全自動(dòng)布料振搗鋼模臺(tái)車(chē)在隧道二襯施工中的應(yīng)用

陳國(guó)鋒

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州 450000）

1 工程概況

欒川至盧氏高速公路工程是《河南省高速公路網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整方案》中13條聯(lián)絡(luò)線的重要一條，編號(hào)S76。項(xiàng)目起點(diǎn)位于洛陽(yáng)市欒川縣廟子鎮(zhèn)英雄村附近，從S96洛欒高速公路欒川收費(fèi)站北約3.2 km處接出，向西經(jīng)欒川縣廟子鎮(zhèn)、欒川鄉(xiāng)、赤土店鎮(zhèn)、石廟鎮(zhèn)、陶灣鎮(zhèn)、叫河鎮(zhèn)、盧氏縣湯河鄉(xiāng)、橫澗鄉(xiāng)，與G59三門(mén)峽到淅川高速公路交叉，到達(dá)項(xiàng)目終點(diǎn)，線路全長(zhǎng)約75.31 km。

欒盧高速LLTJ-1標(biāo)呂順?biāo)淼廊L(zhǎng)4 121 m，隧道共設(shè)置車(chē)行橫通道5處、人行橫通道12處。

主洞建筑限界：雙車(chē)道凈寬10.25 m（行車(chē)道2×3.75 m，左側(cè)側(cè)向?qū)?.5 m，右側(cè)側(cè)向?qū)?.75 m，左側(cè)檢修道0.75 m，右側(cè)檢修道0.75 m），行車(chē)道凈高5 m。二襯混凝土厚度根據(jù)圍巖等級(jí)分別設(shè)置為35、45、50 cm。

二次襯砌作為隧道施工過(guò)程中重要環(huán)節(jié)，其施工具有空間小、距離長(zhǎng)、工期短、投入大且結(jié)構(gòu)厚度變更頻繁等特點(diǎn)。襯砌質(zhì)量的好壞影響著工程的使用壽命，襯砌進(jìn)度直接影響工程的整體進(jìn)展，屬工于程關(guān)鍵線路。目前，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)隧道襯砌施工過(guò)程大多采用全自動(dòng)布料振搗鋼模臺(tái)車(chē)。

2 全自動(dòng)布料振搗鋼模臺(tái)車(chē)的組成

根據(jù)本工程隧道襯砌斷面尺寸、施工縫劃分要求、隧道通行條件要求和簡(jiǎn)化操作程序等方面設(shè)計(jì)，全自動(dòng)布料振搗鋼模臺(tái)車(chē)由模板體系、支撐體系、行走體系、自動(dòng)布料振搗體系構(gòu)成。

2.1 模板體系

鋼模是臺(tái)車(chē)的工作裝置，其外表質(zhì)量和外形尺寸精度直接決定混凝土襯砌質(zhì)量，也是加工難度最大的部件，通過(guò)制定合理的加工、焊接工藝，設(shè)計(jì)并加工專(zhuān)用拼裝焊接胎模，以保證整體外形尺寸的準(zhǔn)確度，盡量減少焊接變形，保證外表光滑、無(wú)凹凸等缺陷。

為控制相鄰模板的錯(cuò)臺(tái)，采用過(guò)盈配合的穩(wěn)定銷(xiāo)將相鄰模板的連接板固定為一體，有效控制由于螺栓孔的間隙造成的相鄰模板的錯(cuò)臺(tái)問(wèn)題。為保證襯砌精度和外觀質(zhì)量，采用優(yōu)質(zhì)鋼板作為模板體系，面板厚度12 mm，單塊寬度1.5 m。

2.2 支撐體系

襯砌混凝土的全部質(zhì)量經(jīng)臺(tái)車(chē)鋼模傳給支承機(jī)構(gòu)，再傳給門(mén)架。襯砌混凝土呈固液狀態(tài)，對(duì)頂部、側(cè)向產(chǎn)生較大的垂直壓力和側(cè)向壓力，產(chǎn)生較大的浮力，上浮力超過(guò)垂直壓力和臺(tái)車(chē)的自重時(shí)，臺(tái)車(chē)將呈上浮狀態(tài)，不能正常工作。因此需要仔細(xì)計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)、合理選擇各支承位置[1]。

