雙線多變斷面隧道襯砌臺車設計與使用

摘要：簡述了短小隧道多變化斷面襯砌施工如何既通過襯砌臺車的合理設計及應用來降低生產成本，又能確保襯砌施工質量的施工工藝。

關鍵詞:多變截面 短小隧道 襯砌臺車 設計 使用

宜萬鐵路W9標石埡子隧道全長121米，前接石埡子大橋（曲線橋），后接直線路基。隧道斷面逐漸變化，經歷6次變換斷面線路，間距由4.93m逐步變到4.20m，給襯砌施工造成很大困難。本文主要闡述石埡子隧道在襯砌施工過程中通過如何調整襯砌臺車來施工多斷面襯砌工程，從而既能大大節約成本，又能避免更換臺車而造成施工進度的耽擱。

1 工程概況

石埡子隧道為淺埋偏壓、軟弱圍巖雙線曲線隧道，起訖里DK151+065～DK151+186，處于緩和曲線YH與HY之間，曲線半徑為3000m，曲線長度110m。隧道最大埋深不足20米，且處于巖層破碎帶上，圍巖基本為黏土夾孤石，施工難度大，機械利用率低。隧道短小但斷面多變，全長121延米共計6個加寬斷面，隧道斷面設計線間距變化參見表1。

2 多變斷面襯砌臺車方案設計

2.1 多變斷面襯砌臺車設計方案的選擇 由于石埡子隧道為雙線大跨度隧道，襯砌斷面類型多變，而且加寬幅度較大，給襯砌施工造成很大困難。對于短小隧道，購買成品的襯砌臺車，一是成本價高，二是不能有效適應多變斷面的襯砌類型施工要求。所以，經過我們深入分析、討論，決定采用自行設計的多變斷面襯砌臺車，其優勢主要體現在以下幾點：①成本較低，經濟劃算。通過采購鋼架、鋼板等原材料，自行安裝臺車，成本費用大大節省。②多變斷面襯砌施工時，臺車轉換方便，零件更換少，加寬條可提前計算預制，安裝快捷，加寬斷面無需推出臺車，可直接在隧道內轉換體系。③多變斷面襯砌臺車經過剛度和穩定性的科學驗算，穩定性強，滿足施工安全要求。通過施工驗證，襯砌施工全部完成后襯砌臺車也沒有變形。④多變斷面襯砌臺車使用方便，能有效提高襯砌的施工效率，縮短工期。

2.2 多變斷面襯砌臺車設計思路 設計模板系統，首先要確定頂模與邊模鉸接點，鉸接點位置的確定要滿足兩個條件：第一，要給襯砌臺車脫模留下操作空間；第二，側摸長度不要太長，以保證模板的整體剛度。通常的做法是臺車下降10cm～20cm時確保脫模空間為5cm～10cm。如圖1，利用CAD繪圖模擬，鉸接點確定在r2圓弧上的某一點。然而隧道斷面曲線的圓弧半徑值r2，r3、r4值是固定不變的，也就是說，所有隧道斷面所用的襯砌臺車的側模是相同的。多變斷面隧道襯砌臺車模板的設計也主要歸結在頂部模板的通用性上。只要頂模滿足多變斷面施工要求就達到了設計所需的效果。

2.3 多變斷面襯砌臺車設計 襯砌臺車結構主要分電控系統、行走系統、液壓系統、支撐系統、模板系統等五大系統。其中電控系統與行走系統在所有的臺車中基本相同，本文就不作詳細闡述。下面就針對剩余系統分別作詳細介紹。

2.3.1 模板系統。根據斷面模擬，對r3及r4圓弧進行合并，半徑取大值r=r3=660，經模擬，合成弧度與原有弧度差值不足0.6cm，滿足要求。這樣，襯砌模板以加寬20cm最小斷面為設計基準面，設計模板上、中、下三種共六塊，模板間以M24×60螺栓連接，環向間距15cm。施工無加寬斷面襯砌時臺車直接使用。其他加寬斷面施工時，將頂模從正中間分開，通過液壓系統將兩側的頂、側模同時移至相應的位置，中間安裝加寬條，并與模板之間仍以M24×60螺栓連接，再通過液壓、加高墊或兩者結合將模板升至要求高度。經模擬測試，調整偏差很小，滿足斷面凈空要求。

