無軌液壓襯砌臺車在隧道施工的設計與應用

摘要：襯砌臺車是隧道施工中較常見的施工設備，利用無軌液壓襯砌臺車液壓控制功能及整體鋼板可伸縮功能配合隧道施工，可實現機械的徑向收縮和豎直起降，完成隧道橫洞的一體式分層襯砌振搗及整體單次成型澆筑，能有效提高隧道襯砌質量效果和施工效率，減少材料、人工等施工成本投入，避免襯砌過程中產生跑模、漏漿、蜂窩、麻面及錯臺等問題，降低安全風險。以一類新型的無軌液壓襯砌臺車為例，介紹無軌液壓襯砌臺車研發背景，針對其設計原理進行分析，研究無軌液壓襯砌臺車在隧道工程的實際施工應用，以期為相關的襯砌臺車設計及施工提供借鑒。

關鍵詞：無軌液壓;襯砌臺車;結構設計;成型澆筑

0" "引言

利用無軌液壓襯砌臺車實施隧道施工，可降低襯砌施工與相關施工工序之間的相互影響，節約施工材料，降低襯砌施工中人工作業強度。經過改良設計的無軌液壓襯砌臺車能夠實現整體受力均衡，支撐系統框架穩固，整體結構負荷滿足隧道施工需要，可有效協助隧洞施工達到所要求的外觀質量、混凝土強度、保護層厚度等標準，實現隧洞襯砌施工的質量的整體提升[1-3]。

本文以一類新型的無軌液壓襯砌臺車為例，介紹無軌液壓襯砌臺車研發背景，針對其設計原理進行分析，研究無軌液壓襯砌臺車在隧道工程的實際施工應用，以期為相關的襯砌臺車設計及施工提供借鑒。

1" "無軌液壓襯砌臺車設計背景

經多方實際施工調研，當前多數隧道施工依舊沿用常規的拼裝木模配合工字鋼臺架的襯砌臺車結構工藝。其建設周期長，建設工藝復雜，難以控制混凝土澆筑成型的整體效果。且利用襯砌臺車施工過程中易出現跑模漏漿、施工冷縫、蜂窩麻面及錯臺等質量問題，難以有效保證隧道襯砌質量效果和施工效率[4]。同時由于隧道內本身作業空間有限，增加了襯砌作業產生觸電、機械損傷、砸傷等施工安全風險發生的可能。而通過將常規臺車結構進行無軌液壓工藝結構改進，可實現襯砌臺車的鋼板伸縮及液壓控制功能，完成機械的徑向收縮和豎直起降功能，提高隧道施工的安全、質量和施工效率，踐行品牌、樣板工程的施工理念。

2" "無軌液壓襯砌臺車在隧道工程的設計

2.1" "無軌液壓襯砌臺車結構設計

無軌液壓襯砌臺車整體結構包含了主臺車框架、鋼制模板、行走系統、側方伸縮系統、液壓系統及配套的電器系統等[5]。根據某隧道的實際施工環境，為了實現無軌液壓襯砌臺車的各裝置集中控制及無軌液壓行走功能，整體結構選擇單橫梁、三角形豎直柱及下頂升模式的組合結構，臺車設計總長約為9.5m。

側模與頂模之間采用鉸連接方式連接，臺車受力頂板與門架豎直立柱底通過焊接連接，以承擔升降千斤油缸裝置的受力載荷。根據設計曲率半徑等參數進行襯砌臺車輪廓組裝加工成型，并預留3cm加工距離，與臺車整體支撐框架形成焊接固定。模板與曲狀橫梁通過焊接相連，組裝模板框架，并對曲狀橫梁進行支撐加固處理。臺車模板框架整體可實現液壓位移和升降控制功能，施工過程中臺車自身質量及混凝土動載荷會經框架傳導至行走系統，并最終傳導至大地。

此種臺車組合結構優勢明顯，主要體現為利用單橫梁、三角形豎直柱結構模式，能夠實現臺車整體結構更加合理，減少了立柱力臂的作業長度。并將常規受力結構分解，提升操作的便捷性和安全性。同時，利用雙拼焊接方式將12mm厚的鋼板形成三角形豎直柱結構模式，使得結構框架強度和剛度得到有效提升，并為機械設備作業時的任意穿行提供操作空間，可最大限度的滿足隧道實際施工需要。無軌液壓襯砌臺車橫斷面結構如圖1所示。

