無軌液壓襯砌臺車在隧道施工的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：襯砌臺車是隧道施工中較常見的施工設(shè)備，利用無軌液壓襯砌臺車液壓控制功能及整體鋼板可伸縮功能配合隧道施工，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械的徑向收縮和豎直起降，完成隧道橫洞的一體式分層襯砌振搗及整體單次成型澆筑，能有效提高隧道襯砌質(zhì)量效果和施工效率，減少材料、人工等施工成本投入，避免襯砌過程中產(chǎn)生跑模、漏漿、蜂窩、麻面及錯臺等問題，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。以一類新型的無軌液壓襯砌臺車為例，介紹無軌液壓襯砌臺車研發(fā)背景，針對其設(shè)計(jì)原理進(jìn)行分析，研究無軌液壓襯砌臺車在隧道工程的實(shí)際施工應(yīng)用，以期為相關(guān)的襯砌臺車設(shè)計(jì)及施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：無軌液壓;襯砌臺車;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);成型澆筑

0" "引言

利用無軌液壓襯砌臺車實(shí)施隧道施工，可降低襯砌施工與相關(guān)施工工序之間的相互影響，節(jié)約施工材料，降低襯砌施工中人工作業(yè)強(qiáng)度。經(jīng)過改良設(shè)計(jì)的無軌液壓襯砌臺車能夠?qū)崿F(xiàn)整體受力均衡，支撐系統(tǒng)框架穩(wěn)固，整體結(jié)構(gòu)負(fù)荷滿足隧道施工需要，可有效協(xié)助隧洞施工達(dá)到所要求的外觀質(zhì)量、混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度等標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)隧洞襯砌施工的質(zhì)量的整體提升[1-3]。

本文以一類新型的無軌液壓襯砌臺車為例，介紹無軌液壓襯砌臺車研發(fā)背景，針對其設(shè)計(jì)原理進(jìn)行分析，研究無軌液壓襯砌臺車在隧道工程的實(shí)際施工應(yīng)用，以期為相關(guān)的襯砌臺車設(shè)計(jì)及施工提供借鑒。

1" "無軌液壓襯砌臺車設(shè)計(jì)背景

經(jīng)多方實(shí)際施工調(diào)研，當(dāng)前多數(shù)隧道施工依舊沿用常規(guī)的拼裝木模配合工字鋼臺架的襯砌臺車結(jié)構(gòu)工藝。其建設(shè)周期長，建設(shè)工藝復(fù)雜，難以控制混凝土澆筑成型的整體效果。且利用襯砌臺車施工過程中易出現(xiàn)跑模漏漿、施工冷縫、蜂窩麻面及錯臺等質(zhì)量問題，難以有效保證隧道襯砌質(zhì)量效果和施工效率[4]。同時(shí)由于隧道內(nèi)本身作業(yè)空間有限，增加了襯砌作業(yè)產(chǎn)生觸電、機(jī)械損傷、砸傷等施工安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能。而通過將常規(guī)臺車結(jié)構(gòu)進(jìn)行無軌液壓工藝結(jié)構(gòu)改進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)襯砌臺車的鋼板伸縮及液壓控制功能，完成機(jī)械的徑向收縮和豎直起降功能，提高隧道施工的安全、質(zhì)量和施工效率，踐行品牌、樣板工程的施工理念。

2" "無軌液壓襯砌臺車在隧道工程的設(shè)計(jì)

2.1" "無軌液壓襯砌臺車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無軌液壓襯砌臺車整體結(jié)構(gòu)包含了主臺車框架、鋼制模板、行走系統(tǒng)、側(cè)方伸縮系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及配套的電器系統(tǒng)等[5]。根據(jù)某隧道的實(shí)際施工環(huán)境，為了實(shí)現(xiàn)無軌液壓襯砌臺車的各裝置集中控制及無軌液壓行走功能，整體結(jié)構(gòu)選擇單橫梁、三角形豎直柱及下頂升模式的組合結(jié)構(gòu)，臺車設(shè)計(jì)總長約為9.5m。