為了滿足臺(tái)車(chē)通行條件要求，保證臺(tái)車(chē)強(qiáng)度和剛度，在門(mén)架內(nèi)側(cè)的下縱梁與地面進(jìn)行支撐，避免側(cè)壓力使門(mén)架立柱內(nèi)收，且在門(mén)架外側(cè)與側(cè)模縱梁處設(shè)置數(shù)道水平支撐，在門(mén)架上橫梁與上縱梁處采用數(shù)道垂直支承（兩端門(mén)架橫處布置有頂部液壓缸，中為垂直支承絲杠），臺(tái)車(chē)縱向成均布狀。液壓缸采用液壓鎖進(jìn)行鎖定，采用支承絲杠進(jìn)行機(jī)械鎖定，保證襯砌施工中液壓缸不回縮、模板不變形。

2.3 行走體系

行走機(jī)構(gòu)由主動(dòng)、被動(dòng)兩部分組成，共4套裝置，分別安裝于臺(tái)車(chē)架兩端的門(mén)架立柱下端，整機(jī)行走由2套主動(dòng)行走機(jī)構(gòu)完成，即行走電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器，通過(guò)鏈條傳動(dòng)，使主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)整機(jī)行走，被動(dòng)輪隨動(dòng)。行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶有液壓推桿制動(dòng)器，以保證整機(jī)在坡道上仍能安全駐車(chē)[2]。

2.4 自動(dòng)布料振搗系統(tǒng)

自動(dòng)布料振搗系統(tǒng)由布置在臺(tái)車(chē)上的平板振搗器和布置在臺(tái)車(chē)上的位置傳感器和PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。通過(guò)傳感器感應(yīng)混凝土的高度情況，由控制系統(tǒng)控制相關(guān)振搗器開(kāi)啟震動(dòng)，并可設(shè)置單個(gè)的震動(dòng)時(shí)間。

3 全自動(dòng)鋼模臺(tái)車(chē)工作原理

根據(jù)施工需求在鋼模臺(tái)車(chē)上適配自動(dòng)布料系統(tǒng)、PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)以及位置傳感器，在自動(dòng)化控制的運(yùn)行機(jī)制下，靈活調(diào)控混凝土入料倉(cāng)，自動(dòng)振搗系統(tǒng)可與自動(dòng)澆筑系統(tǒng)配合使用，并通過(guò)位置傳感器的反饋信號(hào)傳輸至控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)設(shè)定的程序控制澆筑的時(shí)間及振搗的強(qiáng)度，有效防止二襯中由于兩側(cè)混凝土高差過(guò)大引起的跑模、人字坡冷縫以及由于振搗不足引起的蜂窩麻面、混凝土不密實(shí)等不利的情況。

應(yīng)用無(wú)軌步進(jìn)式臺(tái)車(chē)，可以保證架體與門(mén)架拴接，且整體受力條件良好，穩(wěn)定性得到保證。液壓油缸為主要的動(dòng)力源，可推動(dòng)臺(tái)車(chē)沿特定的軌跡行走，全程無(wú)須人工鋪軌，在提高施工效率的同時(shí)，降低了員工的工作強(qiáng)度[3]。

此外，配套遙控系統(tǒng)后還可突破空間的束縛，單人即可操作，施工更便捷。液壓系統(tǒng)配備自鎖功能，可以維持整機(jī)的穩(wěn)定性，即便在大坡度隧道中也不會(huì)溜坡。

4 全自動(dòng)布料振搗

4.1 自動(dòng)布料及振搗系統(tǒng)

自動(dòng)布料及振搗系統(tǒng)可以解決現(xiàn)有技術(shù)中澆筑技術(shù)不能滿足鋼纖維、骨料分布均勻性要求，澆筑過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，振搗、整平、覆膜養(yǎng)護(hù)不能快速實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致隧道易受環(huán)境變化影響的問(wèn)題。

4.2 隧道自動(dòng)布料及振搗系統(tǒng)

隧道自動(dòng)布料及振搗系統(tǒng)包括軌道、布料機(jī)、陣列式振搗機(jī)、平板振搗整平機(jī)、滾平覆膜機(jī)和控制系統(tǒng)。

（1）控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)分別控制布料機(jī)、陣列式振搗機(jī)、平板振搗整平機(jī)和滾平覆膜機(jī)。控制系統(tǒng)包括控制中心和數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器儲(chǔ)存有實(shí)現(xiàn)設(shè)置的不同類(lèi)型隧道的振搗位布置圖和對(duì)應(yīng)的振搗技術(shù)參數(shù)，控制中心用于設(shè)置輸入振搗位布置圖和振搗技術(shù)參數(shù)以及根據(jù)振搗位布置圖和振搗技術(shù)參數(shù)編輯對(duì)應(yīng)不同類(lèi)型隧道的布料振搗程序，通過(guò)程序控制隧道的布料振搗過(guò)程[4]。

