中铁十一局集团第五工程有限公司 重庆市 400037
摘要：隧道工程的建设和发展有力地促进了我国交通运输事业的发展，并带动土木工程、水利水电工程等相关学科的发展，在我国国民经济建设中起到了重要的作用。衬砌钢模台车是浇筑隧洞二次衬砌混凝土的施工设备，配合其他辅助机械，可大大降低劳动力，提高隧洞二衬混凝土施工的机械化效率，提升施工进度。然而在隧道施工设计中，由于地质围岩类型的不同，以及隧道转弯半径的差异，每条隧道断面尺寸是不一样的，甚至同一条隧道各段的断面尺寸也经常有变化。为了方便施工，节约成本，往往要求隧道混凝土衬砌台车必须满足不同衬砌截面的施工要求。因而设计一种隧道可变截面衬砌台车，对于减小施工成本，加快施工速度，减少劳动强度，提高机械化和自动化水平，保证工程施工质量，具有重要的科学意义和工程应用价值。
关键词：隧道；衬砌台车；可变截面；设计
1变截面台车的设计
老尖山隧道出口要求加工一台12 m衬砌台车，需满足复合式衬砌一般断面W=0、加宽W=20、加宽W=30及复合式衬砌一般锚段W=0、加宽W=30等5个衬砌断面。如果每类断面制作一套台车，投入太大。通过仔细研究与经济比较，设计一台可变换断面的液压台车，实现二衬一次浇筑成型。
1.1一般断面W=0
衬砌台车的设计老尖山隧道断面W=0(Ｒ1=2 250 mm、Ｒ2=3 240 mm、Ｒ3=9 380 mm)衬砌台车包含主架、模板、液压系统和辅助支撑系统等。其中，枕木为200 mm方木，枕木底标高为内轨顶面下880 mm，钢轨型号为50 kg/m，台车行走速度为2．59 m/min，台车通过限界为4 000 mm×3 300 mm，模板底在內轨顶面下550 mm处，观察窗户每台18个，尺寸为450 mm×450 mm。
1.1.1主架
主架主要包含行走系统、行走梁、立柱、横梁、二横梁、纵梁、反挑梁和辅助结构。行走系统采用机械传动电动控制，包括电机、减速机、链条传动、行走轮和行走架等，分为主动行走系统和被动行走系统。根据项目部交底，该隧道纵向坡度为17‰，坡度较大，所以该台车设计为四驱形式，单台电机功率为5．5 k W。主动行走系统传动形式为二级链传动，链条型号为32A，传动比为546。行走架高度均为500 mm。为方便脱模，行走梁设计为上宽下窄的箱形结构;立柱为高度4 242 mm的双腹板结构;横梁为500 mm×300 mm的箱形双腹板结构，高度500 mm;二横梁为32b槽钢口对口双拼焊接;纵梁为400 mm×300 mm的单腹板结构，局部设加强筋;每件反挑梁设计为相同长度的两件，中间通过螺栓连接。辅助结构包括立柱间隔撑，斜拉撑、横梁间隔撑，立柱斜拉杆、横梁斜拉杆、防滑架、导向套等。立柱间隔撑为上下两排，横梁间隔撑为左右两排，均为18工字钢双拼结构;在相邻两排立柱和横梁之间均设计横梁斜拉杆，材料为10槽钢，斜拉杆之间用缀板连接;在立柱、横梁和二横梁之间设计4道斜拉撑，1 500 mm通风管从此通过;在两排纵梁的两端各连接防滑架，防止台车行走时台车模板及上部结构与台车门架之间的滑动;液压顶升缸放置在台车底部，通过导向套带动行走梁及整体台车升降;所有主架构件间连接均为螺栓连接。
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1.1.2模板
模板分为顶模板和侧模板。顶模和侧模通过销轴连接，相同部分模板之间通过螺栓连接;模板面板为材质Q235，厚度10 mm的钢板，模板边裙为材质Q235，厚度12 mm的钢板切割而成，模板加强筋为材质Q235，厚度10 mm的扁钢。每块模板宽度为2 000 mm。顶模板半径为2 250 mm，边裙宽度为200 mm，加强筋以弧长260 mm均匀分布。为满足不同衬砌断面的需求，顶模板从拱顶中间分为弧长1 767 mm相同的两块。左右侧模板均分为曲墙侧模板和直墙侧模板，曲墙侧模板由弧长为6 475 mm的长侧模板和长度为100 mm的短平模板组成。曲墙长侧模板与短平模板以及直墙侧模板之间均通过螺栓连接。曲墙长侧模板由Ｒ3 240 mm和Ｒ9 380 mm两种半径组成，边裙宽度为200 mm，加强筋以弧长260 mm均匀分布，在侧模板上分布内嵌工字钢通梁，用于连接正反丝机械千斤顶;直墙侧模板为便于脱模，直角处设计成钝角拐角。同时，为了便于脱模时直墙侧模板的收回，将直模板底部提至内轨顶面下550 mm处，否则枕木和钢轨会妨碍侧模板的收回，无法脱模。
