二衬台车实施方案

中国中铁

贵州公路建设项目毕节至都格公路BD-TX合同段

隧道二衬台车 实施方案

编 制： 复 核： 批 准：

毕节至都格高速公路BD-TX合同段项目部

二〇一三年三月

目 录

目 录 .............................................................................................................................................. 1

1.工程概况及台车简介........................................................................................................... 2 1.1工程概况 ....................................................................................................................... 2 1.2 台车概况 ...................................................................................................................... 2 2.台车主要结构....................................................................................................................... 4 2.1 行走系统 ...................................................................................................................... 4 2.2 门架系统 ...................................................................................................................... 4 2.3 整体钢模面板............................................................................................................... 4 2.4 液压系统 ...................................................................................................................... 4 2.5 电气系统 ...................................................................................................................... 4 2.6 加固系统 ...................................................................................................................... 5 3.台车安装 .............................................................................................................................. 5 3.1 安装地点选择............................................................................................................... 5 3.2平整场地，铺设轨道.................................................................................................... 5 3.3安装行走轮架总成........................................................................................................ 5 3.4安装底纵梁.................................................................................................................... 5 3.5安装门架 ....................................................................................................................... 5 3.6安装锁梁、剪刀撑........................................................................................................ 5 3.7安装台梁 ....................................................................................................................... 5 3.8安装吊梁立柱、顶模板................................................................................................ 5 3.9 安装边模 ...................................................................................................................... 6 3.10安装液压及电器系统.................................................................................................. 6 3.11安装附件及验收.......................................................................................................... 6 4.力学计算 .............................................................................................................................. 6 4.1 计算依据 ...................................................................................................................... 6 4.2 计算参数 ...................................................................................................................... 6 4.3载荷计算及力学模型的建立........................................................................................ 7 4.4 模板的弯曲应力........................................................................................................... 9 4.5 模板的最大位移......................................................................................................... 11 4.6 门架验算 .................................................................................................................... 11 4.7 结论 ............................................................................................................................ 12

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隧道二衬台车实施方案

1.工程概况及台车简介

1.1工程概况

岳家湾暗挖隧道左线起止里程为ZK120+423~ZK124+560, 右线起止里程为YK120+463~YK124+565，区间隧道单洞长度共计8239m。岳家湾隧道左线平面线形为直线、R=4000m的左偏圆曲线、直线、A-420m、R=1200m的右偏圆曲线；右线平面线形为直线、R=4000m的左偏圆曲线、直线、A-450m、R=1250的右偏圆曲线。 1.2 台车概况

1.2.1、台车长度的确定

根据计算得最小半径（1200m）圆曲线与12m直线弧弦距（矢距）H=36mm，考虑到台车净空尺寸放大5cm，现场采用12m长二衬台车能够满足设计及施工要求。本方案在计算中选用进出口4套二衬台车中最大的台车进行检算,且选取二衬厚度在Ⅴ级围岩时的厚度50cm为控制计算进行结构检算。

1.2.2、台车概况

根据隧道设计衬砌断面和施工具体要求，以及根据我部砼的施工方法，制定台车具体方案如图1、2。台车采用电机驱动整体有轨行走，模板采用全液压操作，利用液压缸支（收）模板，机械丝杆机械固定。台车基本技术参数

模板最大长度 L＝12000mm

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门架内净空高度 4750mm 台车轨距 B=6500mm 行走速度 5-8m/min 爬坡能力 3% 电 源 380V/220V 总功率 20.5Kw 行走电机5.5KW*2=11KW 油泵电机5.5KW 液压系统压力 Pmax=16MPa 油缸技术参数：