（2）軌道。

軌道沿模具的長(zhǎng)邊方向設(shè)置，位于模具的兩側(cè)。

（3）布料機(jī)。

布料機(jī)包括沿軌道移動(dòng)的行走車(chē)架和安裝在行走車(chē)架下面的布料斗，其中布料斗沿車(chē)架橫梁運(yùn)動(dòng)，車(chē)架橫梁平行于模具短邊。布料機(jī)在模具上分料帶布料，而布料機(jī)、陣列式振搗機(jī)、平板振搗整平機(jī)和滾平覆膜機(jī)則從前向后順序布置并分別對(duì)應(yīng)料帶的位置[5]。

布料機(jī)在布料機(jī)移動(dòng)方向靠前一側(cè)安裝液壓升降式擋料板，液壓升降式擋料板包括升降裝置和擋板，升降裝置包括上下升降的擋板連桿。擋板固定安裝在擋板連桿下端并在布料時(shí)下降至鋼筋網(wǎng)上表面，擋板為形成料帶的臨時(shí)模板[6]。

布料斗中設(shè)有稱(chēng)重檢測(cè)傳感器和布料速度傳感器，稱(chēng)重檢測(cè)傳感器檢測(cè)布料斗中混凝土的重量，布料速度傳感器通過(guò)檢測(cè)六葉星輪的轉(zhuǎn)速測(cè)定布料速度，料斗驅(qū)動(dòng)電機(jī)和星輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)受控制系統(tǒng)控制。

布料斗設(shè)有受料斗驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的料斗行走齒輪，車(chē)架橫梁同向設(shè)有與料斗行走齒輪嚙合的機(jī)械齒條，布料斗下端的布料口設(shè)有布料調(diào)速區(qū)，布料控制區(qū)設(shè)有六葉星輪、調(diào)速區(qū)殼體和星輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)，調(diào)速區(qū)殼體的上下側(cè)開(kāi)口且側(cè)壁為圓弧形，六葉星輪水平轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于控制區(qū)殼體中且六葉星輪的伸出葉片與圓弧形殼體的滑動(dòng)接觸，伸出葉片將圓弧形殼體分別若干分料腔，星輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝于圓弧形殼體且驅(qū)動(dòng)軸連接到六葉星輪的輪軸[7]。

（4）陣列式振搗機(jī)。

陣列式振搗機(jī)包括沿軌道移動(dòng)的行走大車(chē)和安裝在行走大車(chē)橫梁下的排陣裝置，排陣裝置下面沿自身前進(jìn)方向布置若干排振搗棒，每排振搗棒沿預(yù)制板短邊方向滿布，其中第一排振搗棒為根據(jù)設(shè)計(jì)燕尾榫位置間隔布置的燕尾榫專(zhuān)用振搗棒，其他各排振搗棒為全斷面布置與鋼筋網(wǎng)眼相對(duì)應(yīng)，第一排振搗棒與其他各排振搗棒分別安裝在不同的升降振搗模塊下面。

陣列式振搗機(jī)還設(shè)有補(bǔ)位振搗棒和補(bǔ)振模塊，補(bǔ)位振搗棒的排列方式與振搗棒相同，補(bǔ)振模塊包括設(shè)于陣列式振搗機(jī)上的安裝板一一對(duì)應(yīng)各個(gè)補(bǔ)位振搗棒的升降補(bǔ)振機(jī)構(gòu)，安裝板位于振搗機(jī)布置振搗棒區(qū)域的后方，對(duì)應(yīng)前一個(gè)料帶的位置，補(bǔ)位振搗棒安裝到對(duì)應(yīng)的升降振搗機(jī)構(gòu)下面。

平板振搗整平機(jī)包括行走大車(chē)二、平板振搗器和升降機(jī)構(gòu)，行走大車(chē)二沿軌道移動(dòng)，升降機(jī)構(gòu)安裝在行走大車(chē)二的橫梁下，平板振搗器安裝在升降機(jī)構(gòu)的升降端，平板振搗器的板面沿模具短邊方向設(shè)置，板面位于平板振搗整平機(jī)移動(dòng)方向前側(cè)具有弧形倒角面。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在施工技術(shù)逐步發(fā)展、質(zhì)量要求日益提高的背景下，隧道襯砌的施工模式發(fā)展顯著轉(zhuǎn)變，機(jī)械化施工成為主流模式，合理配置機(jī)械設(shè)備、正確優(yōu)化施工技術(shù)后，可以充分發(fā)揮出襯砌鋼模臺(tái)車(chē)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，保證隧道二次襯砌的施工質(zhì)量，提高施工效率，以較少的資源投入，創(chuàng)造更可觀的綜合效益。