基于鐵路隧道襯砌臺車自動振搗系統設計

曾秋勇，湯靖，羅云森

（中鐵隧道集團三處有限公司，廣東 深圳 518000）

在鐵路隧道施工中襯砌質量問題十分突出。部分隧道拱頂脫空、施工縫壓潰脫空等現象尤為突出，據統計，占到混凝土質量缺陷的58.5%。根據鐵路總公司工管中心的檢查數據，有90%的隧道施工縫存在裂縫、脫空、不密實和滲漏水現象?；谝陨显颍兄菩滦妥詣诱駬v裝置，對于保證隧道襯砌質量，降低隧道運營后整治成本具有重要意義。

在使用混凝土拌合機拌和好的混凝土澆筑構件時，必須排除其中氣泡，進行搗固，使混凝土密實結合，消除混凝土的蜂窩麻面等現象，以提高其強度，保證混凝土構件的質量。傳統的插入式震搗棒是用鋼絲繩傳動，使用過程彎曲半徑比較大，操作不方便。使用工頻50Hz 交流電，震動頻率低，排除氣泡效果不佳。新型自動振搗系統裝置采用工頻200Hz交流電，并配備襯砌臺車專用振搗棒，并且使用環境較為安全，操作簡單，有效地避免了上述問題。

1 隧道襯砌施工現狀

1.1 混凝土搗固缺陷

在使用混凝土澆筑施工時，由于振搗不足或產生漏漿，氣泡排出困難以及振搗后未及時進行養護，會出現混凝表面麻面及裂紋現象。

1.2 混凝土振搗施工質量的控制措施

蜂窩控制措施：防止混凝土蟶窩現象一般要對混凝士的配合比進行認真的設計，攪拌前按施工配合比認真計量，并要在混凝士澆筑過程中，做到攪拌均勻和振搗到位，與此同時，在施工過程中應當有專人實時對支附模板進行檢查監護，防止漏漿現象的產生。

麻面控制措施：控制澆筑混凝土麻面現象的產生，應保持模板的表面潔凈，對表面無脫模劑的木模板，要進行澆水濕潤，并且在模板拼接過程，防止漏縫的出現，要保證接縫處支模的剛度，防止澆筑后變形漏漿，與此同時，確保混凝土振搗充分，防止氣泡滯留在流體混凝土中。

2 自動振搗系統方案設計

2.1 邊墻自動振搗系統組成（如圖1）

圖1 邊墻自動振搗系統示圖

（1）變頻器。通過改變電機工作電源頻率的方式來控制交流電動機的電力控制設備。電源部分，工作時一拖6 或8，操作簡單，適應施工現場復雜的工作環境。

（2）電纜卷筒。電纜卷筒是為大型移動設備提供動力電源、控制電源或控制信號的電纜卷繞裝置。操作簡單，省力機構，輔助用力。

（3）導向輪組。導向輪組用于對軟體管道或者鋼絲，尼龍繩等軟體線性物體移動過程中的方向引導。導向，固定，變向。

（4）工作窗。綁扎鋼筋，觀察窗。模板臺車自帶。

（5）振動棒。利用激振裝置產生振動，并將振動傳給混凝土，使其密實的設備。主要工作部件。

2.2 自動振搗系統工作原理

工作原理：（1）接通電源，啟動變頻器；（2）手拿振搗棒電源線，將振搗棒遞出窗外；（3）振搗棒深入混凝土面后，啟動振動棒；（4）混凝土振搗完畢后，利用電纜卷筒將振搗棒收放起來；（5）將振動棒通過導向輪組重新投入到其他工作窗。自動振搗系統，它由吊裝單元、振搗執行單元、現場控制單元組成，系統具有輔助動力集成化、組合形式多樣的特點。

2.3 主要元件及其性能介紹

（1）機械式變頻機組。型號ZJB200 機組適用于高頻低噪聲環保型振動器系列及成套設備，具有傳統工頻軟軸振動器無法達到的高密實度、作業半徑大、激振力強、工作機動性好等優點，其綜合技術性能完全達到國際同類水平。

