砼襯砌臺車的設計與使用

摘　要:介紹公路隧道砼襯砌臺車的分類以及各類砼襯砌臺車在設計與使用中的注意事項。關鍵詞:隧道;砼襯砌臺車;設計;使用

砼襯砌臺車是隧道施工過程中二次襯砌不可或缺的非標產品,主要有簡易襯砌臺車、全液壓自動行走襯砌臺車和網架式襯砌臺車。全液壓襯砌臺車又可分為邊頂拱式、全圓針梁式、底模針梁式、全圓穿行式等。在水工隧道和橋梁施工中還普遍用到提升滑模、頂升滑模和翻模等。全圓式襯砌臺車常用于水工隧道施工中,不允許隧道有砼施工縱向接縫,在水工隧道跨度較大時一般使用全圓穿行式;邊頂拱式襯砌臺車應用最為普遍,常用于公路、鐵路隧道及地下洞室的砼二次襯砌施工。本文著重介紹山嶺隧道施工中常用砼襯砌臺車的設計與使用。

1　簡易襯砌臺車

簡易襯砌臺車一般設計為鋼拱架式,使用標準組合鋼模板,可不設自動行走,采用外動力拖動,脫立模板全部為人工操作,勞動強度大。該類襯砌臺車一般用于短隧道施工,特別是對于平面和空間幾何形狀復雜、工序轉換頻繁、工藝要求嚴格的隧道砼襯砌施工,其優越性更明顯。如廣(州)惠(州)高速公路小金口雙連拱隧道,長200ｍ,平面處在Ｒ=300ｍ的圓曲線變化段,洞內橫坡從ｉ=±2%變到+5%,同時該隧道亦處在Ｒ=3000ｍ的豎曲線上,使隧道洞形呈“雙曲”狀態,而中墻又是直墻設計,出口15ｍ由Ｒ=5.5ｍ漸變為Ｒ=7.5ｍ的喇叭結構,隧道鋼筋砼二襯采用簡易式拱架臺車設計,很好地解決了這些問題,同時工程成本較低。簡易臺車使用中大部分采用人工灌注砼,小金口簡易襯砌臺車(見圖1)采用砼輸送泵車灌注,因此臺車的剛度應特別加強。有的簡易襯砌臺車也采用整體鋼模板,但脫立模仍然采用絲桿千斤,無自動行走,該類臺車一般采用砼輸送泵車灌注。簡易襯砌臺車普遍采用組合鋼模板,組合鋼模板一般為薄板制作,在設計過程中應考慮鋼模板的剛度,所以鋼拱架的榀間距不宜過大。如果鋼模板長度為1.5ｍ,則鋼拱架的榀間距平均應不大于0.75ｍ,且鋼模板的縱向接頭應設在榀與榀之間,以便于安裝模板扣件和模板掛鉤。如果使用輸送泵灌注,則灌注速度不宜過快,否則將引起組合鋼模板變形,尤其在襯砌厚度大于500ｍｍ以上時更應放慢灌注速度。在封頂灌注時應加倍小心,隨時注意砼的灌注情況,防止注滿后強行灌注砼,否則將導致爆模或臺車變形損壞。

圖1　小金口簡易襯砌臺車結構

全液壓自動行走襯砌臺車(見圖2)主要用于中長隧道施工中,對施工進度、砼表面質量要求較高。此類襯砌臺車設計為整體鋼模板、液壓油缸脫立模,施工中靠絲桿千斤支撐,電動減速機自動行走或油缸步進式自動行走,全部采用砼輸送泵車灌注。大部分襯砌臺車為該類臺車。設計該類襯砌臺車時,在滿足通過凈空要求的情況下,應考慮門架內側斜支撐下部安裝位置,盡可能靠近立柱下部,使之受力最好。門架橫梁應足夠高,常規鐵路隧道不小于400ｍｍ,公路隧道不小于5500ｍｍ。模板端面與門架間的調整最小距離不小于250ｍｍ,否則將造成前后襯砌段搭接困難。

