精確對位全自動襯砌臺車研制探析

陳愛平

(成都工業職業技術學院， 四川 成都 610000)

現有襯砌臺車下一環對位時，上一環混凝土還沒有完全達到強度，在對位時，稍有不慎，就會把上一環混凝土壓壞形成破損角。本論文通過采用測距報警及限位技術，在臺車模板接近混凝土面的過程中持續測距并在距離較近時報警，雷達報警后，調節液壓系統，降低油缸速度，緩緩靠近混凝土面，并在最終接觸時，觸發行程開關，操作臺紅燈亮，定位結束。通過使用精確對位全自動襯砌臺車可以有效避免混凝土形成破損角的問題，從而提高施工單位的襯砌質量。

1 背景技術

二次襯砌是隧道工程施工在初期支護內側施作的模筑混凝土或鋼筋混凝土襯砌，與初期支護共同組成復合式襯砌。在隧道的修建過程中，二次襯砌的質量是至關重要的質量控制點，對于巖層破碎或地應力較大的隧道尤其如此。從隧道的力學分析角度來講，在隧道的開挖、支護以及襯砌中，圍巖靜力有一個十分復雜的逐步釋放-約束-平衡的過程。因此，從某種程度來講，隧道施工過程，就是一個隧道圍巖力學平衡的一個從破壞到重建的過程。在這個過程中，根據圍巖級別的不同，可以有選擇性的使用錨桿、格柵、拱架、噴射混凝土、模筑（鋼筋）混凝土等方式方法對圍巖進行力和位移的約束，其中模筑（鋼筋）混凝土通常就是講的二次襯砌。與初期支護側重于隧道的施工安全相比，二襯質量的好壞，更直接地關系到隧道的堅固性和耐久性。

目前我國隧道二次襯砌施工，除部分盾構或TBM施工的隧洞采用裝配式襯砌以外，其余多數以使用襯砌臺車現澆為主。考慮到襯砌臺車的有效襯砌長度畢竟有限，實際施工過程中就存在著下一環臺車就位與上一環混凝土的搭接問題。傳統的搭接方式是由操作工人站在液壓站操作平臺上操作頂升和平移油缸，通過對臺車模板系的上下左右移動來與上一環已襯砌完成的混凝土實現緊貼，由于隧道內光線差、噪音大，加之液壓站操作平臺和模板邊緣距離較遠，實際對位時難免出現對上一環混凝土過度擠壓的情況。由于上一環混凝土剛剛模筑完成不久，混凝土還沒有達到設計強度，在襯砌臺車的過度擠壓下，很容易形成破損角，進而威脅到隧道的襯砌質量以及后續的行車安全。這就需要解決傳統襯砌臺車普遍遇到的二次襯砌質量形成破損的問題，本次研制就應用而生。

2 精確對位全自動襯砌臺車構造

2.1 研制精確對位全自動襯砌臺車的目的

本研制的目的在于，研制出一種精確對位全自動襯砌臺車，臺車在傳統的液壓系統收支模的基礎上，通過雷達測距和限位技術，實現襯砌臺車環與環搭接時的精準對位，避免現有施工設備和施工手段造成的潛在的隧道二襯質量缺陷。

2.2 精確對位全自動襯砌臺車的構成

精確對位全自動襯砌臺車，包括頂模、兩個側模，其特征在于，其還包括測距系統、限位系統、操作面板以及模板移動控制系統。

1.精確對位全自動襯砌臺車測距系統

精確對位全自動襯砌臺車測距系統包括可視測距攝像頭和雷達探頭以及報警裝置，其中可視測距攝像頭布置在頂模頂點，雷達探頭分布在兩個側模上；所述操作面板包括顯示屏，其中可視測距攝像頭和雷達探頭均與顯示屏相連，其可以將其圖像或者數據顯示在顯示屏上。

2.精確對位全自動襯砌臺車限位系統

精確對位全自動襯砌臺車限位系統包括分布在頂模上的頂模限位開關和分布在側模上的2個側模限位開關。操作面板包括頂模限位指示燈和2個側模限位指示燈；其中頂模限位開關與頂模限位指示燈相連，2個側模限位開關與2個頂模限位指示燈分別相連。

