隧道襯砌臺車加工技術(shù)

　　目前，隧道襯砌施工由過去的手工操作走向綜合機械化，提高隧道襯砌質(zhì)量和工作效率是施工的最大需要。臺車是鐵路、公路隧道混凝土襯砌一次成型設(shè)備，根據(jù)用戶提供的隧道斷面設(shè)計制造，能保證邊開挖、邊襯砌，其門架凈空高度和寬度能保證有軌和無軌運輸車輛通行；整機行走采用電機—機械驅(qū)動；模板采用全液壓操縱，利用液壓缸支（收）模機械鎖定；在臺車架上部和模板之間留有空間供安裝隧道通風(fēng)管道用；對于有瓦斯的隧道襯砌，產(chǎn)品電氣系統(tǒng)按照瓦斯隧道防爆規(guī)范要求進行設(shè)計和安裝，確保使用安全。

　　太原路橋機械廠研制制作的鐵路、公路襯砌臺車在許多隧道工程中得到了推廣運用。

 

１．１ 研制過程

　　贛龍鐵路隧道全長兩千多米，且有溶洞、泥巖、地下水等，地質(zhì)條件差且復(fù)雜，太原路橋機械廠在進行廣泛的市場調(diào)研基礎(chǔ)上成立了“隧道襯砌臺車研制小組”，邀請有關(guān)工程單位的專家指導(dǎo)。在完成初步鐵路隧道襯砌臺車的圖紙和技術(shù)文件設(shè)計計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)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(fā)展動向、進行優(yōu)選比較、得到用戶的認可后，組織設(shè)計和產(chǎn)品試制。為確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，重要結(jié)構(gòu)嚴控工裝模具。經(jīng)過應(yīng)用，表明產(chǎn)品性能良好、結(jié)構(gòu)合理、襯砌質(zhì)量好。后經(jīng)反復(fù)改進和完善，產(chǎn)品已經(jīng)定型。

１．２ 鋼模襯砌臺車的關(guān)鍵技術(shù)

１．２．１ 臺車結(jié)構(gòu)型式

　　可采用液壓式和機械式。經(jīng)分析比較液壓式對臺車架剛性要求低，結(jié)構(gòu)型式靈活，重量輕，加工要求和施工中鋪設(shè)軌道的標高要求低，使用方便，但對液壓缸自鎖性要求高，襯砌中液壓缸不允許回縮。機械式則相反，由于一個電動機要驅(qū)動數(shù)個絲杠傳動，對各傳動軸同軸度要求高，且臺車架必須有較大的剛度，結(jié)構(gòu)尺寸準確，因結(jié)構(gòu)較重、加工要求高，而且因絲杠是同步動作（不象液壓傳動，各液壓缸可同步，也可單獨動作）因此當(dāng)軌道標高誤差（各點不在同標高）較大時，將直接影響模板位置，從而影響襯砌質(zhì)量。經(jīng)分析比較選用液壓傳動方案，對液壓缸采取液壓鎖和平衡閥等措施，使液壓缸自鎖；同時配套采用絲杠機構(gòu)進行機械鎖定，并加強模板的支承，保證了模板在襯砌時不回縮，不變形。實踐證明襯砌臺車采用液壓式較合理，是發(fā)展方向。

１．２．２ 臺車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　臺車采用液壓傳動，使臺車架結(jié)構(gòu)簡化，重量減輕，同時也提高了結(jié)構(gòu)的靈活性和多樣性，經(jīng)各種臺車架結(jié)構(gòu)方案的分析比較、強度計算、優(yōu)化選擇９ ｍ四門架１２ ｍ主門架結(jié)構(gòu)方案，其結(jié)構(gòu)重量比機械式減輕４０％以上，制作成本降低２５％以上。