1.1.3液压系统
液压系统主要由泵站、液压缸、管道组成，作为隧道衬砌台车完成脱立模的动力源，它是衬砌台车实现机械化施工的重要设备，是可变截面台车用于不同隧道衬砌断面的操作保证。液压系统为齿轮泵手动多路阀系统，额定系统工作压力为16 MPa。每个液压顶升缸上配置液压锁，防止油管接头渗漏引起顶升缸下降。顶升缸和调整缸的最大行程为300 mm，侧缸最大行程为200 mm。顶升缸设计行程为160 mm，侧缸设计行程为100 mm，调整缸设计行程为150 mm。整体模板的升降，伸缩和模板的横向位置调整均由液压系统完成定位，尺寸检查无误后由机械丝杆加固支撑。
1.1.4辅助支撑系统
辅助支撑系统主要为机械丝杆和台车抗上浮装置。机械丝杆通过销轴与模板，主架间连接，起支撑作用，由上至下共分为4排;为防止行走梁在施工过程中由于压力变形，特设计球头千斤顶，千斤顶倒置顶在钢轨面上，另外左右侧模处设置顶地千斤顶，减少主架受力;行走梁外侧设置顶地千斤顶，防止台车左右位移。
1.2一般断面W=20
台车设计一般断面W=20(Ｒ1=2 390 mm、Ｒ2=3 240 mm、Ｒ3=9 380 mm)衬砌台车需要在台车顶模中间处连接宽度为114 mm加宽平模，同时在反挑梁中间增加114 mm的加长块，拆卸掉原曲墙长侧模板与直墙侧模板之间的短平模板，在曲墙长侧模板与直墙侧模板之间连接长度为150 mm的平模板。立柱上下两排间隔撑均连接长度分别为91 mm、120 mm的加长块。液压顶升缸的行程上升至200 mm，调整缸与纵梁之间增加69 mm的加长块，模板与衬砌轮廓线比较:顶模模板拱顶与轮廓线重合，沿弧线慢慢伸出，至图示位置伸出最大11 mm，至模板底部与轮廓线重合;侧模板顶部与轮廓线重合，沿弧线慢慢收回，收回至图示位置最大14 mm，至底部完全与轮廓线重合。
1.3一般断面W=30
台车设计一般断面W=30(Ｒ1=2 460 mm、Ｒ2=3 240 mm、Ｒ3=9 380 mm)衬砌台车需要在台车顶模中间处连接宽度为169 mm加宽平模，同时在反挑梁中间增加169 mm的加长块，拆卸掉原曲墙长侧模板与直墙侧模板之间的短平模板，在曲墙长侧模板与直墙侧模板之间连接长度为176 mm的平模板。立柱上下两排间隔撑均连接长度分别为91 mm、120 mm的加长块。液压顶升缸的行程上升至220 mm，侧缸行程伸出至150 mm，调整缸与纵梁之间增加97 mm的加长块，模板与衬砌轮廓线比较:顶模模板拱顶与轮廓线重合，沿弧线慢慢伸出，至图示位置伸出最大16 mm，至模板底部与轮廓线重合;侧模板顶部与轮廓线重合，沿弧线慢慢收回，收回至图示位置最大21 mm，至底部完全与轮廓线重合。
2台车的安装
衬砌台车在工程中已经被广泛使用多年，普通衬砌台车的使用方法及注意事项操作人员均已掌握。可变截面隧道衬砌台车的操作与普通衬砌台车操作一样，不同之处在于衬砌之前要进行断面变换，设计的模板由模板单元构成，模板单元之间用螺栓连接，并且模板单元能随弧拱架形状变化而变化
结束语：
可变截面隧道衬砌台车设计的关键是确定模板加宽的方案与隧道洞内进行界面变换的方式。老尖山隧道可变截面台车满足:(1)加宽模板采用小弧形钢模板，其自重轻、通用性强，满足多个断面衬砌的需要。(2)在加宽断面中，台车模板与隧道轮廓线的最大误差为58 mm，该误差在允可范围之内。(3)可变截面衬砌台车的截面变换过程易操作，方便在隧道内安装与更换。此类台车结构对今后同类台车设计有一定的借鉴作用。
参考文献：
[1]陈小雄．隧道施工技术[M]．北京:人民交通出版社，2011:8－13．
论文作者:张秦
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/17
标签：台车论文; 模板论文; 断面论文; 隧道论文; 截面论文; 横梁论文; 立柱论文; 《建筑学研究前沿》2017年第8期论文;