器組成，管道布置合理可以方便快捷的到達(dá)任何一個(gè)作業(yè)窗，同時(shí)通過(guò)合理設(shè)計(jì)分料器及封頂器的結(jié)構(gòu)，在降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上提高了施工效率。

可伸縮式二襯臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)圖紙如圖1所示。

圖1 可伸縮式二襯臺(tái)車(chē)(單位:mm)

3 應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

采用可伸縮式二襯臺(tái)車(chē)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工，取得了良好的效果，其中主要關(guān)鍵技術(shù)如下。

(1)整機(jī)全部采用全液壓系統(tǒng)，臺(tái)車(chē)上部的機(jī)械千斤頂、臺(tái)車(chē)行走下部的機(jī)械千斤頂以及支持模板的絲桿全部改為液壓千斤頂，實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)的全液壓工作。根據(jù)隧道的尺寸斷面，通過(guò)調(diào)整液壓螺桿更好的收縮，確定了合理有效的二襯臺(tái)車(chē)液壓螺桿的角度、長(zhǎng)度、間距、位置[4-5]。

(2)有些臺(tái)車(chē)即使設(shè)計(jì)二合一式的整體臺(tái)梁，保證架體的整體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了頂模的整體性，但是在安裝和倒裝此臺(tái)梁時(shí)需多次的倒換加長(zhǎng)油缸，不易操作。正洞和緊急停車(chē)帶的拱頂落差正常在600～900 mm，此差值需用油缸或者加高盒來(lái)滿足，但升起較高使得整體穩(wěn)定性極差[6-8]，利用可伸縮式二襯臺(tái)車(chē)有效解決了整體穩(wěn)定性問(wèn)題。

(3)本臺(tái)車(chē)的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)加寬帶背模二襯臺(tái)車(chē)比較更加人性化，更加符合施工的要求，減少了操作臺(tái)車(chē)需要的人數(shù)，一體化的操作更加安全。

(4)就現(xiàn)代隧道而言，長(zhǎng)大隧道的施工越來(lái)越多，同樣帶來(lái)的是加寬段數(shù)量一般也不止一處。因?yàn)楸衬９に嚨木窒扌?，不能大尺度的收縮，無(wú)法進(jìn)行多點(diǎn)位高效穿行，因此只適用于單個(gè)的施工點(diǎn)。背模施工在利用主洞臺(tái)車(chē)的基礎(chǔ)上只用制作外側(cè)模板或者自制拱架外背散拼模板即可實(shí)現(xiàn)加寬斷面的成型[9]。此工藝可以有效的節(jié)約材料降低成本，通過(guò)模擬軟件對(duì)每個(gè)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化處理，減輕了臺(tái)車(chē)重量，相比較其他臺(tái)車(chē)，重量輕8 %。

(5)模板面板采用全拋光處理，表面光滑，澆筑混凝土美觀，在模板與模板彎折縫位置采用面板交叉，防止漏漿、錯(cuò)臺(tái)。

可伸縮式二襯臺(tái)車(chē)現(xiàn)場(chǎng)施工如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)施工

4 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

(1)經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算、優(yōu)化，此加寬段臺(tái)車(chē)79.91 t，比背模施工的臺(tái)車(chē)重量?jī)?yōu)化減輕8 %，即一個(gè)二襯加寬段臺(tái)車(chē)節(jié)約材料6.95 t，直接節(jié)約投入資金6.95×8450=5.87萬(wàn)元。

(2)極大地加快了安裝模板的進(jìn)度：正常的加寬段二襯臺(tái)車(chē)主體需要在洞外進(jìn)行拼裝，大約需要6 d；洞內(nèi)面板及加寬支撐拼裝等約8 d；改裝的可伸縮式臺(tái)車(chē)可在洞外全部拼裝完成直接進(jìn)洞進(jìn)行施工，拼裝時(shí)間約5 d；兩者相比可節(jié)約9 d，體現(xiàn)了時(shí)間價(jià)值及社會(huì)效益，因工作效率高、速度快，也提高了操作人員的積極性。

(3)極大地加快了拆除模板的進(jìn)度：正常的加寬段二襯臺(tái)車(chē)洞內(nèi)面板及加寬支撐拼裝等主體需要在洞內(nèi)進(jìn)行拆除，大約需要6 d；改裝的可伸縮式臺(tái)車(chē)通過(guò)豎向和橫向的油缸伸縮即可通過(guò)正常二襯段落，不占用時(shí)間；兩者相比可節(jié)約6 d。

5 結(jié)論

可伸縮式二襯臺(tái)車(chē)的設(shè)計(jì)滿足了多點(diǎn)位的施工，通過(guò)快速的收縮模板穿行主洞，直達(dá)加寬段即可就位展開(kāi)施工，不再需要進(jìn)行多次的模板拼裝和拆卸，大大節(jié)約了時(shí)間，縮短了施工工期；尤其在技術(shù)方面解決了更換臺(tái)梁難的問(wèn)題，可以做到液壓自行定位；同時(shí)在安裝拆卸的過(guò)程中，可以有效的減少人工和機(jī)械設(shè)備用量，不僅降低了施工成本，也保障了施工安全。總之，相比于傳統(tǒng)意義的拼寬臺(tái)車(chē)施工，可以說(shuō)從根本上解決了如何才能安全、快速、高效進(jìn)行加寬段施工的難題。

(1)有效提高了施工效率：僅就一個(gè)加寬段而言，安裝及拆除時(shí)間將近節(jié)約15 d，本項(xiàng)目有三個(gè)加寬段，預(yù)計(jì)可節(jié)約工期45 d。

(2)進(jìn)一步保障了施工人員的安全：正常的加寬段二襯臺(tái)車(chē)需要在洞外進(jìn)行主體拼裝，在洞內(nèi)進(jìn)行面板及加寬支撐的拼裝，洞內(nèi)拼裝需要用到挖掘機(jī)、裝載機(jī)、頂部安裝倒鏈及大量人工輔助等，在洞內(nèi)有限的空間內(nèi)，進(jìn)行大量的機(jī)械、大噸位鋼結(jié)構(gòu)模板安裝施工，不僅從施工難度上增加了不止一倍，同時(shí)它的安全風(fēng)險(xiǎn)也是倍增的。

(3)與傳統(tǒng)人工立模的施工方法相比，改善了工人的勞動(dòng)條件，使人員從繁重的勞力勞動(dòng)中解脫出來(lái)，同時(shí)提高了襯砌工藝水平，質(zhì)量好、施工安全，保證了洞內(nèi)施工所需要的各類大型機(jī)械設(shè)備、車(chē)輛、人員可隨時(shí)通行，滿足洞內(nèi)多工序平行作業(yè)，減少了干擾。