側(cè)模與頂模之間采用鉸連接方式連接，臺車受力頂板與門架豎直立柱底通過焊接連接，以承擔(dān)升降千斤油缸裝置的受力載荷。根據(jù)設(shè)計(jì)曲率半徑等參數(shù)進(jìn)行襯砌臺車輪廓組裝加工成型，并預(yù)留3cm加工距離，與臺車整體支撐框架形成焊接固定。模板與曲狀橫梁通過焊接相連，組裝模板框架，并對曲狀橫梁進(jìn)行支撐加固處理。臺車模板框架整體可實(shí)現(xiàn)液壓位移和升降控制功能，施工過程中臺車自身質(zhì)量及混凝土動載荷會經(jīng)框架傳導(dǎo)至行走系統(tǒng)，并最終傳導(dǎo)至大地。

此種臺車組合結(jié)構(gòu)優(yōu)勢明顯，主要體現(xiàn)為利用單橫梁、三角形豎直柱結(jié)構(gòu)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)臺車整體結(jié)構(gòu)更加合理，減少了立柱力臂的作業(yè)長度。并將常規(guī)受力結(jié)構(gòu)分解，提升操作的便捷性和安全性。同時(shí)，利用雙拼焊接方式將12mm厚的鋼板形成三角形豎直柱結(jié)構(gòu)模式，使得結(jié)構(gòu)框架強(qiáng)度和剛度得到有效提升，并為機(jī)械設(shè)備作業(yè)時(shí)的任意穿行提供操作空間，可最大限度的滿足隧道實(shí)際施工需要。無軌液壓襯砌臺車橫斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2" "臺車液壓行走裝置

臺車液壓行走裝置通過雙拼焊接實(shí)現(xiàn)，與地表連接，實(shí)現(xiàn)無軌液壓模型行進(jìn)。在臺車門架底橫梁前后各安裝一套行走裝置，通過液壓千斤油缸裝置與頂模架體豎直梁互連，利用液壓升降實(shí)現(xiàn)臺車豎直位置移動及脫模操作調(diào)控。同時(shí)，液壓行走裝置水平方向前、后各安裝一套可移動液壓千斤油缸，以便于調(diào)控橫洞中點(diǎn)與模板襯砌中點(diǎn)的一致性。

無軌液壓襯砌臺車主框架豎直梁的下端安裝豎向滑移輪座，利用銷絞將豎直滑移油缸相連，并為豎直滑移輪座和主門架建立錯動結(jié)構(gòu)。如果襯砌臺車有豎向移動需求，操作收縮頂升油缸，直到襯砌臺車豎直滑移輪座滑動至地面（此時(shí)平移滑座處于懸空）。實(shí)施滑移底座上升操作，襯砌臺車即實(shí)現(xiàn)懸空。如需使襯砌臺車向前向移動，需將油缸豎直移動，并拉緊移動主門下方豎直梁。將油缸豎向移至零刻度，升起油缸，平移滑座到地面，使豎直滑移輪處于懸空，豎直滑移伸出油缸，前拉滑輪直至油缸滿程，至此實(shí)現(xiàn)襯砌臺車豎直行進(jìn)整個(gè)一次全循環(huán)。

2.3" "臺車門形主體框架及頂模架體

臺車門形主體框架簡稱臺車門架，主要用于臺車主體的承重功能，其主要組成構(gòu)件為豎直梁、立柱、橫梁、水平支撐框架及側(cè)向連接剪刀架等，不同構(gòu)件通過固定螺栓并輔以焊接相連。通過結(jié)構(gòu)兩側(cè)門架使行走輪架部位實(shí)現(xiàn)支撐，支撐螺桿安至中門架下側(cè)。隧道襯砌操作時(shí)，通過模板使混凝土載荷均衡分擔(dān)至各個(gè)門架，并最終通過支撐絲桿和走輪裝置轉(zhuǎn)移至地面。臺車移動行進(jìn)過程中，應(yīng)使螺桿收縮，將操作平臺安裝于門架上方，同時(shí)布控液壓配置和電氣配置。

