砼衬砌台车的设计与使用

摘　要:介绍公路隧道砼衬砌台车的分类以及各类砼衬砌台车在设计与使用中的注意事项。关键词:隧道;砼衬砌台车;设计;使用

砼衬砌台车是隧道施工过程中二次衬砌不可或缺的非标产品,主要有简易衬砌台车、全液压自动行走衬砌台车和网架式衬砌台车。全液压衬砌台车又可分为边顶拱式、全圆针梁式、底模针梁式、全圆穿行式等。在水工隧道和桥梁施工中还普遍用到提升滑模、顶升滑模和翻模等。全圆式衬砌台车常用于水工隧道施工中,不允许隧道有砼施工纵向接缝,在水工隧道跨度较大时一般使用全圆穿行式;边顶拱式衬砌台车应用最为普遍,常用于公路、铁路隧道及地下洞室的砼二次衬砌施工。本文着重介绍山岭隧道施工中常用砼衬砌台车的设计与使用。

1　简易衬砌台车

简易衬砌台车一般设计为钢拱架式,使用标准组合钢模板,可不设自动行走,采用外动力拖动,脱立模板全部为人工操作,劳动强度大。该类衬砌台车一般用于短隧道施工,特别是对于平面和空间几何形状复杂、工序转换频繁、工艺要求严格的隧道砼衬砌施工,其优越性更明显。如广(州)惠(州)高速公路小金口双连拱隧道,长200ｍ,平面处在Ｒ=300ｍ的圆曲线变化段,洞内横坡从ｉ=±2%变到+5%,同时该隧道亦处在Ｒ=3000ｍ的竖曲线上,使隧道洞形呈“双曲”状态,而中墙又是直墙设计,出口15ｍ由Ｒ=5.5ｍ渐变为Ｒ=7.5ｍ的喇叭结构,隧道钢筋砼二衬采用简易式拱架台车设计,很好地解决了这些问题,同时工程成本较低。简易台车使用中大部分采用人工灌注砼,小金口简易衬砌台车(见图1)采用砼输送泵车灌注,因此台车的刚度应特别加强。有的简易衬砌台车也采用整体钢模板,但脱立模仍然采用丝杆千斤,无自动行走,该类台车一般采用砼输送泵车灌注。简易衬砌台车普遍采用组合钢模板,组合钢模板一般为薄板制作,在设计过程中应考虑钢模板的刚度,所以钢拱架的榀间距不宜过大。如果钢模板长度为1.5ｍ,则钢拱架的榀间距平均应不大于0.75ｍ,且钢模板的纵向接头应设在榀与榀之间,以便于安装模板扣件和模板挂钩。如果使用输送泵灌注,则灌注速度不宜过快,否则将引起组合钢模板变形,尤其在衬砌厚度大于500ｍｍ以上时更应放慢灌注速度。在封顶灌注时应加倍小心,随时注意砼的灌注情况,防止注满后强行灌注砼,否则将导致爆模或台车变形损坏。

图1　小金口简易衬砌台车结构

全液压自动行走衬砌台车(见图2)主要用于中长隧道施工中,对施工进度、砼表面质量要求较高。此类衬砌台车设计为整体钢模板、液压油缸脱立模,施工中靠丝杆千斤支撑,电动减速机自动行走或油缸步进式自动行走,全部采用砼输送泵车灌注。大部分衬砌台车为该类台车。设计该类衬砌台车时,在满足通过净空要求的情况下,应考虑门架内侧斜支撑下部安装位置,尽可能靠近立柱下部,使之受力最好。门架横梁应足够高,常规铁路隧道不小于400ｍｍ,公路隧道不小于5500ｍｍ。模板端面与门架间的调整最小距离不小于250ｍｍ,否则将造成前后衬砌段搭接困难。

图2　全液压自动行走衬砌台车结构图使

用该类衬砌台车时应注意两侧走行轨的铺设高差不大于1%,否则将造成丝杆千斤和顶升油缸变形。在有坡道的隧道内衬砌时,为了调整衬砌标高,会造成台车前后端的高差、模板端面与门架端面不平行,将使模板与门架之间形成很大的水平分力,造成模板与门架之间的支撑丝杆千斤错位,导致千斤、油缸损坏。因此在设计时,应充分考虑前后高差造成水平分力的约束结构或调整系统。在定位立模时必须安装卡轨器,旋紧基础丝杆千斤、门架顶地千斤和模板顶地千斤,如有必要还可采用其它措施加固下模拱脚位置,使门架受力尽可能小,防止跑模和门架变形。

3　网架式衬砌台车

网架式衬砌台车(见图3)在结构上与传统衬砌台车相比作了较大改动。传统衬砌台车在施工中台车门架是受力件,它受的侧压力较大,随门架的刚度大小产生不等变形,且不宜在有较大横坡和纵坡的隧道内直接工作,对工作环境要求较高,否则将造成台车整体变形和损坏。而网架式衬砌台车门架在施工中为不受力件,其模板的支撑件为边模拱脚的顶地丝杆千斤,门架只在脱立模、行走过程中才受力,且所受之力垂直向下,没有侧压力,只需按台车自重设计门架足够的刚度就不会变形。在有坡道的隧道中施工或行走时,不论是横坡还是纵坡,都可以通过门架下部的顶升油缸进行高度调节,使台车整体处于水平状态,台车整体不存在前倾力和侧倾力,保证了台车的整体平稳性。因台车完全取消了支撑用的丝杆千斤,台车定位简单,能非常快地调整到衬砌几何位置,节约了大量的人力物力,提高了工效,缩短了工作循环周期,相应地节约了工程成本。

图3　网架式衬砌台车结构图

　为保证顶拱模板的刚度和强度,上部台架设计成网架式杆件结构,使之受力最好,模板不会在衬砌过程中变形移位。在整个台车中最薄弱的环节是下模板和下模支撑斜杆,因此在设计下模板时应充分计算下模的受力大小,尽可能加宽弧板宽度和厚度,支撑斜杆必须通过压杆稳定计算,保证斜杆有足够的刚度和强度,不至于在使用中发生变形弯曲,导致跑模。在计算过程中应充分考虑砼的衬砌厚度、坍落度、灌注速度、骨料大小以及是否为钢筋砼等因素的

影响。下模拱脚顶地丝杆千斤(见图4)是主要受力件,整个模板在衬砌圆心中线以下时,完全靠它支撑,因此在设计时应考虑其结构形式和刚度大小。在使用中,该千斤必须牢牢顶紧于地面,不允许有松动现象,如有必要,可用其它件进行加固,作为辅助支撑,防止跑模和台车向下移位。应注意的是,作为台车纵向定位的卡轨器和基础丝杆千斤必须拧紧、卡牢和顶牢钢轨,特别是在坡道上衬砌时更应注意。该类衬砌台车主要用于大跨度隧道和地下洞室施工。如果采用传统式全液压衬砌台车,则门架设计难以满足使用要求,造成门架变形损坏,首先是门架横梁扭曲变形,最终导致跑模。如果加高横梁,加大立拄、下纵梁、端面斜支撑截面,则造成不必要的浪费,而采用网架式衬砌台车可克服以上困难。由于该类衬砌台车为大跨度施工,设计时应考虑其可操作性,其工作梯和工作走道应能方便到达每一个工作位置。