顶升油缸 D200*d90*S300 边模油缸 D120*d55*S300 平移油缸 D130*d55*S200

边墙高度边墙高度

图1 二衬台车结构尺寸示意图

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图2 二衬台车侧视图

2.台车主要结构

台车由行走系统、门架系统、钢模板、加固系统、液压系统、电气控制系统、加固系统等部分组成。 2.1 行走系统

行走系统采用2台7.5KW电机驱动，配32316轴承，20A链条驱动钢轮行走，共2套驱动装置，分别安装于台车门架立柱（下纵梁）下端，左右侧各一台，电机配减速齿轮箱，沿布好的轨道行走。 2.2 门架系统

台车门架设计共5榀，由双层门架横梁，上下纵梁，门架立柱，门架立柱连接梁，剪力架等部件组成。架体面板厚14cm。腹板厚12mm，能够保证足够强度。台车下不考虑行车，尽量减小门架横梁跨度，以减少门架横梁的受力，门架的各个部件通过螺栓连为一体，门架支撑于行走轮架上，下纵梁安装基础顶撑，衬砌施工时，混凝土载荷通过模板传递到门架上，在传递到下纵梁，并分别通过行走轮和基础顶撑传至轨道及地面，在行走状态下，基础顶撑应缩回，门架上部前段装有操作平台，放置液压及电气装置。 2.3 整体钢模面板

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单块模板宽度为1.5m，为保证模板有足够的强度，面板采用10mm，同时采用75mm角钢加强，间距250mm，并在每件模板里增加加强弧立板来保证强度和曲度，以保证衬砌轮廓符合设计要求及衬砌美观。在制作过程中为保证模板外表质量和外形尺寸精度等，采用合理的加工，焊接工艺，设计并加工专用拼装焊接胎膜，有效保证整体外形尺寸的准确度，尽量减少焊接变形以及外表面凹凸等缺陷，采用过盈配合的稳定销，将相邻模板的连接板固定为一体，有效控制相邻模板的错台问题，最终保证混凝土的衬砌质量。 2.4 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、液压油箱及液压管路组成。 2.5 电气系统

主要由液压电机、行走电机、振动器、照明等组成。 2.6 加固系统

台车定位好之后，需对台车进行加固，主要包括纵梁横撑加固、面板丝杆支撑以及基础支撑。

3.台车安装

3.1 安装地点选择

考虑到目前施工进度，结合现场实际情况，选择左线ZK120+400-423段及ZK124+560-580段，右线YK120+440-460段及YK120+565-590段做为台车拼装地段。采用洞外安装方式进行拼装 。 3.2 平整场地，铺设轨道

拼装台车地段所有杂物清走，风水管改线，场地尽量平坦，以便安装作业 。按台车轨距要求，铺设轨道，轨道要求平直，无明显三角坑，接头无错台，前后、左右高差＜5mm，中心线尽量与隧道中心线重合，其误差＜15mm，轨道枕木间距按30cm控制，并用道钉固牢，钢轨采用43kg/m重轨。 3.3 安装行走轮架总成

利用起吊装置（手拉葫芦、挖机配合）将主动轮架和从动轮架，分别放在已铺好的轨道上，并做临时支撑，按着底纵梁中心线，调整前后轮架的距离，并用

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对角线相等的原理，调整轮架的正确方位，并垫平固定。 3.4 安装底纵梁

将底纵梁吊至已摆好的轮架之上，并用螺栓，加设临时支撑，校核对角线有无变化，如果在正确值内，可安装门形架。 3.5 安装门架

在现场先在地面组装门形架单片总成。然后一片一片的吊装于底纵梁相对位置，用螺栓临时固定。 3.6 安装锁梁、剪刀撑

为了尽快成为一个有机整体，安装完门形架紧接着安装锁梁和各空间所设的剪刀撑。利用垂球或眼观的方式进行调整、找正。并及时紧固各部螺栓，使其形成一个完整的骨架。 3.7 安装台梁

先安装顶升油缸等各部件， 再将台梁采用手拉葫芦调至拱顶，然后采用来回移动台车的方式把台梁吊装于顶升油缸之上，调整好中心距和对角线以后，加设临时支撑，用螺栓紧固。 3.8 安装吊梁立柱、顶模板