（2）直聯式振動器。ZDNS58II 振動棒產品結構簡單，使用效果良好，產品可以分為，振動部分、延長線纜部分、控制部分，振動棒整體長度可以通過延長線纜部分任意連接。產品從頭到尾的組成分別是振動棒部分，放卡棒錐面，橡膠套電纜，航空工業插頭插座。直聯式振動器技術參數如表1。

2.4 電纜卷筒

電纜卷筒是為大型移動設備提供動力電源、控制電源或控制信號的電纜卷繞裝置。彈簧驅動卷筒的法蘭由鍍鋅金屬板材制成，并且法蘭的外緣經過卷曲處理。卷軸核心由金屬板材制成，外層用聚酯涂層保護，能很好地起到防止腐蝕的作用。

2.5 導向輪組

導向輪用于對軟體管道，尼龍繩等軟體線性物體移動過程中的方向引導。導向輪帶有滑輪結構，在產品中導向輪會起到省力的作用。結構設計更為合理?；ㄦI連接固定，降低導向輪銅套的工作壓力，有效地減少了導向輪軸斷裂故障頻發的現象。

2.6 自動振搗系統創新及優勢

ZDNS58II 振動棒的優點在于便攜式設計，輕松實現單人操作，最大降低人工費用，人性化設計，降低勞動強度，最大程度提高勞動生產率，低噪音設計，方便夜間施工，縮短施工周期，節省施工費用，超長使用壽命，最大程度減少維護費用和工具購置費用，優化的4DS 技術，實現最大限度的節能降耗。

（1）ZDNS58II 采用永磁直流無刷電機，產品體積小，重量輕，效率高，容易做到高能體積比，是新型節能環保電機，而與此相反，傳統振動棒采用的是三相交流異步電機，體積大，笨重，效率比較低，很難做到高能體積比。

（2）ZDNS58II 產品電機能夠形成內置，電機直接安裝于振動棒棒體內部，真正做到機電體化，實現整個振動棒系統輕量化(整機重量小于20kg)，易攜帶，操作方便。而傳統振動棒一般是外置模式存在，整體振動棒系統笨重，不易操作和移動。

（3）在環保方面，ZDNS58II電機帶動偏心振子產生振動，振動部分和棒體無任何接觸，整體振動棒噪音低。

（4）ZDNS58II 在電氣連接方面，電機通過橡膠軟管內電纜直接供電，取消了軟軸，電機和振動部分直接相連，幾可沒有傳動效率的損失。傳統振動棒電機通過細長軟軸和棒體內部敲擊部分相連產生振動，屬于機械傳動，效率非常低下。

表1 直聯式振動器技術參數

（5）ZDNS58II 采用無線巡控辦式控制振動棒的肩停，通過連接軟管可以做到50m 共至更長，產品工作性能不受在何影響，適合于高架棟大坑特殊經構梁等需賢特味長度的場合而傳統機動體長度在12m 以內，延化長度越長，品傳動效率越低；

（6）ZDNS58II 工作安全可靠，專用漏電保護電源插頭，漏電10mA 立即保護，對電機和驅動器有過熱保護、過載保護、傳感器異常保護等功能。

3 結語

本文以雙線鐵路隧道襯砌施工為研究對象，在混凝土澆筑施工的缺陷及傳統混凝土搗固的局限性基礎上，提出一種智能臺車自動振搗系統。該智能振搗系統配備ZJB200 機械式變頻機組及ZDNS58II 直聯式振動器，解決了傳統振動器頻率低、有效工作范圍小的缺點，可滿足一般襯砌厚度600mm 的工作要求。經使用，可達到便攜設計，實現單人操作，最大程度降低人工費用，人性化設計，降低勞動強度，明顯提高勞動生產率，低噪音設計，方便施工，縮短施工周期，節省施工費用，超長使用壽命，大幅度降低維護費用及小型機具購置費用。其產品質量、性能、環保要求均符合國家要求，應用前景較為廣泛。