隧道襯砌臺車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與設(shè)計(jì)

蔡茂盛

【摘 要】文章闡述了臺車的基本結(jié)構(gòu)組成，通過對臺車的模板系統(tǒng)、門架系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)的優(yōu)化與設(shè)計(jì)，減少了門架結(jié)構(gòu)、支撐絲桿、支撐小立柱等構(gòu)件的數(shù)量，從而減少臺車收、立模時(shí)間，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大增加了臺車施工空間，有利于臺車自動(dòng)分層逐窗澆筑系統(tǒng)的布局，對臺車的文明施工提供了安全保障，為臺車的持續(xù)優(yōu)化、改進(jìn)起到了推進(jìn)作用。

【關(guān)鍵詞】隧道;襯砌臺車;優(yōu)化設(shè)計(jì);施工空間;文明施工;自動(dòng)分層逐窗澆筑

【中圖分類號】U455 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）10-0030-03

1 背景

當(dāng)前，我國現(xiàn)代化建設(shè)步伐加快，公路、鐵路城市地鐵的基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目是我國基本建設(shè)的重點(diǎn)。在公路、鐵路的建設(shè)中，大長隧道日漸增多，襯砌臺車在隧道二次襯砌施工中已被廣泛應(yīng)用，成為隧道施工不可缺少的一種非標(biāo)型機(jī)械設(shè)備。采用襯砌臺車可起到提高混凝土襯砌質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高施工效率的作用。目前，大部分鐵路、公路隧道都是采用多門架式結(jié)構(gòu)臺車。由于隧道施工不可預(yù)見性因素多，所以大部分廠家設(shè)計(jì)的臺車非常保守，安全系數(shù)過高，造成了臺車構(gòu)件數(shù)量眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、臺車立模與收模勞動(dòng)強(qiáng)度大、臺車內(nèi)部施工空間狹小等一系列問題。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，不僅對隧道工程施工質(zhì)量提出了更高的要求，而且對隧道施工的機(jī)械化水平、文明施工也提出了更高的要求。本文以某項(xiàng)目高鐵隧道12 m臺車為例，對多門架式臺車存在的問題和不足進(jìn)行了優(yōu)化和設(shè)計(jì)。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，為以后臺車重量輕型化、結(jié)構(gòu)簡單化設(shè)計(jì)起到了一定的推進(jìn)作用。

2 襯砌臺車的研制過程及結(jié)構(gòu)組成

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(jì)計(jì)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(dòng)向，進(jìn)行優(yōu)選比較，得到用戶的認(rèn)可后，組織設(shè)計(jì)和產(chǎn)品試制。為確保加工質(zhì)量，重要結(jié)構(gòu)嚴(yán)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。目前，襯砌臺車的研制已經(jīng)較為成熟。

襯砌臺車主要由模板系統(tǒng)、門架系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)組成（如圖1所示）。其中，行走系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)在所有臺車中都是大同小異，在此處優(yōu)化設(shè)計(jì)中暫時(shí)不涉及。

3 襯砌臺車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 模板系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化之前，模板系統(tǒng)主要由頂摸、側(cè)模兩部分組成，其中頂摸分2個(gè)部分，在澆筑混凝土?xí)r的載荷是通過支撐絲桿及門架小立柱傳遞到門架上面，門架為臺車的主要受力件。為了減少臺車門架受力，減少支撐絲桿、支撐小立柱的數(shù)量，增大臺車內(nèi)部施工空間，將頂模優(yōu)化設(shè)計(jì)為3個(gè)部分，同時(shí)增大頂模和側(cè)模主筋板高度，使得臺車在澆筑混凝土?xí)r所承受的部分載荷通過模板傳遞到已澆筑好的邊墻混凝土上。12 m臺車模板設(shè)計(jì)縱向均分為7塊同等寬度的模板，使得臺車的加工制造和安裝拆卸更加方便簡單，臺車的天窗布局更加合理，注漿口的設(shè)計(jì)更加規(guī)范。

3.2 門架系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

對于12 m的臺車，門架布局大部分采用七榀門架布置，其中門架系統(tǒng)主要由立柱、門架橫梁、門架下橫梁、門架下橫梁小立柱、“八”字撐、門架連接件等構(gòu)件組成。門架組成部件種類雜、數(shù)量多。不僅在加工制作上費(fèi)料費(fèi)工，而且在拆裝過程中增加勞動(dòng)強(qiáng)度，降低拆裝效率。更重要的是，由于構(gòu)件眾多，造成了臺車內(nèi)部空間狹小，對施工造成了諸多不便，同時(shí)也為施工帶來一定的安全隱患。

