新型無軌式隧道襯砌液壓臺(tái)車在隧道二襯施工中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王松　喻致蓉

【摘 要】本文以廣州市軌道交通二十一號(hào)線工程13標(biāo)金坑站～鎮(zhèn)龍南站區(qū)間隧道二襯施工為例，介紹了新型無軌式隧道襯砌液壓臺(tái)車在隧道二襯施工中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。工程實(shí)踐表明，采用新型無軌式隧道襯砌液壓臺(tái)車既可以滿足隧道襯砌施工正常掘進(jìn)，又可以避免傳統(tǒng)隧道二襯臺(tái)車襯砌過程中反復(fù)鋪設(shè)軌道的繁瑣工序，施工效率高，混凝土襯砌質(zhì)量好，同時(shí)減輕了二襯作業(yè)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，很好的解決了目前國(guó)內(nèi)存在的普遍隧道建設(shè)施工過程需要鋪設(shè)行走軌道，隧道襯砌臺(tái)車移動(dòng)不方便、鋪設(shè)鋼軌耗費(fèi)人力大問題，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

【關(guān)鍵詞】無軌式；隧道二次襯砌；液壓臺(tái)車

中圖分類號(hào)： U482.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-2457（2018）08-0136-003

The design and application of a new type of non-rail tunnel lining hydraulic trolley in the secondary

lining of the tunnel

WANG Song YU Zhi-rong

（Pingdingshan Pingmei Coal Mining Machinery Equipment Co.，Ltd.，Pingdingshan 467000，China）

【Abstract】In this paper， the Guangzhou Metro Line twenty-one project No.13 Jinkeng station to Zhenlong south station secondary lining of the tunnel construction as an example， this paper introduces a new type trackless type hydraulic tunnel lining trolley in the design and application of the construction of the secondary lining of the tunnel. The engineering practice shows that the new type rail tunnel lining trolley hydraulic tunnel lining construction can meet the normal tunneling operation， and avoid the tedious process of laying the track in the process of the the secondary lining of the tunnel， the construction is more efficient， and the quality is better， and reduces the labor intensity of the workers， a good solution the construction process of traditional tunnel and existing laying the track， hydraulic trolley is easy to move. Reduce the expenses of labour，its economic efficiency has greatly improved.

【Key words】A non-rail tunnel；Secondary lining of the tunnel；Lining hydraulic trolley

1 背景技術(shù)

隧道襯砌臺(tái)車是復(fù)合襯砌隧道施工過程二次襯砌施工中必須使用的專用非標(biāo)機(jī)械裝備。近幾年來隨著我國(guó)高鐵建設(shè)與高速公路建設(shè)工程項(xiàng)目的大力推進(jìn)，大量的隧道工程項(xiàng)目開工建設(shè)，越來越多的新項(xiàng)目、新課題不斷涌現(xiàn)，迫切需要新的隧道施工裝備在施工效率、襯砌質(zhì)量、安全性能上產(chǎn)生突破。

2 項(xiàng)目概況

廣州市軌道交通二十一號(hào)線工程（金坑站～鎮(zhèn)龍南站區(qū)間）【施工13標(biāo)】土建工程包金坑站～鎮(zhèn)龍南站區(qū)間暗挖、盾構(gòu)隧道的主體及附屬結(jié)構(gòu)土建工程，標(biāo)段設(shè)計(jì)起始里程為YDK28+790.000，設(shè)計(jì)終點(diǎn)里程為YDK33+973.490。本標(biāo)段設(shè)計(jì)范圍包括山嶺暗挖區(qū)間隧道、盾構(gòu)區(qū)間隧道、聯(lián)絡(luò)通道、廢水泵房，2個(gè)中間風(fēng)井、施工豎井等。區(qū)間隧道范圍內(nèi)共設(shè)10個(gè)聯(lián)絡(luò)通道。