圖2　全液壓自動行走襯砌臺車結構圖使

用該類襯砌臺車時應注意兩側走行軌的鋪設高差不大于1%,否則將造成絲桿千斤和頂升油缸變形。在有坡道的隧道內襯砌時,為了調整襯砌標高,會造成臺車前后端的高差、模板端面與門架端面不平行,將使模板與門架之間形成很大的水平分力,造成模板與門架之間的支撐絲桿千斤錯位,導致千斤、油缸損壞。因此在設計時,應充分考慮前后高差造成水平分力的約束結構或調整系統。在定位立模時必須安裝卡軌器,旋緊基礎絲桿千斤、門架頂地千斤和模板頂地千斤,如有必要還可采用其它措施加固下模拱腳位置,使門架受力盡可能小,防止跑模和門架變形。

3　網架式襯砌臺車

網架式襯砌臺車(見圖3)在結構上與傳統襯砌臺車相比作了較大改動。傳統襯砌臺車在施工中臺車門架是受力件,它受的側壓力較大,隨門架的剛度大小產生不等變形,且不宜在有較大橫坡和縱坡的隧道內直接工作,對工作環境要求較高,否則將造成臺車整體變形和損壞。而網架式襯砌臺車門架在施工中為不受力件,其模板的支撐件為邊模拱腳的頂地絲桿千斤,門架只在脫立模、行走過程中才受力,且所受之力垂直向下,沒有側壓力,只需按臺車自重設計門架足夠的剛度就不會變形。在有坡道的隧道中施工或行走時,不論是橫坡還是縱坡,都可以通過門架下部的頂升油缸進行高度調節,使臺車整體處于水平狀態,臺車整體不存在前傾力和側傾力,保證了臺車的整體平穩性。因臺車完全取消了支撐用的絲桿千斤,臺車定位簡單,能非常快地調整到襯砌幾何位置,節約了大量的人力物力,提高了工效,縮短了工作循環周期,相應地節約了工程成本。

圖3　網架式襯砌臺車結構圖

　為保證頂拱模板的剛度和強度,上部臺架設計成網架式桿件結構,使之受力最好,模板不會在襯砌過程中變形移位。在整個臺車中最薄弱的環節是下模板和下模支撐斜桿,因此在設計下模板時應充分計算下模的受力大小,盡可能加寬弧板寬度和厚度,支撐斜桿必須通過壓桿穩定計算,保證斜桿有足夠的剛度和強度,不至于在使用中發生變形彎曲,導致跑模。在計算過程中應充分考慮砼的襯砌厚度、坍落度、灌注速度、骨料大小以及是否為鋼筋砼等因素的

影響。下模拱腳頂地絲桿千斤(見圖4)是主要受力件,整個模板在襯砌圓心中線以下時,完全靠它支撐,因此在設計時應考慮其結構形式和剛度大小。在使用中,該千斤必須牢牢頂緊于地面,不允許有松動現象,如有必要,可用其它件進行加固,作為輔助支撐,防止跑模和臺車向下移位。應注意的是,作為臺車縱向定位的卡軌器和基礎絲桿千斤必須擰緊、卡牢和頂牢鋼軌,特別是在坡道上襯砌時更應注意。該類襯砌臺車主要用于大跨度隧道和地下洞室施工。如果采用傳統式全液壓襯砌臺車,則門架設計難以滿足使用要求,造成門架變形損壞,首先是門架橫梁扭曲變形,最終導致跑模。如果加高橫梁,加大立拄、下縱梁、端面斜支撐截面,則造成不必要的浪費,而采用網架式襯砌臺車可克服以上困難。由于該類襯砌臺車為大跨度施工,設計時應考慮其可操作性,其工作梯和工作走道應能方便到達每一個工作位置。