１．２．３ 鋼模

　　鋼模是臺車的工作裝置，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，同時，又是加工難度最大的部件，制定了合理的加工、焊接工藝，設(shè)計并加工專用拼裝焊接胎模，以保證整體外形尺寸的準確度，盡量減少焊接變形，保證外表面光滑，無凹凸等缺陷。為控制相鄰模板的錯臺，采用過盈配合的穩(wěn)定銷將相鄰模板的連接板固定為一體，有效控制了由于螺栓孔的間隙造成的相鄰模板的錯臺問題。成功地解決了上述難題后，保證了砼襯砌質(zhì)量。

１．２．4支承位置的確定

　　襯砌混凝土的全部質(zhì)量經(jīng)臺車鋼模傳給支承機構(gòu)，再傳給門架。襯砌混凝土呈固液狀態(tài)，對頂部、側(cè)向產(chǎn)生較大的垂直壓力和側(cè)向壓力，同時產(chǎn)生較大的浮力，當(dāng)上浮力超過垂直壓力和臺車的自重時，臺車將呈上浮狀態(tài)，將不能正常工作。為解決此項技術(shù)難題，經(jīng)仔細計算、優(yōu)化設(shè)計、合理選擇各支承位置。即在門架內(nèi)側(cè)的下縱梁與地面進行支承，避免側(cè)壓力使門架立柱內(nèi)收，且在門架外側(cè)與側(cè)模縱梁處有數(shù)道水平支承（如圖１序號５，兩端門架立柱處為側(cè)部液壓缸，中部為側(cè)向絲杠Ⅰ，序號６、７為側(cè)向支承絲杠Ⅱ、Ⅲ），在門架上橫梁與上縱梁處采用數(shù)道垂直支承（兩端門架橫處布置有頂部液壓缸，中為垂直支承絲杠），在臺車縱向成均布狀。液壓缸采用液壓鎖鎖定，同時采用支承絲杠進行機械鎖定，保證了襯砌施工中液壓缸不回縮，模板不變形。

 

　　整機外形尺寸根據(jù)施工斷面圖設(shè)計制造

　　一次襯砌長度（ｍ）９、１２

　　行駛速度（ｋｍ/ｈ）12

　　液壓系統(tǒng)壓力（ＭＰａ）１６

　　垂直升降量（ｍｍ）３００

　　側(cè)向伸縮量（ｍｍ）３００

　　行走方式自行式（拖式）

 

　　臺車由行走機構(gòu)、臺車架、鋼模板、模板垂直升降和側(cè)向伸縮機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)６部分組成。如圖１所示。

１．側(cè)模板 ２．頂模板 ３．上縱梁 ４．垂直升降機構(gòu)（頂部液壓缸和垂直支承絲杠） ５．側(cè)部液壓缸、側(cè)向支承絲杠Ⅰ ６．側(cè)向支承絲杠Ⅱ ７．側(cè)向支承絲杠Ⅲ ８．門架立柱 ９．門架橫梁 １０．行走機構(gòu) １１．下部支承絲杠

圖１ 鋼模襯砌臺車的結(jié)構(gòu)

３．１ 行走機構(gòu)

　　行走機構(gòu)由主動、被動兩部分組成，共４套裝置，分別安裝于臺車架兩端的門架立柱下端，整機行走由２套主動行走機構(gòu)完成，即行走電動機帶動減速器，通過鏈條傳動，使主動輪驅(qū)動整機行走，被動輪隨動。行走傳動機構(gòu)帶有液壓推桿制動器，以保證整機在坡道上仍能安全駐車。

３．２ 臺車架

　　臺車架由端門架、中間門架、上下縱梁、斜拉桿、支承桿等組成，各部分通過螺栓聯(lián)為一體，兩端門架支承于行走輪架上，中門架下端裝有支承螺桿，襯砌施工時，混凝土載荷通過模板傳遞到４個門架上，并分別通過行走輪和支承絲杠傳至軌道——地面。在行走狀態(tài)下，螺桿應(yīng)縮回，門架上部前段裝有操作平臺，放置液壓及電氣裝置。