3.精確對位全自動襯砌臺車模板移動控制系統

精確對位全自動襯砌臺車模板移動控制系統包括液壓站、3組液壓缸和3組液壓閥，其中液壓站和3組液壓缸相連，3組液壓缸分別與頂模和兩個側模相連，3組液壓閥設置在 3組液壓缸上并通過線路連接到所述操作面板上。

本次研制的精確對位全自動襯砌臺車液壓站設置有流量控制裝置。

2.3 精確對位全自動襯砌臺車的特點

精確對位全自動襯砌臺車具有成本較低、結構可靠、操作方便、襯砌速度快、設計簡單，自動化程度高，操控直觀方便的特點。

3 精確對位全自動襯砌臺車具體實施方式

下面結合實施圖例具體說明精確對位全自動襯砌臺車的結構。

如圖1、2、3和圖4所示，本次研制的精確對位全自動襯砌臺車，包括頂模18、兩個側模19，其還包括測距系統、限位系統、操作面板10以及模板移動控制系統。

測距系統包括可視測距攝像頭2和雷達探頭1，其中可視測距攝像頭2布置在頂模18頂點，雷達探頭1分布在兩個側模19上；所述操作面板10包括顯示屏16，其中可視測距攝像頭2和雷達探頭1均與顯示屏16相連，其可以將其圖像或者數據顯示在顯示屏16上。另外測距系統還可以設置一報警裝置，在可視測距攝像頭2和雷達探頭1測得的距離在一定的范圍內的時候就開始報警。

精確對位全自動襯砌臺車所述限位系統包括分布在頂模18上的頂模限位開關4和分布在側模19上的2個側模限位開關5；而所述操作面板10包括頂模限位指示燈14和2個側模限位指示燈15；其中頂模限位開關4與頂模限位指示燈14相連，2個側模限位開關5與2個頂模限位指示燈15分別相連。

精確對位全自動襯砌臺車所述模板移動控制系統包括液壓站3、3組液壓缸和3組液壓閥，其中液壓站3和3組液壓缸相連，3組液壓缸分別與頂模18和兩個側模18相連，3組液壓閥11設置在 3組液壓缸上并通過線路連接到所述操作面板10上。通常可以在液壓站3設置有流量控制裝置，其可以通過控制提供給液壓缸流量來控制液壓缸的運行速度。

隧道二襯是一個連續的施工過程，在上一環已完成襯砌混凝土7襯砌完成后，臺車行走至下一環擬襯砌混凝土區間 6施工工位，臺車就位后，操作平移液壓閥11，調整模板系的水平角度，使得臺車中線和隧道中線對齊。

然后，這時可以啟動測距系統，即操作面板上的顯示屏15點亮，雷達探頭1和可視測距攝像頭2開始工作，控制點距離信號和視屏信號傳輸至顯示屏15上，這時可以操作液壓閥11調整臺車高度，使臺車頂模18向上一環已完成襯砌混凝土7靠近，兩者間的相對距離在顯示屏15上連續更新顯示，并有視頻信號做直觀補充，在距離低于一定安全距離時，測距系統開始報警，這時可以通過流量控制裝置調節液壓站 3的流量，從而降低與頂模連接的液壓缸的運行速度，使其帶動臺車頂模18向上一環已完成襯砌混凝土7緩慢靠近。

在臺車頂模18與上一環已完成襯砌混凝土7剛好緊密貼合時，頂模限位開關4觸發，頂模限位指示燈14點亮，頂模定位結束。

同樣分別操作與側模相連液壓缸的液壓閥11，帶動與側模相連液壓缸向上一環已完成襯砌混凝土7靠近，注意控制油缸運行速度，在最終側模19與上一環已完成襯砌混凝土7剛好緊密貼合時，限位開關5觸發，側模限位指示燈15點亮，側模定位結束。

標記：1-雷達探頭；2-可視測距攝像頭；3-液壓站；4-頂模限位開關；5-側模限位開關；6-下一環擬襯砌混凝土區間；7-上一環已完成襯砌混凝土； 10-操作面板；11-液壓閥； 14-頂模限位指示燈；15-側模限位指示燈；16-顯示屏；18-頂模；19-側模。