全自動布料振搗鋼模臺車在隧道二襯施工中的應用

陳國鋒

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州 450000）

1 工程概況

欒川至盧氏高速公路工程是《河南省高速公路網規劃調整方案》中13條聯絡線的重要一條，編號S76。項目起點位于洛陽市欒川縣廟子鎮英雄村附近，從S96洛欒高速公路欒川收費站北約3.2 km處接出，向西經欒川縣廟子鎮、欒川鄉、赤土店鎮、石廟鎮、陶灣鎮、叫河鎮、盧氏縣湯河鄉、橫澗鄉，與G59三門峽到淅川高速公路交叉，到達項目終點，線路全長約75.31 km。

欒盧高速LLTJ-1標呂順隧道全長4 121 m，隧道共設置車行橫通道5處、人行橫通道12處。

主洞建筑限界：雙車道凈寬10.25 m（行車道2×3.75 m，左側側向寬0.5 m，右側側向寬0.75 m，左側檢修道0.75 m，右側檢修道0.75 m），行車道凈高5 m。二襯混凝土厚度根據圍巖等級分別設置為35、45、50 cm。

二次襯砌作為隧道施工過程中重要環節，其施工具有空間小、距離長、工期短、投入大且結構厚度變更頻繁等特點。襯砌質量的好壞影響著工程的使用壽命，襯砌進度直接影響工程的整體進展，屬工于程關鍵線路。目前，國內長隧道襯砌施工過程大多采用全自動布料振搗鋼模臺車。

2 全自動布料振搗鋼模臺車的組成

根據本工程隧道襯砌斷面尺寸、施工縫劃分要求、隧道通行條件要求和簡化操作程序等方面設計，全自動布料振搗鋼模臺車由模板體系、支撐體系、行走體系、自動布料振搗體系構成。

2.1 模板體系

鋼模是臺車的工作裝置，其外表質量和外形尺寸精度直接決定混凝土襯砌質量，也是加工難度最大的部件，通過制定合理的加工、焊接工藝，設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，采用過盈配合的穩定銷將相鄰模板的連接板固定為一體，有效控制由于螺栓孔的間隙造成的相鄰模板的錯臺問題。為保證襯砌精度和外觀質量，采用優質鋼板作為模板體系，面板厚度12 mm，單塊寬度1.5 m。

2.2 支撐體系

襯砌混凝土的全部質量經臺車鋼模傳給支承機構，再傳給門架。襯砌混凝土呈固液狀態，對頂部、側向產生較大的垂直壓力和側向壓力，產生較大的浮力，上浮力超過垂直壓力和臺車的自重時，臺車將呈上浮狀態，不能正常工作。因此需要仔細計算、優化設計、合理選擇各支承位置[1]。

為了滿足臺車通行條件要求，保證臺車強度和剛度，在門架內側的下縱梁與地面進行支撐，避免側壓力使門架立柱內收，且在門架外側與側模縱梁處設置數道水平支撐，在門架上橫梁與上縱梁處采用數道垂直支承（兩端門架橫處布置有頂部液壓缸，中為垂直支承絲杠），臺車縱向成均布狀。液壓缸采用液壓鎖進行鎖定，采用支承絲杠進行機械鎖定，保證襯砌施工中液壓缸不回縮、模板不變形。

2.3 行走體系

行走機構由主動、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套主動行走機構完成，即行走電動機帶動減速器，通過鏈條傳動，使主動輪驅動整機行走，被動輪隨動。行走傳動機構帶有液壓推桿制動器，以保證整機在坡道上仍能安全駐車[2]。

2.4 自動布料振搗系統

自動布料振搗系統由布置在臺車上的平板振搗器和布置在臺車上的位置傳感器和PLC自動控制系統組成。通過傳感器感應混凝土的高度情況，由控制系統控制相關振搗器開啟震動，并可設置單個的震動時間。

3 全自動鋼模臺車工作原理

根據施工需求在鋼模臺車上適配自動布料系統、PLC自動控制系統以及位置傳感器，在自動化控制的運行機制下，靈活調控混凝土入料倉，自動振搗系統可與自動澆筑系統配合使用，并通過位置傳感器的反饋信號傳輸至控制系統，由控制系統設定的程序控制澆筑的時間及振搗的強度，有效防止二襯中由于兩側混凝土高差過大引起的跑模、人字坡冷縫以及由于振搗不足引起的蜂窩麻面、混凝土不密實等不利的情況。

應用無軌步進式臺車，可以保證架體與門架拴接，且整體受力條件良好，穩定性得到保證。液壓油缸為主要的動力源，可推動臺車沿特定的軌跡行走，全程無須人工鋪軌，在提高施工效率的同時，降低了員工的工作強度[3]。