設(shè)計(jì)頂模架體由中間一根豎直梁、兩端各一根橫梁及立柱構(gòu)成，其搭建的目的是用于支撐模板自身質(zhì)量及混凝土澆筑過程中上部混凝土質(zhì)量。頂模架體上方承擔(dān)模板質(zhì)量，下方利用支撐千斤油缸裝置傳導(dǎo)至門架。

2.4" "臺車模板結(jié)構(gòu)

襯砌臺車模板分為頂模板和側(cè)模板，利用螺栓使其連接緊固組裝。縱向安裝6片模板，每片模板寬應(yīng)為1.5m，側(cè)模板與頂模板實(shí)現(xiàn)鉸接軸連接。在實(shí)施混凝土襯砌施工操作時(shí)，側(cè)模板通過繞頂模板銷軸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。搭建模板過程中，模板應(yīng)通過頂端液壓缸升至指定位置，并操作側(cè)向液壓千斤油缸，直至側(cè)向模板到達(dá)指定位置，通過調(diào)整頂、側(cè)模板位置支撐絲桿實(shí)現(xiàn)最后模板支模操作。

模板拆裝操作應(yīng)按照安裝的相反順序?qū)嵤瑹o需拆卸模板本身。在無軌液壓襯砌臺車的每個(gè)側(cè)模板上布控窗口，以方便后續(xù)混凝土澆和振搗操作。并在模板頂端配備與輸送泵接口預(yù)埋泵送裝置，以有效提高襯砌質(zhì)量和效率。

2.5" "臺車液壓系統(tǒng)

臺車液壓系統(tǒng)的構(gòu)成部件包括電機(jī)、液壓泵、液壓鎖、轉(zhuǎn)向閥、郵箱和管路等。通過液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)支收臺車模板，通過轉(zhuǎn)向閥手動可調(diào)控兩端模板的側(cè)向升降及伸縮。液壓缸支撐模板到達(dá)指定位置后，調(diào)整支撐絲桿。通過液壓缸和支撐絲桿承載混凝土澆筑時(shí)引起的豎直和側(cè)方動載荷。

3" "無軌液壓襯砌臺車在隧道施工的應(yīng)用

隧道襯砌施工中應(yīng)用無軌液壓襯砌臺車，可提高定位精度，便捷施工，實(shí)現(xiàn)整體質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提升。無軌液壓襯砌臺車主要施工工序?yàn)椋簻?zhǔn)備工作→鋪裝鋼軌→就位調(diào)試襯砌臺車→清潔襯砌臺車并涂漆→止水帶、堵頭板及預(yù)埋件裝配→襯砌混凝土拌和及灌注→混凝土拆模養(yǎng)護(hù)。無軌液壓襯砌臺車施工工序如圖2所示。

3.1" "鋪裝鋼軌

實(shí)施鋪裝鋼軌前，應(yīng)先利用測量放樣標(biāo)出隧道襯砌施工的中線，參照中線方位規(guī)劃鋼軌上方無軌液壓襯砌臺車的行駛軌跡。襯砌臺車操作軌跡空間有限，為此應(yīng)提高襯砌臺車行駛軌跡中線和鋼軌中心線精度，以確保襯砌臺車操作行進(jìn)軌跡的精確性，進(jìn)而保證操作行進(jìn)軌跡與隧道的內(nèi)輪廓線的吻合度。為減少后續(xù)施工工作量，應(yīng)提高鋼軌鋪裝精度，可參照襯砌臺車油缸行程、駕駛操作平臺高度等參數(shù)，測算選擇枕木垛高度。鋪裝時(shí)控制枕木垛間隔保持在0.4m。為提升臺車安全穩(wěn)定性，應(yīng)在操作負(fù)荷較大的區(qū)域設(shè)置雙枕木垛。

3.2" "就位調(diào)試襯砌臺車

就位調(diào)試襯砌臺車是隧道施工的關(guān)鍵工序，就位調(diào)試的精確度會直接影響混凝土表面平整度、襯砌尺寸等參數(shù)的施工效果。調(diào)試前，應(yīng)保證襯砌臺車車輪與枕木垛之間形成牢固支撐。應(yīng)用升降油缸實(shí)施襯砌臺車調(diào)試，保證臺車前、后輪處于相同橫向水平線位置。

