液壓襯砌臺車的設計和應用

摘 要：本文主要介紹了液壓襯砌臺車的設計原理、結構和優點、主要組成部件，對液壓襯砌臺車的側模板進行了受力分析，在工程施工中的應用，并簡要介紹了安裝技術。

關鍵詞：液壓襯砌臺車；組成部件；受力分析；安裝

隨著我國現代化建設步伐的加快，鐵路、城市地鐵、公路等基礎建設項目，是目前我國基本建設的重點，高速公路建設中的大截面隧道工程日益增多，建設單位對隧道施工的質量要求高，工期短，為獲得高質量混凝土的襯砌，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車所取代。由于隧道的斷面千差萬別，襯砌臺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準機械設備，是保證隧道施工質量的核心關鍵技術。

1 液壓襯砌臺車的設計原理

液壓襯砌臺車主要用于中長隧道施工中，對施工進度、混凝土表面質量要求較高。液壓襯砌臺車設計為整體鋼模板、液壓油缸脫立模，施工中靠絲桿千斤頂支撐，電動減速機自動行走，長度9～12m，曲線段的襯砌臺車長度一般控制在10m內，在滿足通過凈空要求的情況下，應考慮門架內側斜支撐下部安裝位置，盡可能靠近立柱下部，使之受力最好。門架橫梁應足夠高，常規鐵路隧道不小于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。使用液壓襯砌臺車時應注意兩側走行軌的鋪設高差不大于1%，否則將造成絲桿千斤和頂升油缸變形。在有坡道的隧道內襯砌時，為了調整襯砌標高，會造成臺車前后端的高差、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位，導致千斤、油缸損壞。因此在設計時，應充分考慮前后高差造成水平分力的約束結構或調整系統。在定位立模時必須安裝卡軌器，旋緊基礎絲桿千斤、門架頂地千斤和模板頂地千斤，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 液壓襯砌臺車的結構與優點

液壓襯砌臺車在構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、行走系統、工作平臺、電器系統及液壓系統等組成。電機驅動自動行走，液壓系統進行調節，與以往的簡易襯砌臺車相比具有明顯的優點[1]：

（1） 鋼模板在工廠加工，尺寸誤差小，制作精確度高。

（2） 臺車整體好、剛度大、穩定性好，臺車模板使用周期長。

（3） 自動行走，就位方便，操作簡單、靈活。

（4） 模板的就位、調整和支撐均采用液壓設備進行，當拱板調整好后，局部用螺旋千斤頂加固支撐，作業方便，減輕勞動強度，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 液壓襯砌臺車的加工方案

3.1 液壓襯砌臺車主要組成部件

液壓襯砌臺車（如圖1所示）主要由模板總成、托架總成、平移機構、門架總成、行走機構、液壓系統、支撐千斤頂等組成。

（1）模板總成

1.千斤頂 2.側向油缸 3.模板總成 4.門架總成 5.平移機構

6.液壓缸 7.托架機構 8.行走系統 9.枕木 10.鋼軌

圖1 液壓襯砌臺車結構

模板是直接襯砌混凝土的工作部件，是由螺栓聯為一體的數塊頂模和側模組成，頂模與側模采用鉸接，側模可相對頂模繞銷軸轉動，支模時，頂部液壓缸將頂模伸到位，再操縱側向液壓缸，將側模伸到位，調整頂部、側部支承絲杠、完成支模；收模時，按上述相反順序實施，不需拆模板。采用襯砌臺車提高了襯砌質量和施工效率，降低了勞動強度，另外在頂模上安裝有數臺附著式振動器，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。縱梁、橫梁、立柱由鋼板焊接成Ⅰ字形或Ⅱ字形截面。

（3）平移機構

一臺液壓臺車，平移機構前后各一套，它一般支承在門架邊橫梁上。平移機構上的液壓油缸（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）用來調整模板的襯砌中心與隧道中心是否對中，左右可調行程為100mm。

（4）門架總成

門架是整個臺車的主要承重構件，它由橫梁、立柱及縱梁通過螺栓聯接而成，各橫梁及立柱間通過聯接梁及斜拉桿聯接。液壓臺車的主要結構由鋼板焊接，整個門架保證有足夠的強度，剛度和穩定性。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，各聯接梁采用槽鋼、工字鋼或角鋼。襯砌施工時，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）行走機構

行走機構由主動、從動兩部分組成，共4套裝置，分別安裝于臺車架兩端的門架立柱下端，整機行走由2套主動行走機構完成，即行走電動機帶動減速器，通過鏈條傳動，使主動輪驅動整機行走，從動輪隨動。行走傳動機構帶有液壓推桿制動器，以保證整機在坡道上仍能安全駐車。