針對上述問題，經(jīng)過受力分析及計(jì)算，在保證臺車強(qiáng)度的前提下，將原來的七榀門架改為四榀門架，同時(shí)門架結(jié)構(gòu)形式發(fā)生一定的變化，它主要由立柱、門架橫梁、門架下橫梁、門架下橫梁小立柱、門架連接件組成，相對之前的門架，減少了門架連接件、門架下橫梁小立柱的數(shù)量，去掉了“八”字撐。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，整個(gè)門架系統(tǒng)構(gòu)件數(shù)量、種類都變少了，施工空間增大了。不僅減少了工人的安裝工程量，同時(shí)由于施工空間的增大，使得各個(gè)施工工序得以正常有序的施展，也為臺車的文明施工提供了有力的保障。

3.3 支撐系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

臺車的主要支撐系統(tǒng)主要由底部絲桿、側(cè)向絲桿、頂部支撐小立柱等構(gòu)件組成。

相對于七榀門架，臺車門架側(cè)向絲桿設(shè)計(jì)有環(huán)向單邊四排，縱向八根絲桿。頂部支撐小立柱設(shè)計(jì)有五排七根小立柱。絲桿數(shù)量之多為臺車的立模、收模增加了很多工作量。小立柱數(shù)量之多，使得臺車頂部空間非常狹小，不利于施工的開展，同時(shí)也帶來了一定的安全隱患。針對上述問題，在保證襯砌施工安全可靠的情況下，適當(dāng)減少側(cè)向絲桿數(shù)量及頂部支撐小立柱的數(shù)量，通過設(shè)計(jì)側(cè)向單邊四排、縱向八根絲桿改為單邊三排、縱向四根絲桿。五排七根小立柱改為兩排八根小立柱。減少了側(cè)模的支撐點(diǎn)，在保證臺車的支撐效果下，適當(dāng)?shù)卦龃罅藗?cè)模方鋼材料。

3.4 其他結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

為了減少材料采購的種類，避免材料的浪費(fèi)，設(shè)計(jì)中將臺車的一些小構(gòu)件使用同一種材料做成標(biāo)準(zhǔn)件。優(yōu)化門架結(jié)構(gòu)的用料，盡可能地往臺車輕型化方向發(fā)展。優(yōu)化設(shè)計(jì)襯砌臺車的澆筑系統(tǒng)。將傳統(tǒng)澆筑采用一孔灌到底的模式優(yōu)化設(shè)計(jì)為自動(dòng)分層逐窗澆筑系統(tǒng)。圖2是優(yōu)化設(shè)計(jì)之后臺車的結(jié)構(gòu)方案圖。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的臺車技術(shù)特點(diǎn)

優(yōu)化設(shè)計(jì)后，臺車操作平臺結(jié)構(gòu)尺寸、空間布局等方面更加科學(xué)、合理、人性化，為灌注操作人員創(chuàng)造安全、舒適、方便的工作環(huán)境。優(yōu)化后的臺車主要體現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)：？譹？訛?zāi)０宸謸?dān)部分載荷力，減少門架結(jié)構(gòu)件，頂部、兩側(cè)和底部空間變大，改善了作業(yè)環(huán)境，提高了通風(fēng)截面積，便于工程車輛行駛。？譺？訛支撐桿件比傳統(tǒng)臺車減少一半，勞動(dòng)強(qiáng)度低，減少收、立模時(shí)間。？譻？訛結(jié)構(gòu)較簡單，零部件種類和數(shù)量大大減少，便于現(xiàn)場安裝、拆卸和管理。？譼？訛梯子平臺人性化設(shè)計(jì)，方便現(xiàn)場施工和通行，促進(jìn)安全和文明施工。？譽(yù)？訛頂部空間大，可與混凝土分層布料機(jī)配套使用，實(shí)現(xiàn)混凝土自動(dòng)化分層逐窗入模澆筑。？譾？訛每模二襯3 m設(shè)置一個(gè)壓頂孔，防止拱頂澆筑不到位而形成空洞。？譿？訛每模二襯設(shè)置帶模注漿裝置，防止局部澆筑不到位而形成空洞。？讀？訛自動(dòng)澆筑系統(tǒng)，不用人工拆管、換管、清洗、接管和固定等，僅需一名操作人員輕松操作控制元件即可實(shí)現(xiàn)泵送接口不同位置的變換，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工。？讁？訛管路分層布置實(shí)現(xiàn)分層澆筑，克服一孔灌到底澆筑導(dǎo)致混凝土離析、產(chǎn)生“人”字坡冷縫的弊端。？輥？輮？訛管路均為封閉式，不會(huì)造成材料浪費(fèi)和現(xiàn)場的污染;實(shí)現(xiàn)有壓輸送，便于清洗。圖3為優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的臺車現(xiàn)場施工圖。

5 結(jié)語

從現(xiàn)場施工反映的情況來看，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的立臺車結(jié)構(gòu)穩(wěn)、空間大、構(gòu)件少，工作平臺能更好、更合理地布局，有利于臺車混凝土分層布料機(jī)的安裝及現(xiàn)場安全文明施工的開展。相對之前的臺車，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的臺車提高了施工效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約了施工成本，為以后臺車結(jié)構(gòu)向少量化、重量輕型化、操作智能化的方向發(fā)展起到了推進(jìn)作用。

參 考 文 獻(xiàn)

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