2.2" "臺車液壓行走裝置

臺車液壓行走裝置通過雙拼焊接實現，與地表連接，實現無軌液壓模型行進。在臺車門架底橫梁前后各安裝一套行走裝置，通過液壓千斤油缸裝置與頂模架體豎直梁互連，利用液壓升降實現臺車豎直位置移動及脫模操作調控。同時，液壓行走裝置水平方向前、后各安裝一套可移動液壓千斤油缸，以便于調控橫洞中點與模板襯砌中點的一致性。

無軌液壓襯砌臺車主框架豎直梁的下端安裝豎向滑移輪座，利用銷絞將豎直滑移油缸相連，并為豎直滑移輪座和主門架建立錯動結構。如果襯砌臺車有豎向移動需求，操作收縮頂升油缸，直到襯砌臺車豎直滑移輪座滑動至地面（此時平移滑座處于懸空）。實施滑移底座上升操作，襯砌臺車即實現懸空。如需使襯砌臺車向前向移動，需將油缸豎直移動，并拉緊移動主門下方豎直梁。將油缸豎向移至零刻度，升起油缸，平移滑座到地面，使豎直滑移輪處于懸空，豎直滑移伸出油缸，前拉滑輪直至油缸滿程，至此實現襯砌臺車豎直行進整個一次全循環。

2.3" "臺車門形主體框架及頂模架體

臺車門形主體框架簡稱臺車門架，主要用于臺車主體的承重功能，其主要組成構件為豎直梁、立柱、橫梁、水平支撐框架及側向連接剪刀架等，不同構件通過固定螺栓并輔以焊接相連。通過結構兩側門架使行走輪架部位實現支撐，支撐螺桿安至中門架下側。隧道襯砌操作時，通過模板使混凝土載荷均衡分擔至各個門架，并最終通過支撐絲桿和走輪裝置轉移至地面。臺車移動行進過程中，應使螺桿收縮，將操作平臺安裝于門架上方，同時布控液壓配置和電氣配置。

設計頂模架體由中間一根豎直梁、兩端各一根橫梁及立柱構成，其搭建的目的是用于支撐模板自身質量及混凝土澆筑過程中上部混凝土質量。頂模架體上方承擔模板質量，下方利用支撐千斤油缸裝置傳導至門架。

2.4" "臺車模板結構

襯砌臺車模板分為頂模板和側模板，利用螺栓使其連接緊固組裝。縱向安裝6片模板，每片模板寬應為1.5m，側模板與頂模板實現鉸接軸連接。在實施混凝土襯砌施工操作時，側模板通過繞頂模板銷軸實現轉動。搭建模板過程中，模板應通過頂端液壓缸升至指定位置，并操作側向液壓千斤油缸，直至側向模板到達指定位置，通過調整頂、側模板位置支撐絲桿實現最后模板支模操作。

模板拆裝操作應按照安裝的相反順序實施，無需拆卸模板本身。在無軌液壓襯砌臺車的每個側模板上布控窗口，以方便后續混凝土澆和振搗操作。并在模板頂端配備與輸送泵接口預埋泵送裝置，以有效提高襯砌質量和效率。

2.5" "臺車液壓系統

臺車液壓系統的構成部件包括電機、液壓泵、液壓鎖、轉向閥、郵箱和管路等。通過液壓系統可實現支收臺車模板，通過轉向閥手動可調控兩端模板的側向升降及伸縮。液壓缸支撐模板到達指定位置后，調整支撐絲桿。通過液壓缸和支撐絲桿承載混凝土澆筑時引起的豎直和側方動載荷。

3" "無軌液壓襯砌臺車在隧道施工的應用

隧道襯砌施工中應用無軌液壓襯砌臺車，可提高定位精度，便捷施工，實現整體質量和經濟效益的提升。無軌液壓襯砌臺車主要施工工序為：準備工作→鋪裝鋼軌→就位調試襯砌臺車→清潔襯砌臺車并涂漆→止水帶、堵頭板及預埋件裝配→襯砌混凝土拌和及灌注→混凝土拆模養護。無軌液壓襯砌臺車施工工序如圖2所示。