金坑站～鎮(zhèn)龍南站區(qū)間線路走向出金坑站后，以高架形式向東北方向進(jìn)行，于YDK28+790處進(jìn)入山嶺隧道，在YDK30+327.233處設(shè)置施工豎井，在YDK30+710處設(shè)置1#中間風(fēng)井兼盾構(gòu)始發(fā)井，然后以盾構(gòu)形式下穿和田村，接著以半徑為2000的曲線拐入廣汕路，沿著廣汕路下方進(jìn)行，下穿規(guī)劃中的花冠高速、人行天橋，線路偏離廣汕路在廣汕路東側(cè)進(jìn)行，下穿廣州康耐登家居用品有限公司，并于公司綠地上設(shè)置2#中間風(fēng)井，然后再下穿三座規(guī)劃中的人行天橋，后進(jìn)入鎮(zhèn)龍南站。

3 新型無軌式隧道襯砌液壓臺(tái)車介紹

3.1 新型臺(tái)車設(shè)計(jì)原理

如下圖所示：根據(jù)設(shè)計(jì)院施工圖轉(zhuǎn)彎半徑和二襯混凝土厚度等技術(shù)參數(shù)，本新型無軌式隧道襯砌液壓臺(tái)車設(shè)計(jì)為一次襯砌長(zhǎng)度10.5米，整體結(jié)構(gòu)由門架系統(tǒng)（1）、模板系統(tǒng)（2）、支撐系統(tǒng)（3）、橫移系統(tǒng)（4）、縱移系統(tǒng)（5）、液壓系統(tǒng)（6）、電氣系統(tǒng)（7）七個(gè)主要部分組成；在使用過程中門架系統(tǒng)（1）與模板系統(tǒng)（2）通過支撐系統(tǒng)（3）共同作用形成固定的整體，然后方可澆筑混凝土。當(dāng)臺(tái)車位置需要調(diào)整時(shí)，啟動(dòng)液壓系統(tǒng)（6）、電氣系統(tǒng)（7），可根據(jù)實(shí)際隧道襯砌需要通過操作橫移系統(tǒng)（4）、縱移系統(tǒng)（5）來滿足實(shí)際需要。

具體操作如下：通過操作橫移系統(tǒng)（4）可實(shí)現(xiàn)臺(tái)車中心線左右移動(dòng)；通過操作縱移系統(tǒng)（5）可實(shí)現(xiàn)隧道襯砌臺(tái)車前進(jìn)、后退。

臺(tái)車需要縱向移動(dòng)時(shí)，操作手動(dòng)閥手柄，頂升油缸收縮，臺(tái)車整體下降至縱移系統(tǒng)（5）縱向滑移輪座落至地面上且平移滑座懸空，使縱移系統(tǒng)（5）的滑移輪座生根，臺(tái)車處于懸空狀態(tài)，然后縱向滑移油缸收縮拉動(dòng)主門架下縱梁在縱向滑移輪座的滾輪上移動(dòng)，整個(gè)臺(tái)車往前移動(dòng)。縱向滑移油缸收縮到零行程后，頂升油缸伸出至平移滑座落至地面生根且縱向滑移輪座懸空， 縱向滑移油缸伸出拉動(dòng)縱向滑移輪座前移，直至油缸滿程。到此臺(tái)車縱向行走的一個(gè)循環(huán)結(jié)束。以此類推，反復(fù)循環(huán)操作可實(shí)現(xiàn)整個(gè)臺(tái)車的前進(jìn)或后退。

為確保二襯施工過程中安全，可靠，已對(duì)臺(tái)車的門架系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)等主要承受荷載構(gòu)件進(jìn)行有限元分析計(jì)算，強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均滿足施工要求，這里不再贅述。

3.2 臺(tái)車在隧道二次襯砌中所能達(dá)到的目的：

（1）當(dāng)隧道開挖偏離中心時(shí)，可通過模板平移調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整到隧道中心線，滿足了設(shè)計(jì)圖紙和施工要求。

（2）臺(tái)車設(shè)計(jì)有足夠的強(qiáng)度和剛度，在液壓缸和支撐絲桿的聯(lián)合作用下，鋼模板與門架形成一個(gè)大的剛性整體，能抵抗?jié)仓炷翉?qiáng)大的垂直和水平側(cè)向壓力，臺(tái)車不發(fā)生變形。由于各受力支點(diǎn)設(shè)計(jì)合理，有效的利用了臺(tái)車自身的重量和混凝土的壓力，保證了臺(tái)車澆注混凝土?xí)r克服混凝土的上浮作用。

