目前,隧道襯砌施工已經從人工操作向綜合機械化轉變,提高隧道襯砌質量和工作效率是施工的最大需求。臺車是鐵路、公路隧道混凝土襯砌壹次成型設備。根據用戶提供的隧道斷面進行設計制造,可以保證開挖和襯砌同時進行。其門架的凈空高度和寬度能保證有軌和無軌運輸車輛的通行。整個機器由電機驅動;模板采用全液壓控制,液壓缸機械鎖緊模板。平臺架上部與模板之間留有安裝隧道通風管道的空間;對於有瓦斯的隧道襯砌,產品的電氣系統按照《瓦斯隧道防爆規範》的要求進行設計和安裝,確保使用安全。
太原路橋機械廠研制的鐵路公路襯砌臺車已廣泛應用於許多隧道工程中。
1,襯砌臺車
1.1的開發過程
甘龍鐵路隧道全長2000多米,有溶洞、泥巖和地下水,地質條件惡劣復雜。太原路橋機械廠在廣泛市場調研的基礎上,成立了“隧道襯砌臺車開發小組”,並邀請相關工程單位的專家進行指導。在鐵路隧道襯砌臺車初步圖紙和技術文件設計計算的基礎上,根據建設單位提供的隧道橫斷面圖紙和施工要求以及隧道襯砌臺車的發展趨勢,經優化比較並經用戶認可後,組織設計和產品試制。為了保證產品的加工質量,重要結構由工裝和模具嚴格控制。應用表明,該產品性能良好,結構合理,內襯質量良好。經過反復改進和完善,產品已經定型。
1.2鋼模板襯砌臺車關鍵技術
1.2.1臺車結構類型
可采用液壓式和機械式。通過分析比較,液壓平臺架對剛度要求低,結構靈活,重量輕,施工時對加工和鋪軌標高要求低,使用方便,但對液壓缸自鎖要求高,襯砌內液壓缸不允許回縮。而機械式則因為壹個電機帶動幾個絲杠軸,對各個傳動軸的同軸度要求很高,平臺框架必須有較大的剛性和準確的結構尺寸。由於結構笨重,加工要求高,而且由於螺旋軸是同步的(不像液壓傳動,每個液壓缸可以同步或獨立動作),當軌道標高誤差(各點不在同壹標高)較大時,會直接影響模板位置,從而影響襯砌質量。經過分析比較,選擇液壓傳動方案,並采取液壓鎖和平衡閥等措施,使液壓缸自鎖。同時采用螺旋機構進行機械鎖緊,加強對模板的支撐,保證襯砌時模板不回縮變形。實踐證明,襯砌臺車采用液壓式是合理的,是發展方向。
1.2.2車架的結構優化
小車采用液壓傳動,簡化了平臺架的結構,減輕了重量,提高了結構的靈活性和多樣性。通過對多種平臺框架結構方案的分析比較、強度計算和優化,選擇9m四門架12m主龍門架的結構方案,其結構重量比機械式減輕40%以上,制造成本降低25%以上。
1.2.3鋼模
鋼模是臺車的工作裝置,其外觀質量和尺寸精度直接決定了混凝土襯砌的質量,同時也是最難加工的部分。制定了合理的加工和焊接工藝,設計加工了專用的組焊胎模,保證了外形尺寸的準確性,最大限度地減少了焊接變形,保證了外表面光滑無凹凸缺陷。為了控制相鄰模板的錯位,相鄰模板的連接板采用過盈配合的穩定銷固定為壹體,有效控制了相鄰模板因螺栓孔間隙造成的錯位。成功解決上述問題後,保證了混凝土襯砌質量。
1.2.4支承位置的確定
襯砌混凝土的質量全部通過臺車鋼模板轉移到支撐機構,再轉移到門架上。襯砌混凝土處於固液狀態,在頂部和側面產生很大的豎向壓力和側壓力,同時產生很大的浮力。當上部浮力超過垂直壓力和小車自重時,小車就會浮起,不能正常工作。為了解決這壹技術難題,經過精心計算,優化設計,合理選擇各支撐位置。即門式剛架內側的下縱梁用地面支撐,防止門式剛架立柱因側壓力而倒塌,在門式剛架外側和側模縱梁處有若幹水平支撐, 在龍門架的上橫梁和上縱梁處采用若幹個垂直支撐(兩端龍門架的橫向部位設置頂部液壓缸,中間設置垂直支撐螺桿),沿小車縱向均勻分布。 液壓缸采用液壓鎖鎖緊,支撐螺桿機械鎖緊,保證襯砌施工時液壓缸不回縮,模板不變形。
2.鋼模板襯砌臺車主要技術參數
3.主要結構和工作原理