3.1" "鋪裝鋼軌

實施鋪裝鋼軌前，應先利用測量放樣標出隧道襯砌施工的中線，參照中線方位規劃鋼軌上方無軌液壓襯砌臺車的行駛軌跡。襯砌臺車操作軌跡空間有限，為此應提高襯砌臺車行駛軌跡中線和鋼軌中心線精度，以確保襯砌臺車操作行進軌跡的精確性，進而保證操作行進軌跡與隧道的內輪廓線的吻合度。為減少后續施工工作量，應提高鋼軌鋪裝精度，可參照襯砌臺車油缸行程、駕駛操作平臺高度等參數，測算選擇枕木垛高度。鋪裝時控制枕木垛間隔保持在0.4m。為提升臺車安全穩定性，應在操作負荷較大的區域設置雙枕木垛。

3.2" "就位調試襯砌臺車

就位調試襯砌臺車是隧道施工的關鍵工序，就位調試的精確度會直接影響混凝土表面平整度、襯砌尺寸等參數的施工效果。調試前，應保證襯砌臺車車輪與枕木垛之間形成牢固支撐。應用升降油缸實施襯砌臺車調試，保證臺車前、后輪處于相同橫向水平線位置。

前、后輪適宜高度差應控制在約4cm以內。控制襯砌臺車兩翼前、后位置偏移量在2cm以下。調試襯砌臺車中線及油缸時，應確保襯砌臺車左右邊墻及墻角與襯砌內輪廓線保持重合，保證中線及液壓油缸調試的精度。完成以上調試操作后，為確保襯砌臺車就位精度，應重點檢測模板起拱線、拱頂、拱墻同墻角鉸接點、墻腳模板底部高程、模板起拱線水平長度等參數。

3.3" "清潔襯砌臺車并涂漆

為確保襯砌混凝土的表面平整度、光滑度，避免出現蜂窩麻面等質量問題，應保證襯砌臺車的清潔度，并實施涂漆處理。在液壓襯砌臺車循環脫模定位后，應馬上實施清潔處理，并控制拱腰、拱頂、混凝土進料口、模板兩側易殘留混凝土殘渣位置的清潔度。完成清理后應立即進行涂漆操作，保證涂漆無死角。處理后保證臺車外表面的干燥。

3.4" "裝配堵頭板及止水帶

混凝土襯砌施工主要通過泵送的模式完成，為能承載混凝土澆筑時產生的超大動載荷，裝配堵頭板應確保牢固性和剛度。裝配堵頭板前，應將水帶安裝在襯砌混凝土施工縫位置。堵頭板材料選取6cm厚的硬質木板，并配合使用12mm×65mm×100mm角鋼將堵頭板固定于臺車兩側模板位置。應用螺栓將襯砌臺車兩側模板與鉆孔角鋼相連，螺栓通過事先在堵頭板挖制好的特定長度小槽穿過。利用穿過堵頭板的定性鋼筋將止水帶夾固定于堵頭木板位置，使其形成L形。揭開模板過程中，同時捋直外露的定型鋼筋，并取下堵頭板。捋直定型后的鋼筋作為施工縫連接鋼筋使用。堵頭板裝配如圖3所示。

3.5" "襯砌混凝土施工

混凝土灌注施工前，應仔細檢測襯砌臺車模板、鋼筋及相應預埋件的施工質量。對臺車進行受力計算，以此保證臺車整體受力均勻、支撐桿結構牢固，各部件支撐強度和剛度滿足施工需要。應用分層式連續對稱澆筑模式，實施襯砌混凝土灌注。同時在澆筑時，應控制臺車上浮及混凝土泵送管道堵塞等問題。混凝土襯砌操作完成即可實施養護和拆模。最后通過施工自檢及三方檢測的方式，驗證混凝土外觀平整度、強度、鋼筋保護層厚度等，使其合格率達到設計標準。

4" "結語

在隧道施工中應用無軌液壓襯砌臺車，利用臺車液壓控制和整體鋼板可伸縮功能實現機械的徑向收縮和豎直起降功能，可實施隧道橫洞一體式混凝土分層襯砌振搗及整體單次成型澆筑，有效減少襯砌施工與其他施工工序實施時的相互影響，降低襯砌施工中人工作業強度，節省施工材料。在隧道施工中應用無軌液壓襯砌臺車，有助于最終實現隧洞施工所要求的外觀質量、混凝土強度、保護層厚度等標準，提升隧道襯砌質量效果和施工效率。

參考文獻

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