（3）工作窗口布局合理，使臺(tái)車便于涂抹脫模劑、兩側(cè)澆注混凝土和振搗作業(yè)，頂部設(shè)有注漿口，兩側(cè)對(duì)稱注入混凝土，減輕施工人員強(qiáng)度。

（4）每節(jié)模板接縫嚴(yán)實(shí)，混凝土振搗密實(shí)，混凝土表面光滑、平整、美觀。無蜂窩、斑點(diǎn)、錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象發(fā)生。

3.3 新型臺(tái)車加工要求

由于混凝土質(zhì)量和外觀要求越來越高，模板系統(tǒng)的質(zhì)量平整度和強(qiáng)度對(duì)于隧道襯砌表面質(zhì)量至關(guān)重要。本臺(tái)車的面板和法蘭等重要零部件均在國(guó)內(nèi)率先采用大型數(shù)控激光下料設(shè)備進(jìn)行加工，在CAD繪圖軟件中排版完畢一次下料，速度快，質(zhì)量好，從而保證所有圓弧半徑、孔位尺寸的精準(zhǔn)，精度誤差±0.2mm。其他非主要構(gòu)件連接法蘭均采用模具板鉆孔加工，確保連接配合精度尺寸。

4 新型無軌式隧道襯砌液壓臺(tái)車施工特點(diǎn)

與傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有軌隧道臺(tái)車相比，新型無軌式隧道襯砌液壓臺(tái)車具有以下四個(gè)特點(diǎn)：

4.1 避免了傳統(tǒng)臺(tái)車鋪設(shè)軌道的繁瑣工序，后續(xù)移動(dòng)方便，施工效率高，減輕施工作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度

由于在設(shè)計(jì)上改變了傳統(tǒng)的軌道行走系統(tǒng)和減速設(shè)備，設(shè)計(jì)了一種液壓油缸行走系統(tǒng)，并加設(shè)了防滑裝置和鎖緊裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明確，力學(xué)性能好，使用方便。本設(shè)計(jì)的目的就是避免繁瑣的鋪設(shè)鋼軌，大量的搬轉(zhuǎn)倒運(yùn)鋼軌特別是在夜間存在一定的危險(xiǎn)性，采用無軌式臺(tái)車不但節(jié)約人工，提高效率，還可縮短隧道建設(shè)周期。

4.2 改變了傳統(tǒng)臺(tái)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)在隧道坡度大時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)在低速運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和爬行現(xiàn)象、消除臺(tái)車下滑失穩(wěn)的隱患。

由于液壓傳動(dòng)是傳動(dòng)功率大，低速、平穩(wěn)，控制精度高，有液壓鎖等過載保護(hù)能力，顯然在動(dòng)力上尤其是上坡坡度較大的隧道優(yōu)勢(shì)更加明顯。

4.3 克服了傳統(tǒng)臺(tái)車模板接縫外觀難題

由于臺(tái)車整體襯砌長(zhǎng)度較大，受限于鋼板軋制和運(yùn)輸條件，一般均為1.5-2米長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)塊模板到達(dá)工地現(xiàn)場(chǎng)后組裝而成。為減少錯(cuò)臺(tái)和縫隙，并在現(xiàn)場(chǎng)貼雙面膠填充密實(shí)。在實(shí)際施工過程中都不可避免的或多或少存在一條豎向的拼接縫，從而在后續(xù)的二襯施工中隧道表面也會(huì)累積下一條拼縫。而采用激光下料的加工方法后，所有連接法蘭精度更高（精度誤差±0.2mm），基本消除錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。比現(xiàn)有技術(shù)條件下誤差1mm內(nèi)的普遍要求有了很大的提高。

4.4 避免了傳統(tǒng)臺(tái)車軌道地面的硬化苛刻要求，無軌式臺(tái)車適應(yīng)路況更廣

傳統(tǒng)臺(tái)車由于要鋪設(shè)軌道，軌道底面的路面必須進(jìn)行必要的硬化處理，否則軌道在承受整個(gè)臺(tái)車的荷載時(shí)候軌道不可避免的發(fā)生位移，嚴(yán)重時(shí)候甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)隧道軸線的跑偏。新型臺(tái)車由于是整個(gè)滑移輪座著地，與地面形成一個(gè)大的面接觸，承受荷載能力更強(qiáng)，對(duì)地面要求相對(duì)寬松，只需要簡(jiǎn)單混凝土硬化或者碎石壓實(shí)硬化即可滿足通行條件。