３．３ 模板

　　模板是直接襯砌混凝土的工作部件，是由螺栓聯(lián)為一體的數(shù)塊頂模和側(cè)模組成，頂模與側(cè)模采用鉸接，側(cè)模可相對頂模繞銷軸轉(zhuǎn)動，支模時，頂部液壓缸將頂模伸到位，再操縱側(cè)向液壓缸，將側(cè)模伸到位，調(diào)整頂部、側(cè)部支承絲杠、完成支模；收模時，按上述相反順序?qū)嵤�。不需拆模板，采用襯砌臺車提高了襯砌質(zhì)量和施工效率，降低了勞動強度，另外在頂模上安裝有數(shù)臺附著式振動器，供混凝土振搗用，每塊模板上有工作窗口，用于灌注混凝土。

３．４ 液壓系統(tǒng)

　　由電動機、液壓泵、手動換向閥、垂直及側(cè)向液壓缸、液壓鎖、油箱及管路組成，其功用是快捷、方便地完成支收模、即頂模升降和支承側(cè)模。手動換向閥分別控制模板垂直升降和兩側(cè)模的側(cè)向伸縮，當(dāng)液壓缸將模板支承到位后，再調(diào)整支承絲杠到位，灌注混凝土對模板產(chǎn)生的垂直和側(cè)向載荷主要由液壓缸和絲杠承載。

 

４．１ 工程應(yīng)用

　　臺車在贛龍隧道、玉元公路隧道、晉濟公路隧道、寶蘭單線鐵路隧道、內(nèi)昆鐵路隧道、西南線鐵路隧道、青藏鐵路隧道等工程得到廣泛應(yīng)用，臺車性能良好，結(jié)構(gòu)合理，襯砌質(zhì)量好。

４．２ 襯砌效果分析

　�。ǎ保┊�(dāng)隧道開挖偏離中心時，可通過臺車的模板調(diào)整機構(gòu)達到調(diào)中、滿足了設(shè)計和施工要求。

　�。ǎ玻┡_車有足夠的剛度和強度，在液壓缸和支承絲杠的聯(lián)合作用下，能抵抗混凝土強大的垂直和側(cè)向壓力，臺車不發(fā)生變形，由于各支點設(shè)計布局合理，有效的利用了臺車自身的重量和混凝土重量的壓力，保證了臺車澆注混土?xí)r克服混凝土的上浮作用。

　　（３）工作窗口布局合理，兩側(cè)澆注混凝土和振搗作業(yè)方便，頂部設(shè)有注料口和附著式振動器，注入混凝土方便，且不需要人工搗固，減輕了施工人員的勞動強度。

　�。ǎ矗┐笃�鋼模結(jié)縫嚴實，混凝土搗固設(shè)施齊備，混凝土密實無蜂窩、斑點、錯臺現(xiàn)象發(fā)生，表面光滑、平整、美觀。

４．３ 創(chuàng)新性和先進性

　　（１）臺車架優(yōu)化設(shè)計，既保證足夠的強度和剛度，又結(jié)構(gòu)簡單，重量減輕，且外形美觀。

　　（２）液壓系統(tǒng)采用了液壓鎖、平衡閥等措施，對液壓缸進行液壓鎖定，同時配套采用了絲杠機械鎖定，這樣的“雙鎖定”保證了模板在襯砌狀態(tài)不變形、不移位，強化了模板的支承剛性，減輕了模板結(jié)構(gòu)重量。

　　鐵路公路隧道鋼模襯砌臺車的研制成功，是對傳統(tǒng)隧道襯砌施工方法的重大突破，一次襯砌長度最長可達１２ ｍ，混凝土注入采用機械化，襯砌效率是傳統(tǒng)施工方法的數(shù)十倍，可節(jié)省大量的人力物力，改善了工人的工作條件。臺車可廣泛適用于長短隧道的襯砌施工，同時襯砌、開挖時車輛通行互不干擾，可同時作業(yè)，其綜合性能達到了國內(nèi)先進水平，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，可廣泛推廣使用。