浅谈隧道衬砌台车设计与使用
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摘要：在隧道施工的过程中，使用混凝土进行二次衬砌是相当重要的一个工作，而且随着时代发展，对于混凝土二次衬砌工作有了新的要求，要求质量更高、工期更短，在这种趋势下做好衬砌台车设计成了必然要求。本文介绍了隧道衬砌台车施工要求，并探讨了变截面隧道衬砌台车设计与使用要点。
关键词：隧道；衬砌台车；设计；变截面
中图分类号：U45文献标识码： A
一、隧道衬砌台车及其要求
衬砌台车是隧道施工过程二次衬砌中必须使用的专用设备，用于对隧道内壁的砼衬砌施工。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。
隧道衬砌台车的一般要求：
（1）模板外型尺寸要能满足隧道断面要求。其形状误差要求如下：≤3m时，不大于10mm，R>3m时，不大于20mm（R指隧道断面处最大断面半径）。
（2）必须保证模板中心与隧道中心线重合。因此在台车主台架横向不移位的情况下模板能左右移动（即水平移动），一般水平移动距离不超过中心线±150mm。
（3）模板的动作要能有效地完成支模、拆模、锁定定位工作。近年来设计的模板台车其模板的支模、脱模均采用液压驱动，锁定采用机械装置来完成。整体模板应留有作业窗、注浆孔以满足施工要求。整体模板的长度、门架行走轮的轴距与隧道转弯半径及其他配套机械的施工组织有关，一般模板长度在6m～12m，门架轴距小于整个模板长度1m左右。
（4）台车各部件的设计应能满足运输条件。台车主台架内净空应能满足其他施工机械的通过。
（5）根据用户要求，台车行走有自行式和非自行式。无论哪种型式都应考虑能满足其他机械拖拉行驶的条件，同时还须考虑当台车过岔道时的通过能力。
二、隧道衬砌台车设计
（一）模板
常用的隧道衬砌台车模板系统的设计需要根据施工要求了解模板轮廓线、模板衬砌长度、作业窗及注浆口的布置和定位、搭接长度等来考虑模板的分块、分模情况以及脱模间隙。
（1）作业窗、注浆口位置及类型的确定：根据要求布置作业窗注浆口（最下面一排作业窗距边基高度不大于1500mm），注浆口一般采用关闭后外弧面是平的类型。
（2）面板长度的确定：根据总体设计进行分模，确定铰接结构的位置，但面板的长度最好不要在5950~6500mm之间。
（3）模板面板、腹板、角钢等材料的设计：面板厚度一般采用8mm~12mm之间，腹板上关键点需要布置相应的螺栓孔，腹板间选择合适的加强材料。
（4）模板脱模间隙的设计：脱模间隙最小处不小于60mm（即顶模与边模铰接处），一般情况下按110mm设计，地面间隙大于150mm；需要考虑涂脱模剂的空间（不小于350mm）。
对于变截面隧道衬砌台车模板系统的顶模设计方案有四种。第一，在顶模变截面处采用加宽块。即根据隧道的断面尺寸，选择其中最小的一个断面尺寸来作为设计的基准断面，顶模分为左右两块设计，在施工最小断面处时可以直接使用，而在其他加宽的断面施工时，则将顶模从中间分开，并同时将两侧的顶、侧模移动到相应的位置，通过在中间进行加宽块的安装，并通过加高垫、油缸或者两者结合的方式将模板升至设计的要求高度。第二，旋转顶模，并加装加宽块。其台车最小断面时的设计和使用过程与方案1相同，而在加宽断面的使用过程中，应将顶模从中间的连接处分开，同时顶模和侧模向外移动到相应的位置，并将两个半块的顶模围绕铰接销轴，向外旋转直至其顶模的端点与设计的轮廓线的相切，然后再进行所需的加宽块、加高垫等的安装。第三，旋转一部分顶模，并加装加宽块。即根据隧道断面的尺寸，将其中最小的一个断面尺寸作为设计的基准断面，并将顶模分为四块进行设计，其模板之间采用螺栓连接，在最小断面的施工过程中可以直接使用，而在其他断面的施工时，则将顶模从正中间分开，并同时将两侧的顶、侧模移动到相应的位置，然后将一侧的模板向外旋转直至其顶模的端点与设计的轮廓线相切，然后再进行所需的加宽块的安装，同时通过加高垫、油缸或者两者结合的方式将模板升至设计的要求高度。第四，将不同断面处一侧的顶模模板全部更换。即在变截面处的顶模相切点部位采用螺栓连接，从而使其在不同断面的使用过程中，逐步更换一侧的顶模模板，而侧模的位置则随之向内或向外移动。采取此种方案时应当注意顶模与支撑系统中的上模梁的连接位置必须满足另一侧的顶模尺寸要求，以便保证变断面时的可操作性。