5 新型無軌式臺(tái)車安裝工藝流程

原則上優(yōu)先考慮在洞外安裝，采用25t吊車配合人工進(jìn)行吊裝。安裝前技術(shù)安全交底→安裝準(zhǔn)備→清理平整施工場(chǎng)地→安裝下縱梁→安裝門架→安裝拱頂結(jié)構(gòu)→安裝模板→安裝縱移機(jī)構(gòu)→安裝附屬機(jī)構(gòu)→連接液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)→調(diào)試臺(tái)車。

空載試車，液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)工作是否正常。試驗(yàn)臺(tái)車各種動(dòng)作是否靈活、準(zhǔn)確到位。

6 隧道臺(tái)車使用注意事項(xiàng)

6.1 隧道臺(tái)車的澆筑過程按以下幾步進(jìn)行：

（1）檢查絲杠支撐位置是否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)地絲杠支撐位置正確、牢固。

（2）檢測(cè)臺(tái)車的中心軸線是否與隧道設(shè)計(jì)中軸線重合；

（3）檢查、測(cè)量整個(gè)隧道臺(tái)車模板外部輪廓是否滿足設(shè)計(jì)要求，臺(tái)車拱頂處標(biāo)高是否達(dá)到施工要求；

（4）檢查臺(tái)車矮邊墻高度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

（5）檢查臺(tái)車模板外表面是否涂抹脫模劑，脫模劑厚度是否滿足要求。

（6）澆筑施工，澆筑過程中應(yīng)勻速、對(duì)稱澆筑，并隨時(shí)觀察臺(tái)車整體狀況，發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)按照預(yù)定預(yù)案處理后方可繼續(xù)施工。

6.2 隧道臺(tái)車移動(dòng)注意事項(xiàng)

（1）臺(tái)車移動(dòng)前尤其在冬季施工氣溫較低時(shí)段，應(yīng)將液壓泵站空轉(zhuǎn)運(yùn)行1-2分鐘，待液壓壓力平穩(wěn)后再移動(dòng)臺(tái)車；

（2）側(cè)模油缸和頂升油缸將臺(tái)車外輪廓支撐至設(shè)計(jì)輪廓斷面后應(yīng)及時(shí)將可調(diào)節(jié)支撐絲桿支撐到位，避免長(zhǎng)時(shí)間澆筑過程中液壓油缸壓降造成隧道輪廓偏差。

7 結(jié)論及建議

（1）新型無軌式隧道襯砌液壓臺(tái)車在設(shè)計(jì)上改變了傳統(tǒng)的軌道行走系統(tǒng)和減速設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明確，避免了繁瑣的鋪設(shè)鋼軌工作，降低了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，使用方便，可節(jié)省較多的隧道建設(shè)周期。

（2）與傳統(tǒng)的臺(tái)車相比，由于引進(jìn)了先進(jìn)的激光下料技術(shù)，整個(gè)模板系統(tǒng)的加工精度更高，隧道表面襯砌質(zhì)量更好。

（3）在隧道工程建設(shè)中，在復(fù)合式襯砌隧道該新型臺(tái)車均可適用。尤其在長(zhǎng)大隧道的大坡度斜井隧道施工，采礦工程礦道掘進(jìn)等大坡度隧道，該類型臺(tái)車在隧道建設(shè)尤其在大坡度隧道具有傳統(tǒng)臺(tái)車無法替代的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，最大縱坡坡度可達(dá)10%-25%。

（4）本新型無軌式隧道襯砌液壓臺(tái)車由于結(jié)構(gòu)新穎，操作方便，施工效率高，混凝土施工質(zhì)量?jī)?yōu)良，綜合安全經(jīng)濟(jì)效益突出，已獲得國(guó)家專利2項(xiàng)，應(yīng)用前景廣闊。