臺車由行走機構、平臺架、鋼模板、模板垂直升降和側向伸縮機構、液壓系統和電氣控制系統六部分組成。
1.側模板
2.頂部模板
3.上部縱梁
4.垂直提升機構(頂部液壓缸和垂直支撐螺釘)
5.橫向液壓缸和橫向支撐螺釘ⅰ
6.側向支撐螺釘ⅱ
7.側向支撐螺釘ⅲ
8.門戶帖子
9.剛架橫梁
10.行走機構
11.下部支撐螺釘
3.1行走機構
行走機構由主動部分和被動部分組成。***4套裝置分別安裝在龍門架兩端龍門架立柱的下端。整機行走采用2套主動行走機構,即行走電機帶動減速器,驅動輪通過鏈傳動帶動整機行走,被動輪跟隨。行走傳動機構裝有液壓推桿制動器,保證整機在坡道上仍能安全停放。
3.2框架
平臺框架由端龍門架、中間龍門架、上下縱梁、斜拉桿、支撐桿等組成。所有部件通過螺栓連接成壹個整體。兩端的龍門架支撐在行走輪架上,中間龍門架的下端裝有支撐螺釘。襯砌施工時,混凝土荷載通過模板傳遞到四個門架上,然後分別通過行走輪和支撐螺桿傳遞到軌道地面上。行走時螺桿要縮回,龍門架上部前段配有放置液壓和電氣裝置的操作平臺。
3.3模板
模板是直接襯砌混凝土的工作部件,由若幹頂模板和側模板通過螺栓連接而成。頂模和側模鉸接,側模可相對於頂模繞銷軸轉動。支模時,頂液壓缸將頂模伸出到位,然後操縱側液壓缸將側模伸出到位,調整頂撐和側撐螺桿,完成支模。合模時,應按上述相反順序進行。無需拆除模板,采用襯砌臺車,提高襯砌質量和施工效率,降低勞動強度。此外,在頂部模板上安裝了幾個附著式振動器,用於振動混凝土,每個模板都有壹個用於澆築混凝土的工作窗口。
3.4液壓系統
它由電機、液壓泵、手動換向閥、垂直和側向液壓缸、液壓鎖、油箱和管路組成,其作用是快速方便地完成支撐和縮回模具,即擡起上模和支撐側模。手動換向閥分別控制模板的垂直升降和兩側模板的橫向伸縮。當模板被液壓缸支撐到位後,調整支撐螺桿,模板上澆築混凝土產生的豎向和側向荷載主要由液壓缸和螺桿承擔。
4.工程應用及臺車襯砌效果的分析與評價
4.1工程應用
臺車已廣泛應用於甘龍隧道、豫園公路隧道、金雞公路隧道、寶蘭單線鐵路隧道、內昆鐵路隧道、西南鐵路隧道、青藏鐵路隧道等工程,性能良好,結構合理,襯砌質量好。
4.2襯砌效果分析
(1)隧道開挖偏離中心時,可通過臺車的模板調整機構進行調整,滿足設計和施工要求。
(2)小車具有足夠的剛度和強度,在液壓缸和支撐螺桿的共同作用下,能抵抗混凝土強大的豎向和側向壓力,小車不變形。由於各支點設計布局合理,臺車自重和混凝土重量的壓力得到有效利用,保證了臺車在澆註混合土時能夠克服混凝土的上浮效應。
(3)工作窗口布局合理,兩側混凝土澆築和振搗操作方便,頂部設有註料口和附屬振動器,方便混凝土澆築,無需人工搗固,減輕了施工人員的勞動強度。
(4)大鋼模板接縫密封,混凝土搗固設施齊全,混凝土密實無蜂窩、斑點、錯位,表面光滑平整美觀。
4.3創新和進步
(1)車架的優化設計不僅保證了足夠的強度和剛度,而且結構簡單、重量輕、外形美觀。
(2)液壓系統采用液壓鎖、平衡閥等措施鎖定液壓缸,同時采用螺旋機械鎖。這種“雙鎖”保證了模板在襯砌狀態下不會變形或位移,加強了模板的支撐剛度,減輕了模板的結構重量。
鐵路、公路隧道鋼模板襯砌臺車的研制成功,是對傳統隧道襯砌施工方法的重大突破。最長壹次襯砌長度可達12m。混凝土噴射機械化,襯砌效率是傳統施工方法的幾十倍,可節省大量人力物力,改善工人勞動條件。臺車可廣泛應用於長短隧道襯砌施工。同時襯砌和開挖時車輛的通行互不幹擾,可以同時作業。其綜合性能達到國內先進水平,具有良好的經濟效益和社會效益,可廣泛推廣。
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