隧道變截面襯砌臺車優(yōu)化設(shè)計方案研究

趙 宇

（中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇無錫 214028）

0 引言

在確定特長鐵路隧道方案時，客貨混運線路較多的采用雙線分修型單線鐵路隧道方案，但是在過渡到合修的標準雙線斷面時，就會出現(xiàn)必然的合分修大跨段，且均表現(xiàn)為高度大、跨度大的扁平斷面形式。合分修大跨段的襯砌結(jié)構(gòu)突出表現(xiàn)為界面變化頻繁、澆筑砼體積極大、施工作業(yè)臺架頻煩加改，施工難度增大。如何能利用原正常雙線段襯砌臺車進行改造，將成為隧道工程技術(shù)人員面臨的問題。

1 工程背景

由中鐵十九局集團負責承建的柿子園隧道位于安縣～高川區(qū)間，高川車站伸入隧道出口端；進口D2K76 km+696 m～D3K87 km+350 m段10654 m為單洞合修隧道，其余段為雙洞分修隧道，隧道D3K87 km+（140～350）m為合分修過渡CD段，合修過渡到分修由4個依次擴大的斷面構(gòu)成，均為超大斷面；D3K87 km+350 m為合分修節(jié)點，隧道洞身開挖面積344.9㎡、跨度達23 m。

2 隧道CD段襯砌臺車變截面優(yōu)化設(shè)計方案

2.1 襯砌臺車變截面改裝總體設(shè)計方案優(yōu)化

（1）利用原有標準雙線段二襯臺車門架，將門架兩側(cè)增加副梁門架及行走系統(tǒng)，主橫梁采取加高增設(shè)二橫梁的方式，將門架整體加高、加寬；同時利用原有臺車邊墻模板，將拱部面板采取增加楔塊實現(xiàn)面板弧度和長度的調(diào)整，使其達到斷面尺寸符合設(shè)計要求[1]。

（2）通過利用原門架結(jié)構(gòu)加寬門架、增加副梁門架設(shè)置方案。（此處僅對C段進行說明）：C段（b2=710 cm）托架立柱加高新制共45件、加強橫梁（二橫梁）新制共18件、托架橫梁接長段新制共18件、平移連接梁接長段共4件、門架橫梁增加限位擋板共4件，合計4650 kg。

（3）利用原模板增加楔塊實現(xiàn)斷面弧長尺寸調(diào)整設(shè)置方案：（此處僅對C段進行說明）：C段（b2=710 cm）拱部模板左右兩側(cè)加寬塊新制共16件，雙線段襯砌臺車改制，頂模左右各增加228 mm加寬楔塊，利用D段（b2=810 cm）的邊摸取掉墊板；面板拱部改制后與設(shè)計圖紙最大誤差27 mm、邊摸最大誤差30 mm，滿足施工要求。

2.2 襯砌臺車變截面改裝方案力學(xué)模型計算分析

2.2.1 設(shè)計計算指標采用值

（1）鋼材物理性能指標。彈性模量E=2.06×105 N/mm2；質(zhì)量密度 ρ=7850 kg/m3；

（2）鋼材強度設(shè)計值。抗拉、抗壓、抗彎f=215 N/mm2；抗剪fv=125 N/mm2；

（3）容許撓度。鋼模板板面〔δ〕≤1 mm，L1/400；模板主肋〔δ〕≤1.5 mm，L2/500；背楞〔δ〕≤1.5 mm，L3/1000。

2.2.2 荷載計算

（1）水平荷載統(tǒng)計。新澆混凝土對模板的水平側(cè)壓力標準值[2]。按照模板荷載及荷載效應(yīng)組合 B.0.2規(guī)定，F(xiàn)=Min（F1，F(xiàn)2），F(xiàn)1=0.22rct0β1β2V1/2，F(xiàn)2=rcH。

工藝參數(shù)計算：取25 kN/m3；初凝時間為6 h；V澆筑速度為 2 m/h；H混凝土側(cè)壓力計算位置處至新澆混凝土頂面的總高度，取 10 m；β1取 1.2；β2取 1.15。F1=65 kN/m2，F(xiàn)2=25×10=250 kN/m2，則砼側(cè)壓力標準值 F=Min（F1，F(xiàn)2）=65 kN/m2。砼側(cè)壓力荷載分項系數(shù)為 1.2；在有效壓頭高度之外，模板強度驗算時采用荷載設(shè)計值為1.2F=78 kN/m2，在有效壓頭高度之外，模板剛度驗算時采用荷載標準值為1.0F。

（2）面板計算。計算所用軟件為《ANSYS》11.0版本。F=65 000/1 000 000×1.2=0.078 N/mm2；取1 mm 為計算單元。模板結(jié)構(gòu)形式：面板為10 mm 鋼板，橫肋為∠75×6等邊角鋼，間距250 mm。

強度校核，強度線荷載q=0.065×1.2=0.078 N/mm，面板計算模型圖（略）。剛度校核，面板最大變形為0.066 589 mm；面板剛度滿足要求。

（3）臺車門架受力計算。立柱、上橫梁、下橫梁用料：H500 mm×300 mm×14 mm×10 mm；中間斜撐、小橫梁、小立柱、桁架腹桿：工25a和工18組合；剪刀撐：∠75×6。結(jié)果顯示：最大應(yīng)力83.522 MPa，滿足使用要求。

以上計算結(jié)果可以得出結(jié)論：主門架系統(tǒng)設(shè)計強度和剛度滿足施工要求并且用料合理。

3 隧道襯砌臺車大斷面逐窗布料系統(tǒng)方案設(shè)計

3.1 現(xiàn)有成熟技術(shù)方案及布置結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)有成熟技術(shù)方案，公司在柿子園隧道CD大斷面隧道襯砌臺車設(shè)計之初，也借鑒采用了“1主料口+分流溜槽+分流串桶”的設(shè)計方案，但是經(jīng)過進一步技術(shù)分析和調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，方案中的“分流串桶”結(jié)構(gòu)不適用于大高度隧道大落差方案，且1個主料口集中布置針對大斷面襯砌臺車而言，拱部平臺空間和高度均不適合，局限性較大。

3.2 布料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計調(diào)整

襯砌逐窗澆筑布料系統(tǒng)及工藝：襯砌澆筑工藝決定了混凝土實體質(zhì)量，傳統(tǒng)的“一口灌注”工藝破壞了混凝土工作性能進而無法保證質(zhì)量要求。結(jié)合標準雙線斷面襯砌溜槽布置結(jié)構(gòu)，依據(jù)改裝后的襯砌變截面臺車結(jié)構(gòu)尺寸，優(yōu)化設(shè)計了襯砌逐窗澆筑布料系統(tǒng)及工藝方法。通過料斗、主溜槽、分流串筒、分流槽和入窗溜槽結(jié)合的方式，使混凝土流向各工作窗口，實現(xiàn)二襯拱墻混凝土的逐窗進料，保證了混凝土工作性能，實現(xiàn)質(zhì)量控制源頭化[3]。

4 結(jié)束語

柿子園隧道CD段變截面、大斷面襯砌臺車的方案優(yōu)選和臺車改裝設(shè)計，結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、安全可靠、拆裝方便、效益顯著。施工現(xiàn)場臺車使用和應(yīng)用效果，得到業(yè)主、設(shè)計單位和兄弟單位的充分肯定。