隧道衬砌台车加工技术

　　目前，隧道衬砌施工由过去的手工操作走向综合机械化，提高隧道衬砌质量和工作效率是施工的最大需要。台车是铁路、公路隧道混凝土衬砌一次成型设备，根据用户提供的隧道断面设计制造，能保证边开挖、边衬砌，其门架净空高度和宽度能保证有轨和无轨运输车辆通行；整机行走采用电机—机械驱动；模板采用全液压操纵，利用液压缸支（收）模机械锁定；在台车架上部和模板之间留有空间供安装隧道通风管道用；对于有瓦斯的隧道衬砌，产品电气系统按照瓦斯隧道防爆规范要求进行设计和安装，确保使用安全。

　　太原路桥机械厂研制制作的铁路、公路衬砌台车在许多隧道工程中得到了推广运用。

 

１．１ 研制过程

　　赣龙铁路隧道全长两千多米，且有溶洞、泥岩、地下水等，地质条件差且复杂，太原路桥机械厂在进行广泛的市场调研基础上成立了“隧道衬砌台车研制小组”，邀请有关工程单位的专家指导。在完成初步铁路隧道衬砌台车的图纸和技术文件设计计算的基础上，根据施工单位提供的隧道断面图和施工要求及隧道衬砌台车的发展动向、进行优选比较、得到用户的认可后，组织设计和产品试制。为确保产品加工质量，重要结构严控工装模具。经过应用，表明产品性能良好、结构合理、衬砌质量好。后经反复改进和完善，产品已经定型。

１．２ 钢模衬砌台车的关键技术

１．２．１ 台车结构型式

　　可采用液压式和机械式。经分析比较液压式对台车架刚性要求低，结构型式灵活，重量轻，加工要求和施工中铺设轨道的标高要求低，使用方便，但对液压缸自锁性要求高，衬砌中液压缸不允许回缩。机械式则相反，由于一个电动机要驱动数个丝杠传动，对各传动轴同轴度要求高，且台车架必须有较大的刚度，结构尺寸准确，因结构较重、加工要求高，而且因丝杠是同步动作（不象液压传动，各液压缸可同步，也可单独动作）因此当轨道标高误差（各点不在同标高）较大时，将直接影响模板位置，从而影响衬砌质量。经分析比较选用液压传动方案，对液压缸采取液压锁和平衡阀等措施，使液压缸自锁；同时配套采用丝杠机构进行机械锁定，并加强模板的支承，保证了模板在衬砌时不回缩，不变形。实践证明衬砌台车采用液压式较合理，是发展方向。

１．２．２ 台车架结构优化

　　台车采用液压传动，使台车架结构简化，重量减轻，同时也提高了结构的灵活性和多样性，经各种台车架结构方案的分析比较、强度计算、优化选择９ ｍ四门架１２ ｍ主门架结构方案，其结构重量比机械式减轻４０％以上，制作成本降低２５％以上。

１．２．３ 钢模

　　钢模是台车的工作装置，其外表质量和外形尺寸精度直接决定混凝土衬砌质量，同时，又是加工难度最大的部件，制定了合理的加工、焊接工艺，设计并加工专用拼装焊接胎模，以保证整体外形尺寸的准确度，尽量减少焊接变形，保证外表面光滑，无凹凸等缺陷。为控制相邻模板的错台，采用过盈配合的稳定销将相邻模板的连接板固定为一体，有效控制了由于螺栓孔的间隙造成的相邻模板的错台问题。成功地解决了上述难题后，保证了砼衬砌质量。

１．２．4支承位置的确定

　　衬砌混凝土的全部质量经台车钢模传给支承机构，再传给门架。衬砌混凝土呈固液状态，对顶部、侧向产生较大的垂直压力和侧向压力，同时产生较大的浮力，当上浮力超过垂直压力和台车的自重时，台车将呈上浮状态，将不能正常工作。为解决此项技术难题，经仔细计算、优化设计、合理选择各支承位置。即在门架内侧的下纵梁与地面进行支承，避免侧压力使门架立柱内收，且在门架外侧与侧模纵梁处有数道水平支承（如图１序号５，两端门架立柱处为侧部液压缸，中部为侧向丝杠Ⅰ，序号６、７为侧向支承丝杠Ⅱ、Ⅲ），在门架上横梁与上纵梁处采用数道垂直支承（两端门架横处布置有顶部液压缸，中为垂直支承丝杠），在台车纵向成均布状。液压缸采用液压锁锁定，同时采用支承丝杠进行机械锁定，保证了衬砌施工中液压缸不回缩，模板不变形。

 