（二）门架
门架系统的作用是支撑整个模板系统与承受衬砌时压力防止模板变形与向内收缩。门架主要有上下纵梁、立柱、门架横梁、纵向联接件、加强斜撑、模板横梁、模板立柱、丝杆、油缸、横移机构、行走机构等部件。其中，门架横梁作为模板台车重要的承重部件，对材料的强度和刚度要求较高，一般断面采用H型钢、工钢等拼焊而成。对于变截面隧道,模板均要向外侧移动,门架横梁必须加长。在设计时可在一侧增加加宽块，并移动横移机构至加宽块一侧；或将其设计成左右二块，在中间部位增加加宽块，横移机构随这两块移动而移动。
（四）液压系统
台车设计升降油缸，模板油缸和横移油缸，油缸的行程、零行程长度、缸径及杆径大小、管路接头形式、连接销孔直径、连接结构尺寸、油孔方向及外形尺寸根据方案来确定；液压系统工作压力一般情况下按12MPa考虑，额定压力按16MPa考虑。变截面需增加与此相配的接头和油管的数量等。液压系统可以提高隧道衬砌台车的工作效率，减少工人工作量。
（五）其他辅助系统
模板台车应考虑通风管的穿越形式；应设置足够的承重螺杆和丝杆支撑；模板台车拱顶应在适当的位置设置混凝土的封堵装置和检查孔；模板台车上安装的附着式振动器应能单独启动；曲线地段应考虑内外弧长差引起的左右侧搭接长度的变化，以使弧线圆顺，减少接缝错台，确保台车前后端模板弧度一致；确保灌注孔在模板台车拱顶中间位置，以保证两侧混凝土同时对称浇筑。
三、隧道衬砌台车的使用
（一）衬砌台车的安装
因隧道施工方法不同，台车安装方法分为洞外安装后自行进洞和洞内吊装两种。若采用洞内安装，应事先将安装地带开挖轮廓适当放大，一般放大50～80cm。并根据隧道断面大小及台车长度，在拱部沿轴线设注浆锚杆3―6支，间隔约为1/4模板长度，并将锚杆端部弯成弯勾，以利固定手拉葫芦。因洞内空间有限，运输台车部件应合理安排先后顺序。先将主架组装好并接好行走电机，以便安装模板。顶模拼装好后用手拉葫芦吊起，移动台车主架到顶模下，安装顶模。侧模侧立在隧道边墙上，待顶模安装好后依次用手拉葫芦吊起安装在拱模板上，并用销子连接。若采用洞外吊装，吊装前应选择便于进洞的安装地段，安装完后台车轴线与隧道轴线夹角应不大于5度。对于铺设轨道，枕木和钢轨必须合乎要求，铺设后轨距误差控制在±10mm以内；轨道与枕木必须用道钉固定，防止台车行走时发生危险；枕木间距不得大于70cm，以免钢轨被压断。
（二）拆模
当混凝土的强度达到要求时，拆除底螺杆支撑，自下而上拆除堵头板、松开各层侧向丝杠，将铰接以下部分台车回收，使其与混凝土分离开；操作升降油缸，使其达到零行程使台车整体下降，将铰接以上部位台车和混凝土分离开；此时测量人员应校核台车的通过净空，如果边模侵占了通过车辆的行走净空，则需要重新调整模板油缸的行程，满足行车安全要求，完成拆模。检查每一个拆模的步骤到位情况，确认到位后，平移台车至下组衬砌位置；检查衬砌混凝土的外观质量，分析问题原因，进行局部修补；检查钢模板是否有变形部位，以便更换；彻底清除模板表面的混凝土，均匀涂抹脱模剂。
参考文献
[1]刘谭升.大跨度变截面(燕尾段)衬砌台车设计、制造与应用
[J].铁道建筑技术,2008年5期.
[2]李绍锋.新中梁山隧道大跨可调断面衬砌台车设计与应用[J].科技与企业,2014年8期.
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