在安装顶模时应从中间开始，向两端延伸，这样可减少累计误差，安装好中间第一块顶模，经检查弦长和弦高符合设计标准后，再安装其它顶模，直至完成顶模安装任务，安装方法同台梁。为了台车的稳定性，此时将台车上的各种斜撑和剪刀撑全部校核扭紧。 3.9 安装边模

顶模经检查无误后可以安装边模，安装边模时要对称安装 ，以防侧倾，在安装前应把边模先运进洞，按顺序把模板靠在边墙基础上，移动台车，采用电动葫芦一块块吊装。

边模安装经调整，表面光滑、平整、接缝处无错台、几何尺寸符合设计要求，即可安装通梁和支撑系统。 3.10 安装液压及电器系统

行走电器要先于安装 ，以便台车的前后移动。液压系统按台车设计要求安装。 3.11 安装附件及验收

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台车大件安装完毕后即进行栏杆、踏梯和工作平台、振动器等附加的安装，完毕后检查所有紧固螺栓，进行空载试车，检查电器液压系统工作是否正常、各种动作是否灵活准确到位，如一切正常，再次检查台车断面尺寸，自检合格后，报监理验收。

4.力学计算

4.1 计算依据

本隧道台车长度为10.5m，模板面板厚度为10mm，门架面板16mm，门架腹板厚12mm，根据《机械设计手册第一卷》、《弹性和塑性力学中有限单元法》、《材料力学》与《结构力学》，对本台车进行结构检算，验证台车的力学性能能否满足要求。 4.2 计算参数

砼的重力密度为：26KN/m³，砼浇筑速度：2m/h，砼入模时的温度取15℃，掺外加剂。钢材取Q235钢，重力密度：78.5KN/m³，弹性模量为206GPa，容许抗压应力为130MPa，容许弯曲应力取381MPa（1.25的提高系数）。 4.3载荷计算及力学模型的建立

4.3.1、振动器产生的荷载：4.0KN/㎡或倾倒混凝土产生的冲击荷载：4.0KN/㎡，二者不同时计算 4.3.2、对侧模产生的压力

砼对侧模产生的压力主要为侧压力，侧压力计算公式为： P=kγh

当V/T＜0.035时，h=0.22+24.9V/T 当V/T＞0.035时，h=1.53+3.8V/T

式中：P-新浇筑混凝土对模板产生的最大侧压力（KPa） h-有效压头高度（m） V-混凝土浇筑速度（m/h）

T-混凝土入模时的温度（℃） γ-混凝土的容重（KN/m³）

k-外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取k=1.0，掺缓凝剂作用的外加剂

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时k=1.2。

根据前述已知条件： 因为：V/T=2/15=0.13＞0.035

所以：h=1.53+3.8V/T=1.53+3.8×0.13=2.024m 最大侧压力为：P=kγh=1.2×26×2.024=63KN/㎡ 所以侧模受到的压力P=63+4=67KN/㎡。 4.3.3、砼对顶模产生的压力

砼对顶模产生的压力由砼的重力和灌注砼的侧压力组成： 重力P1=γg=26KN/m³X0.5m=13KN/㎡，其中g为浇筑砼的厚度 由于圆弧坡度变小，取灌注为1m/h。 因为：V/T=1/15=0.07＞0.035

所以h=1.53+3.8V/T=1.53+3.8×0.07=1.8m 侧压力为：P2=kγh=1.2×26×1.8=56.2KN/㎡， 所以顶模受到的压力P=P1+P2=13+56.2+4=73KN/㎡。

4.3.4、力学模型建立

台车模板由宽1.5m、厚10mm的整块钢板冷弯拼接而成，根据以上计算，砼对顶模产生的压力最大，取台车最顶部2*1.5m部分，建立力学计算模型如下图。

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P2挤压力P1 砼自重验算模型受力简图

荷载图Mmax弯矩图单元结构受力简图

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YX1Y1OY1XX1梁单元横截面图4.4 模板的弯曲应力