　　整机外形尺寸根据施工断面图设计制造

　　一次衬砌长度（ｍ）９、１２

　　行驶速度（ｋｍ/ｈ）12

　　液压系统压力（ＭＰａ）１６

　　垂直升降量（ｍｍ）３００

　　侧向伸缩量（ｍｍ）３００

　　行走方式自行式（拖式）

 

　　台车由行走机构、台车架、钢模板、模板垂直升降和侧向伸缩机构、液压系统、电气控制系统６部分组成。如图１所示。

１．侧模板 ２．顶模板 ３．上纵梁 ４．垂直升降机构（顶部液压缸和垂直支承丝杠） ５．侧部液压缸、侧向支承丝杠Ⅰ ６．侧向支承丝杠Ⅱ ７．侧向支承丝杠Ⅲ ８．门架立柱 ９．门架横梁 １０．行走机构 １１．下部支承丝杠

图１ 钢模衬砌台车的结构

３．１ 行走机构

　　行走机构由主动、被动两部分组成，共４套装置，分别安装于台车架两端的门架立柱下端，整机行走由２套主动行走机构完成，即行走电动机带动减速器，通过链条传动，使主动轮驱动整机行走，被动轮随动。行走传动机构带有液压推杆制动器，以保证整机在坡道上仍能安全驻车。

３．２ 台车架

　　台车架由端门架、中间门架、上下纵梁、斜拉杆、支承杆等组成，各部分通过螺栓联为一体，两端门架支承于行走轮架上，中门架下端装有支承螺杆，衬砌施工时，混凝土载荷通过模板传递到４个门架上，并分别通过行走轮和支承丝杠传至轨道——地面。在行走状态下，螺杆应缩回，门架上部前段装有操作平台，放置液压及电气装置。

３．３ 模板

　　模板是直接衬砌混凝土的工作部件，是由螺栓联为一体的数块顶模和侧模组成，顶模与侧模采用铰接，侧模可相对顶模绕销轴转动，支模时，顶部液压缸将顶模伸到位，再操纵侧向液压缸，将侧模伸到位，调整顶部、侧部支承丝杠、完成支模；收模时，按上述相反顺序实施。不需拆模板，采用衬砌台车提高了衬砌质量和施工效率，降低了劳动强度，另外在顶模上安装有数台附着式振动器，供混凝土振捣用，每块模板上有工作窗口，用于灌注混凝土。

３．４ 液压系统

　　由电动机、液压泵、手动换向阀、垂直及侧向液压缸、液压锁、油箱及管路组成，其功用是快捷、方便地完成支收模、即顶模升降和支承侧模。手动换向阀分别控制模板垂直升降和两侧模的侧向伸缩，当液压缸将模板支承到位后，再调整支承丝杠到位，灌注混凝土对模板产生的垂直和侧向载荷主要由液压缸和丝杠承载。

 

４．１ 工程应用

　　台车在赣龙隧道、玉元公路隧道、晋济公路隧道、宝兰单线铁路隧道、内昆铁路隧道、西南线铁路隧道、青藏铁路隧道等工程得到广泛应用，台车性能良好，结构合理，衬砌质量好。

４．２ 衬砌效果分析

　　（１）当隧道开挖偏离中心时，可通过台车的模板调整机构达到调中、满足了设计和施工要求。

　　（２）台车有足够的刚度和强度，在液压缸和支承丝杠的联合作用下，能抵抗混凝土强大的垂直和侧向压力，台车不发生变形，由于各支点设计布局合理，有效的利用了台车自身的重量和混凝土重量的压力，保证了台车浇注混土时克服混凝土的上浮作用。

　　（３）工作窗口布局合理，两侧浇注混凝土和振捣作业方便，顶部设有注料口和附着式振动器，注入混凝土方便，且不需要人工捣固，减轻了施工人员的劳动强度。

　　（４）大片钢模结缝严实，混凝土捣固设施齐备，混凝土密实无蜂窝、斑点、错台现象发生，表面光滑、平整、美观。

４．３ 创新性和先进性

　　（１）台车架优化设计，既保证足够的强度和刚度，又结构简单，重量减轻，且外形美观。

　　（２）液压系统采用了液压锁、平衡阀等措施，对液压缸进行液压锁定，同时配套采用了丝杠机械锁定，这样的“双锁定”保证了模板在衬砌状态不变形、不移位，强化了模板的支承刚性，减轻了模板结构重量。

　　铁路公路隧道钢模衬砌台车的研制成功，是对传统隧道衬砌施工方法的重大突破，一次衬砌长度最长可达１２ ｍ，混凝土注入采用机械化，衬砌效率是传统施工方法的数十倍，可节省大量的人力物力，改善了工人的工作条件。台车可广泛适用于长短隧道的衬砌施工，同时衬砌、开挖时车辆通行互不干扰，可同时作业，其综合性能达到了国内先进水平，具有良好的经济效益和社会效益，可广泛推广使用。