基于隧道施工的防水板鋪設裝置結構設計

張慧杰，康鵬桂，陳 菁

（青島城市學院，山東 青島 266106）

引言

近年來，隨著勞動力成本的不斷提高，隧道現場施工技術人員數量逐年減少，隧道工程建設“以機代人”成為現實需求，少人化甚至無人化是未來隧道工程建設發展的必然趨勢。但是我國鐵路軟巖隧道施工的快速修建設備配套技術水平、施工裝備及國產化剛進入隧道施工機械化初期，總的技術發展速度較慢，整體技術仍有很大的發展空間。

隧道防水效果直接影響隧道的運行[1]，依據隧道防水施工方案及方法[2]，對隧道防水板鋪設提出了相應的要求，在保證防水效果的前提下，為改善施工環境，提高防水板鋪設效率，本文對防水板鋪設裝置進行了研究。目前大多數隧道施工是初期支護后進行二次襯砌，要保證二次襯砌混凝土施工質量[3]，要求鋪設后的防水板表面平順，無褶皺、無氣泡、無破損等現象；鋪設的防水板松緊應適度并留有余量（實鋪長度與弧長的比值為10∶8），同時保證防水板全部面積均能抵到圍巖；并且在鋪設施工時應保證車輛正常通行，且要保證臺車剛度和隧道通風、高壓供電線路、供水線路不能中斷，以使后部其他施工得以進行，不影響正常施工進度，在降低防水板鋪設施工的勞動強度及人工成本的同時，提高鋪設工效和質量，保證施工的安全、高效。

本文研究的隧道施工地段山巒疊嶂、溝谷縱橫，地形起伏大,實地勘測符合Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖工況，隧道表面巖質破壞嚴重，情況復雜施工難度大，隧道防水是隧道施工的重要基礎，防水施工直接影響隧道安全和使用壽命。

1 設計方案

如圖1 所示，根據設計要求和實際情況，提出了胎行式和軌行式兩種設計方案。在同時兼顧創新、實用與增大凈空等對多方面因素考慮的前提下，最終決定防水板鋪設裝置采用軌行式設計方案，在進行軌道設計時，考慮臺車行走軌跡和二襯模板臺車使用同一軌道，避免了重復鋪軌；該防水板鋪設裝置既可處理凸鋼筋頭又可鋪設土工布、防水板等防水卷材，具有一機多用的功能，具有極大的實際應用和推廣的價值。

圖1 防水板鋪設裝置方案

2 結構設計

在總體結構設計中，鋪設臺車的部分結構采用了在常規模板臺車中久經使用驗證可靠的設計，但鋪設臺車總體結構則完全不同于常規模板臺車。防水板鋪設裝置臺車具備如下功能：行走功能、自動鋪防水板功能、支撐防水板功能。

軌道為沿中線對稱結構，因此同等高度的軌道之間具有互換性。軌道總共分為9 部分：2 塊端部軌道，5 塊側通用軌道，軌道橫向支撐及軌道連接梁。每部分軌道均分為5 部分：1 塊上弧板，1 塊下弧板，1塊腹板，2 塊連接板。

2.1 臺架

臺架由門架、行走機構組成。

門架主要承受自身的重力以及軌道通過軌道頂部支撐傳下來的壓力，然后再通過行走機構把壓力傳到地面巖體上。在保證符合設計施工的前提下盡可能增大臺架凈空面積，以便隧道內通風順暢以及滿足各種車輛的自由通過。

行走機構由箱體、行走輪、鏈輪鏈條、減速齒輪箱、電機組成。根據穿行時如遇障礙操作者反應速度測算，行走速度取3.0 m/min。由于行走驅動力僅僅帶動臺車本身，故主臺架有2 個行走輪均為主動輪，另外2 個行走輪為從動輪。齒輪箱采用了斜齒輪箱。電機則采用電機自帶剎車裝置，在坡道上停車時應拉下制動閥，故臺車的制動簡單可靠。整個行走裝置簡單、緊湊、可靠。

2.2 鋪設小車

如圖2 所示，鋪設小車由車架、鋪設臂、輪對以及導向輪組成。

圖2 鋪設小車

車架的外形尺寸與軌道相配合，并且結構強度上能夠承受鋪設臂以及防水卷材的重量之和。調節絲桿采用梯形螺紋設計，具有良好的自鎖性能，主要用于調節鋪設臂的傾斜程度，以適應不同坡度的圍巖面。鋪設臂充分考慮到隧道圍巖的高度問題，使在鋪設防水板及土工布的過程中，鋪設臂攜帶的防水卷材能夠盡可能地緊貼隧道頂部的圍巖表面。鋪設臂可以通過絲桿調節其工作時的擺動角度,并且可以適應多種幅寬的防水卷材。輪對是鋪設小車行走的主要部分。導向輪主要保證鋪設小車在行走的過程中不偏離預定的軌跡，使鋪設小車按照預定的軌跡正常行走。

2.3 支撐油缸

支撐油缸通過連接板裝卡在軌道側部，單側14 個支撐油缸，雙側共28 個支撐油缸，支撐油缸由油缸、橡膠墊、鋼板及筋板等結構組成。支撐墊可圍繞油缸球頭做11°擺動，以適應隧道凸凹不平的圍巖壁面。

2.4 附屬結構

2.4.1 鋪設平臺

鋪設平臺由上部鋪設平臺、中部鋪設平臺、下部鋪設平臺組成，主要提供工人進行防水板焊接的作業平臺，分為固定平臺部分和翻轉平臺部分，翻轉平臺主要作用是在折疊的狀態下不影響鋪設小車行走，展開狀態下有足夠的鋪設長度使操作工人可以盡可能貼近圍巖壁進行焊接作業。

2.4.2 爬梯

爬梯由小平臺與梯子組成。小平臺的側面與鋪設平臺螺栓連接，梯子能夠連接上、中、下三級鋪設平臺以及行走平臺，梯子的布置也盡可能節約空間，方便工人上下行走。

2.4.3 風筒架

風筒架吊掛在主臺架的橫梁上，主要用于通過、支撐風筒，風筒架設計有可開合裝置，便于風筒的安裝。

2.4.4 防水板放置平臺

防水板放置平臺主要用于放置防水卷材，并在鋪設的開始便于把防水卷材裝卡在鋪設小車的托臂上。

3 結語

通過研究防水板鋪設裝置結構，設計實現了防水板的機械化、大規模化施工，鋪掛方便，準確做到防水板無損傷鋪設。實現防水板后無空隙，達到與初期支護密貼的效果。實現了公路、鐵路隧道等各種需求下的防水施工，具有極大的推廣意義。