2.3.2 支撐系統。支撐系統的作用是支撐整個模板系統，確保承受襯砌壓力時模板不會發生變形與向內收縮。支撐系統主要構件有上下縱梁、門架橫梁、立柱、八字支撐、縱向聯接件、拱部橫梁、拱部立柱、液壓頂、絲桿、行走機構、平移機構等部件。首先，臺車縱梁采用40型鋼，型鋼上門架采用35型鋼組合等間距分布4榀，門架斜撐采用16工字鋼焊接支撐。門架上設4個液壓頂，頂上采用25型鋼連接成平臺，平臺平面間采用18工字鋼做主構件，上置φ10×φ8鋼筋網，立柱24根（20型鋼）支撐模板橫梁。為了保證模板的可調節性，我們將模板橫梁設計成可滑動性，如圖2，利用滑槽調節配合評議油缸及評議拉桿來實現模板的水平位移。根據施工需要，絲桿與油缸要安裝在立柱靠模板一側上，立柱設計為H型，以便于安裝側向油缸與絲桿。由于加寬斷面后，會造成油缸與絲桿的長度不夠，因此立柱靠模板一側還要設計可調長短、可拆裝的活動支座，以滿足不同加寬斷面施工需求。

2.3.3 液壓系統。隨斷面加寬，臺車高度也跟著增加。因此，安裝完加寬條后，臺車達不到標高，要通過加高墊塊或頂升油缸來實現，油缸行程也比一般臺車要長。多變斷面臺車前后設計安裝四個油缸，對應的也要增加油管、接頭、換向閥這些小部件，以提高效率減輕勞動強度。另外，橫向液壓系統安裝在門架立柱靠模板一側即可，油缸行程也要比一般臺車長。

3 多變斷面襯砌臺車的使用

近年來，襯砌臺車尤其是全液壓式自動襯砌臺車在工程中都已得到廣泛運用，其使用方法及操作注意事項也均已被操作技術人員熟習和掌握。多斷面隧道襯砌臺車的操作與普通襯砌臺車操作大同小異，主要不同之處在于襯砌過程中的斷面變換。下面針對如何進行斷面變換操作進行闡述。①斷面變換時先降低臺車頂部油缸到最低點，使兩邊側模著地，不能著地時可增設方木或工字鋼。其目的是增大頂部空間，使頂模平移時更安全。②頂模鏈接螺栓、平移拉桿聯接銷以及拱部橫梁螺栓要全部拆除，臺車拱部兩側只保留四個油缸相連接，平移油缸也要安裝到平移拉桿上。③啟動油泵伸出油缸，若沒有加寬條，則直接移到相應位置，若已經安裝了加寬條，則伸出少許后將加寬條模板拆除后再將模板移到對應的位置。此時要頂模移動到位后，中間要保留比加寬條稍微寬點的距離，方便加寬條的安裝。④加寬條模板安裝，要采用螺栓與臺車模板連接牢固，必要時采用人工配合，利用手拉葫蘆控制模板活動，以確保操作安全。⑤頂模加寬條安裝完畢后，安裝各中加長螺桿，調平模板，擰緊螺栓。將平移拉桿連成整體，平移油缸恢復原位。⑥根據多變斷面襯砌臺車設計圖紙安裝或拆除側模絲桿加長節，完成變斷面轉換。

4 總結

石埡子隧道設計的雙線多變斷面襯砌臺車，長6米，在施工過程中充分體現了較好的強度、剛度和穩定性，而且操作簡單，便于掌握。臺車組裝也較簡單，利用吊車吊裝大型框架、手拉葫蘆吊裝小型構件、整個組裝過程在2天內順利完成。施工過程中斷面變換實現當天完成，而且成品襯砌平滑圓順，施工錯臺在規范允許范圍內，保證襯砌施工質量的同時也極大提高了多變斷面襯砌的施工速度，節約成本的同時有效縮短了工期。多變斷面隧道襯砌臺車的設計要根據工程實際情況來確定設計的重點是在于確定模板加寬的具體方案，還是如何在隧道洞內進行截面變換兩個方面。施工中要根據具體情況，結合生產成本進行綜合分析，確定最佳的襯砌臺車選定方案。

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