隧道襯砌臺車結構的優化與設計

蔡茂盛

【摘 要】文章闡述了臺車的基本結構組成，通過對臺車的模板系統、門架系統、支撐系統的優化與設計，減少了門架結構、支撐絲桿、支撐小立柱等構件的數量，從而減少臺車收、立模時間，降低了工人的勞動強度，大大增加了臺車施工空間，有利于臺車自動分層逐窗澆筑系統的布局，對臺車的文明施工提供了安全保障，為臺車的持續優化、改進起到了推進作用。

【關鍵詞】隧道;襯砌臺車;優化設計;施工空間;文明施工;自動分層逐窗澆筑

【中圖分類號】U455 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）10-0030-03

1 背景

當前，我國現代化建設步伐加快，公路、鐵路城市地鐵的基礎建設項目是我國基本建設的重點。在公路、鐵路的建設中，大長隧道日漸增多，襯砌臺車在隧道二次襯砌施工中已被廣泛應用，成為隧道施工不可缺少的一種非標型機械設備。采用襯砌臺車可起到提高混凝土襯砌質量、加快施工進度、降低勞動強度、提高施工效率的作用。目前，大部分鐵路、公路隧道都是采用多門架式結構臺車。由于隧道施工不可預見性因素多，所以大部分廠家設計的臺車非常保守，安全系數過高，造成了臺車構件數量眾多、結構復雜、臺車立模與收模勞動強度大、臺車內部施工空間狹小等一系列問題。隨著社會的發展和科技的進步，不僅對隧道工程施工質量提出了更高的要求，而且對隧道施工的機械化水平、文明施工也提出了更高的要求。本文以某項目高鐵隧道12 m臺車為例，對多門架式臺車存在的問題和不足進行了優化和設計。通過優化設計，為以后臺車重量輕型化、結構簡單化設計起到了一定的推進作用。

2 襯砌臺車的研制過程及結構組成

在完成初步鐵路隧道襯砌臺車的圖紙和技術文件設計計算的基礎上，根據施工單位提供的隧道斷面圖和施工要求及隧道襯砌臺車的發展動向，進行優選比較，得到用戶的認可后，組織設計和產品試制。為確保加工質量，重要結構嚴控工裝模具。經過應用表明，產品性能良好、結構合理、襯砌質量好。目前，襯砌臺車的研制已經較為成熟。

襯砌臺車主要由模板系統、門架系統、支撐系統、行走系統、液壓系統、電控系統組成（如圖1所示）。其中，行走系統、液壓系統、電控系統在所有臺車中都是大同小異，在此處優化設計中暫時不涉及。

3 襯砌臺車結構的優化設計

3.1 模板系統的優化設計

優化之前，模板系統主要由頂摸、側模兩部分組成，其中頂摸分2個部分，在澆筑混凝土時的載荷是通過支撐絲桿及門架小立柱傳遞到門架上面，門架為臺車的主要受力件。為了減少臺車門架受力，減少支撐絲桿、支撐小立柱的數量，增大臺車內部施工空間，將頂模優化設計為3個部分，同時增大頂模和側模主筋板高度，使得臺車在澆筑混凝土時所承受的部分載荷通過模板傳遞到已澆筑好的邊墻混凝土上。12 m臺車模板設計縱向均分為7塊同等寬度的模板，使得臺車的加工制造和安裝拆卸更加方便簡單，臺車的天窗布局更加合理，注漿口的設計更加規范。

3.2 門架系統的優化設計

對于12 m的臺車，門架布局大部分采用七榀門架布置，其中門架系統主要由立柱、門架橫梁、門架下橫梁、門架下橫梁小立柱、“八”字撐、門架連接件等構件組成。門架組成部件種類雜、數量多。不僅在加工制作上費料費工，而且在拆裝過程中增加勞動強度，降低拆裝效率。更重要的是，由于構件眾多，造成了臺車內部空間狹小，對施工造成了諸多不便，同時也為施工帶來一定的安全隱患。