前、后輪適宜高度差應(yīng)控制在約4cm以內(nèi)。控制襯砌臺車兩翼前、后位置偏移量在2cm以下。調(diào)試襯砌臺車中線及油缸時(shí)，應(yīng)確保襯砌臺車左右邊墻及墻角與襯砌內(nèi)輪廓線保持重合，保證中線及液壓油缸調(diào)試的精度。完成以上調(diào)試操作后，為確保襯砌臺車就位精度，應(yīng)重點(diǎn)檢測模板起拱線、拱頂、拱墻同墻角鉸接點(diǎn)、墻腳模板底部高程、模板起拱線水平長度等參數(shù)。

3.3" "清潔襯砌臺車并涂漆

為確保襯砌混凝土的表面平整度、光滑度，避免出現(xiàn)蜂窩麻面等質(zhì)量問題，應(yīng)保證襯砌臺車的清潔度，并實(shí)施涂漆處理。在液壓襯砌臺車循環(huán)脫模定位后，應(yīng)馬上實(shí)施清潔處理，并控制拱腰、拱頂、混凝土進(jìn)料口、模板兩側(cè)易殘留混凝土殘?jiān)恢玫那鍧嵍取Ｍ瓿汕謇砗髴?yīng)立即進(jìn)行涂漆操作，保證涂漆無死角。處理后保證臺車外表面的干燥。

3.4" "裝配堵頭板及止水帶

混凝土襯砌施工主要通過泵送的模式完成，為能承載混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生的超大動載荷，裝配堵頭板應(yīng)確保牢固性和剛度。裝配堵頭板前，應(yīng)將水帶安裝在襯砌混凝土施工縫位置。堵頭板材料選取6cm厚的硬質(zhì)木板，并配合使用12mm×65mm×100mm角鋼將堵頭板固定于臺車兩側(cè)模板位置。應(yīng)用螺栓將襯砌臺車兩側(cè)模板與鉆孔角鋼相連，螺栓通過事先在堵頭板挖制好的特定長度小槽穿過。利用穿過堵頭板的定性鋼筋將止水帶夾固定于堵頭木板位置，使其形成L形。揭開模板過程中，同時(shí)捋直外露的定型鋼筋，并取下堵頭板。捋直定型后的鋼筋作為施工縫連接鋼筋使用。堵頭板裝配如圖3所示。

3.5" "襯砌混凝土施工

混凝土灌注施工前，應(yīng)仔細(xì)檢測襯砌臺車模板、鋼筋及相應(yīng)預(yù)埋件的施工質(zhì)量。對臺車進(jìn)行受力計(jì)算，以此保證臺車整體受力均勻、支撐桿結(jié)構(gòu)牢固，各部件支撐強(qiáng)度和剛度滿足施工需要。應(yīng)用分層式連續(xù)對稱澆筑模式，實(shí)施襯砌混凝土灌注。同時(shí)在澆筑時(shí)，應(yīng)控制臺車上浮及混凝土泵送管道堵塞等問題。混凝土襯砌操作完成即可實(shí)施養(yǎng)護(hù)和拆模。最后通過施工自檢及三方檢測的方式，驗(yàn)證混凝土外觀平整度、強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度等，使其合格率達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4" "結(jié)語

在隧道施工中應(yīng)用無軌液壓襯砌臺車，利用臺車液壓控制和整體鋼板可伸縮功能實(shí)現(xiàn)機(jī)械的徑向收縮和豎直起降功能，可實(shí)施隧道橫洞一體式混凝土分層襯砌振搗及整體單次成型澆筑，有效減少襯砌施工與其他施工工序?qū)嵤r(shí)的相互影響，降低襯砌施工中人工作業(yè)強(qiáng)度，節(jié)省施工材料。在隧道施工中應(yīng)用無軌液壓襯砌臺車，有助于最終實(shí)現(xiàn)隧洞施工所要求的外觀質(zhì)量、混凝土強(qiáng)度、保護(hù)層厚度等標(biāo)準(zhǔn)，提升隧道襯砌質(zhì)量效果和施工效率。

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