（6）液壓系統

由電動機、液壓泵、手動換向閥、垂直及側向液壓缸、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模。手動換向閥分別控制模板垂直升降和兩側模的側向伸縮，當液壓缸將模板支承到位后，再調整支承絲杠到位，灌注混凝土對模板產生的垂直和側向載荷主要由液壓缸和絲杠承載。

3.2 液壓襯砌臺車模板受力分析

臺車在襯砌過程中，兩側邊模主要受砼的側向擠壓力，頂部模板主要受砼的壓力，門架部份既受側向力又受正壓力。這里，我們主要對側模板進行受力分析。

（1）側壓力的確定

側壓力只與澆筑混凝土的高度有關，與其厚度無關。根據 “現澆砼結構模板的設計”可知側壓力公式[2]為：

F——新澆筑砼對模板的最大側壓力， KN/m2；

rc——混凝土的重力密度，KN/m3；

t0——新澆筑混凝土的出時間（h）可按實測確定，當缺乏試驗資料時，可采用t0=200/（T+15）計算，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，不摻外加劑時取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2；

β2——混凝土坍落度影響修正參數，當坍落度小于30mm時取0.85， 50～90mm時取1.0， 110～150mm時取1.15。

（2）側模板的受力簡析

模板的作用是保持隧道襯砌混凝土澆筑的外形及承擔混凝土澆筑載荷。模板一般分為頂模板、側模板、翻轉模，主要由面板、邊裙、加強角鋼、擋頭板、連接鉸耳構成。以下主要對側模板的面板和加強角鋼進行受力分析。

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

式中，q——面板的計算載荷；

F——側壓力。

彎矩計算公式為：

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

設計應力：

若σ

4 液壓襯砌臺車的應用

液壓襯砌臺車在贛龍隧道、中南通道武家嶺隧道、準池鐵路、滬昆鐵路、張唐鐵路等工程施工中得到廣泛應用，臺車性能良好，結構合理，襯砌質量好。

（1）當隧道開挖偏離中心時，可通過臺車的模板調整機構達到調中、滿足了設計和施工要求。

（2）臺車有足夠的剛度和強度，在液壓缸和支承絲杠的聯合作用下，能抵抗混凝土強大的垂直和側向壓力，臺車不發生變形，由于各支點設計布局合理，有效的利用了臺車自身的重量和混凝土重量的壓力，保證了臺車澆注混土時克服混凝土的上浮作用。

（3）工作窗口布局合理，兩側澆注混凝土和振搗作業方便，頂部設有注料口和附著式振動器，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強度。

（4）大片鋼模結縫嚴實，混凝土搗固設施齊備，混凝土密實無蜂窩、斑點、錯臺現象發生，表面光滑、平整、美觀。

5 液壓襯砌臺車的安裝

因隧道施工方法不同，臺車安裝方法分為洞外安裝后自行進洞和洞內吊裝兩種。若采用洞內安裝，應事先將安裝地帶開挖輪廓適當放大，一般放大50～80cm。并根據隧道斷面大小及臺車長度，在拱部沿軸線設注漿錨桿3—6支，間隔約為1/4模板長度，并將錨桿端部彎成彎勾，以利固定手拉葫蘆。因洞內空間有限，運輸臺車部件應合理安排先后順序。先將主架組裝好并接好行走電機，以便安裝模板。頂模板拼裝好后用手拉葫蘆吊起，移動臺車主架到頂模板下，安裝頂模。側模板側立在隧道邊墻上，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，吊裝前應選擇便于進洞的安裝地段，安裝完后臺車軸線與隧道軸線夾角應不大于5度。對于鋪設軌道，枕木和鋼軌必須合乎要求，鋪設后軌距誤差控制在±10mm以內；軌道與枕木必須用道釘固定，防止臺車行走時發生危險；枕木間距不得大于70cm，以免鋼軌被壓斷。

6 結束語

目前，液壓襯砌臺車對于提高隧道施工效率和襯砌質量發揮著至關重要的作用。采用液壓襯砌臺車，提高了機械化施工能力，降低了勞動強度，減少了作業時間，有效防止不安全因素的發生，并且提高了混凝土的襯砌質量，混凝土密實無蜂窩麻面、表面光滑平整[1]，接縫錯臺小，保證了混凝土施工的整體外觀和內在質量，具有良好的經濟效益和社會效益，在隧道施工中應廣泛推廣應用。

參考文獻

[1] 鄭昌駐.液壓襯砌臺車在隧道曲線段的應用[J].中國科技信息，2007.3：56-58.

[2] 《建筑施工手冊》[M].北京：建筑工業出版社，1997.

[3] 吳宗澤.機械設計實用手冊[M].北京：化學工業出版社，1999.1.

作者簡介

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