由于模板的表面每隔250mm有一根背筋（加强角钢L75×6），因此我们可以把它简化成间隔250mm的梁单元来考虑。将宽度为250mm的模板所受到的荷载折算成梁上均布荷载，其翼缘板的宽度取它与之相邻筋板间距的30％（参考《弹性和塑性力学中有限单元法》中97页），即250×0.3=75mm，偏于安全。 根据上述模板所受的面载荷为6.2t/㎡，那么在250mm宽，1500mm长的面积上所受到的载荷为6.2×0.25×1.5=2.325t，将此载荷作用在1.5米长梁上，则其均布荷载q为2.325/1.5=1.55t/m。

将整个模板等效成梁单元的空间框架结构，利用有限原理理论，取一根梁进行分析，简化后梁单元力学模型按简支梁处理，其单元结构受力简图如图所示，这是因为两边有220mm高的拱板及立柱支撑，梁的截面如图所示。

为计算梁的弯曲应力，就必须先计算梁横断面的截面的形心，该截面是由L75×6mm的角钢及150×10mm的矩形组合截面，根据图示坐系，计算组合截面形心0的X\\Y坐标。

根据《材料力学》组合截形心公式计算形心X、Y的坐标， X=∑AiXi/∑Ai,Y=∑AiYi/∑Ai,

查表可知角钢75*6的横截积A=879.7mm2，惯性矩Ix=469500 mm2。 将各值代入，则：

X=（150×10×75+879.7×95.7）/（1200+879.7）=94.6mm

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Y=（150×10×75+879.7×20.7）/（1200+879.7）=62.85mm

根据组合截面的平行移轴公式计算组合截面的惯性矩Lx：Ix=150×83/12+10*150×24.66 ²+469500+879.7×33.64 ²=2378223.05 mm4。 抗弯截面模数W1=Ix/（85-62.85）=107369mm³ 抗弯截面模数W2=Ix/62.85=37839.7 mm³

筒支梁受到均布载荷作用下的最大弯矩位于跨中，其值为：Mmax=ql ²/8=1.55×10×1.5 ²/8=3.5×10 ³N.m。

梁的最大弯曲应力0=Mmax/W2=3.5×10³/3.784×10-5=92.5Mpa≤381 Mpa。所以模板强度满足要求。 4.5 模板的最大位移

梁单位的最大变形量，及模板的最大位移。根据受均布载荷简支梁的位移公式：fmax=5ql4/384EI;式中，E-弹性模量，E=2.1×10MPa：I--截面的惯性矩， I=2.4×10-6 m4

q—梁受到的均布荷载，1.55×104N l--梁的长度L=1.5m。 将以上各值代入： Fmax==3.5mm

即模板的最大变形为3.5mm

根据《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1---2004可知，砼表面平整度要求20mm，大于3.5mm。即模板的刚度也同样满足要求。 4.6 门架验算

门架刚度、强度根据《机械设计手册第一卷》与《结构力学》中相关公式进行计算。 a、计算模型：

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FAFAF543.9F

如上图建立门架计算模型，图中所示门架中A截面（正中间）最为薄弱。故只校核A截面抗弯能力。 b、强度校核

MW

30(B)1.61.285(H)

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BH3bh3W6H=(30×85^3-16×81.8^3)/(6×85)=18953cm3

M=561.3F=561.3×27195=15264553.5kgfcm 故：

MW=15264553.5/18953=805.4kgf/cm2<1300kgf/cm2

故门架强度符合要求。 4.7 结论

台车所受的混凝土压力是以最大情况来设定的，通过以上的受力验算可知，模板厚10mm，背筋（加强角钢，为＜75×6，间距为250mm的模板台车对于二衬厚度500mm的混凝土隧道来说，其强度和刚度均是足够的，各个部件均能够满足受力要求，因此本台车能够满足施工的受力要求。