針對上述問題，經過受力分析及計算，在保證臺車強度的前提下，將原來的七榀門架改為四榀門架，同時門架結構形式發生一定的變化，它主要由立柱、門架橫梁、門架下橫梁、門架下橫梁小立柱、門架連接件組成，相對之前的門架，減少了門架連接件、門架下橫梁小立柱的數量，去掉了“八”字撐。通過優化設計之后，整個門架系統構件數量、種類都變少了，施工空間增大了。不僅減少了工人的安裝工程量，同時由于施工空間的增大，使得各個施工工序得以正常有序的施展，也為臺車的文明施工提供了有力的保障。

3.3 支撐系統的優化設計

臺車的主要支撐系統主要由底部絲桿、側向絲桿、頂部支撐小立柱等構件組成。

相對于七榀門架，臺車門架側向絲桿設計有環向單邊四排，縱向八根絲桿。頂部支撐小立柱設計有五排七根小立柱。絲桿數量之多為臺車的立模、收模增加了很多工作量。小立柱數量之多，使得臺車頂部空間非常狹小，不利于施工的開展，同時也帶來了一定的安全隱患。針對上述問題，在保證襯砌施工安全可靠的情況下，適當減少側向絲桿數量及頂部支撐小立柱的數量，通過設計側向單邊四排、縱向八根絲桿改為單邊三排、縱向四根絲桿。五排七根小立柱改為兩排八根小立柱。減少了側模的支撐點，在保證臺車的支撐效果下，適當地增大了側模方鋼材料。

3.4 其他結構的優化

為了減少材料采購的種類，避免材料的浪費，設計中將臺車的一些小構件使用同一種材料做成標準件。優化門架結構的用料，盡可能地往臺車輕型化方向發展。優化設計襯砌臺車的澆筑系統。將傳統澆筑采用一孔灌到底的模式優化設計為自動分層逐窗澆筑系統。圖2是優化設計之后臺車的結構方案圖。

4 優化設計之后的臺車技術特點

優化設計后，臺車操作平臺結構尺寸、空間布局等方面更加科學、合理、人性化，為灌注操作人員創造安全、舒適、方便的工作環境。優化后的臺車主要體現出以下幾個特點：？譹？訛模板分擔部分載荷力，減少門架結構件，頂部、兩側和底部空間變大，改善了作業環境，提高了通風截面積，便于工程車輛行駛。？譺？訛支撐桿件比傳統臺車減少一半，勞動強度低，減少收、立模時間。？譻？訛結構較簡單，零部件種類和數量大大減少，便于現場安裝、拆卸和管理。？譼？訛梯子平臺人性化設計，方便現場施工和通行，促進安全和文明施工。？譽？訛頂部空間大，可與混凝土分層布料機配套使用，實現混凝土自動化分層逐窗入模澆筑。？譾？訛每模二襯3 m設置一個壓頂孔，防止拱頂澆筑不到位而形成空洞。？譿？訛每模二襯設置帶模注漿裝置，防止局部澆筑不到位而形成空洞。？讀？訛自動澆筑系統，不用人工拆管、換管、清洗、接管和固定等，僅需一名操作人員輕松操作控制元件即可實現泵送接口不同位置的變換，實現機械化施工。？讁？訛管路分層布置實現分層澆筑，克服一孔灌到底澆筑導致混凝土離析、產生“人”字坡冷縫的弊端。？輥？輮？訛管路均為封閉式，不會造成材料浪費和現場的污染;實現有壓輸送，便于清洗。圖3為優化設計之后的臺車現場施工圖。

5 結語

從現場施工反映的情況來看，優化設計后的立臺車結構穩、空間大、構件少，工作平臺能更好、更合理地布局，有利于臺車混凝土分層布料機的安裝及現場安全文明施工的開展。相對之前的臺車，優化設計后的臺車提高了施工效率，降低了勞動強度、節約了施工成本，為以后臺車結構向少量化、重量輕型化、操作智能化的方向發展起到了推進作用。

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