此外，配套遙控系統后還可突破空間的束縛，單人即可操作，施工更便捷。液壓系統配備自鎖功能，可以維持整機的穩定性，即便在大坡度隧道中也不會溜坡。

4 全自動布料振搗

4.1 自動布料及振搗系統

自動布料及振搗系統可以解決現有技術中澆筑技術不能滿足鋼纖維、骨料分布均勻性要求，澆筑過程時間長，振搗、整平、覆膜養護不能快速實現，導致隧道易受環境變化影響的問題。

4.2 隧道自動布料及振搗系統

隧道自動布料及振搗系統包括軌道、布料機、陣列式振搗機、平板振搗整平機、滾平覆膜機和控制系統。

（1）控制系統。

控制系統分別控制布料機、陣列式振搗機、平板振搗整平機和滾平覆膜機。控制系統包括控制中心和數據服務器，數據服務器儲存有實現設置的不同類型隧道的振搗位布置圖和對應的振搗技術參數，控制中心用于設置輸入振搗位布置圖和振搗技術參數以及根據振搗位布置圖和振搗技術參數編輯對應不同類型隧道的布料振搗程序，通過程序控制隧道的布料振搗過程[4]。

（2）軌道。

軌道沿模具的長邊方向設置，位于模具的兩側。

（3）布料機。

布料機包括沿軌道移動的行走車架和安裝在行走車架下面的布料斗，其中布料斗沿車架橫梁運動，車架橫梁平行于模具短邊。布料機在模具上分料帶布料，而布料機、陣列式振搗機、平板振搗整平機和滾平覆膜機則從前向后順序布置并分別對應料帶的位置[5]。

布料機在布料機移動方向靠前一側安裝液壓升降式擋料板，液壓升降式擋料板包括升降裝置和擋板，升降裝置包括上下升降的擋板連桿。擋板固定安裝在擋板連桿下端并在布料時下降至鋼筋網上表面，擋板為形成料帶的臨時模板[6]。

布料斗中設有稱重檢測傳感器和布料速度傳感器，稱重檢測傳感器檢測布料斗中混凝土的重量，布料速度傳感器通過檢測六葉星輪的轉速測定布料速度，料斗驅動電機和星輪驅動電機受控制系統控制。

布料斗設有受料斗驅動電機驅動的料斗行走齒輪，車架橫梁同向設有與料斗行走齒輪嚙合的機械齒條，布料斗下端的布料口設有布料調速區，布料控制區設有六葉星輪、調速區殼體和星輪驅動電機，調速區殼體的上下側開口且側壁為圓弧形，六葉星輪水平轉動安裝于控制區殼體中且六葉星輪的伸出葉片與圓弧形殼體的滑動接觸，伸出葉片將圓弧形殼體分別若干分料腔，星輪驅動電機安裝于圓弧形殼體且驅動軸連接到六葉星輪的輪軸[7]。

（4）陣列式振搗機。

陣列式振搗機包括沿軌道移動的行走大車和安裝在行走大車橫梁下的排陣裝置，排陣裝置下面沿自身前進方向布置若干排振搗棒，每排振搗棒沿預制板短邊方向滿布，其中第一排振搗棒為根據設計燕尾榫位置間隔布置的燕尾榫專用振搗棒，其他各排振搗棒為全斷面布置與鋼筋網眼相對應，第一排振搗棒與其他各排振搗棒分別安裝在不同的升降振搗模塊下面。

陣列式振搗機還設有補位振搗棒和補振模塊，補位振搗棒的排列方式與振搗棒相同，補振模塊包括設于陣列式振搗機上的安裝板一一對應各個補位振搗棒的升降補振機構，安裝板位于振搗機布置振搗棒區域的后方，對應前一個料帶的位置，補位振搗棒安裝到對應的升降振搗機構下面。

平板振搗整平機包括行走大車二、平板振搗器和升降機構，行走大車二沿軌道移動，升降機構安裝在行走大車二的橫梁下，平板振搗器安裝在升降機構的升降端，平板振搗器的板面沿模具短邊方向設置，板面位于平板振搗整平機移動方向前側具有弧形倒角面。

5 結語

綜上所述，在施工技術逐步發展、質量要求日益提高的背景下，隧道襯砌的施工模式發展顯著轉變，機械化施工成為主流模式，合理配置機械設備、正確優化施工技術后，可以充分發揮出襯砌鋼模臺車的應用優勢，保證隧道二次襯砌的施工質量，提高施工效率，以較少的資源投入，創造更可觀的綜合效益。