一种小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法与流程

本发明涉及轨道施工技术领域，特别涉及一种小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法。

背景技术：

衬砌，指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。衬砌技术通常是应用于隧道工程、水利渠道中。

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。

台车是隧道混凝土衬砌一次成型设备，产品性能良好、结构合理、衬砌质量高，是隧道二衬施工普遍采用的施工设备。砼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。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。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。

因此，如何根据设计、规范、施工工期及隧道围岩特性，设计及订做合适尺寸的台车，是隧道施工技术人员需要掌握的技巧。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法，其克服了现有技术的上述缺陷，根据设计、规范、施工工期及隧道围岩特性，设计及订做合适尺寸的台车。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)钢模衬砌台车结构形式选择；

2)钢模衬砌台车工期进度安排；

3)隧道衬砌施工台车长度确定；以及

4)经济性分析。

优选地，上述技术方案中，所述步骤3)隧道衬砌施工台车长度确定，包括：偏移量分析以及台车搭接量分析。

优选地，上述技术方案中，所述步骤4)经济性分析，包括：价格分析、工期长短分析、组装以及定位分析。

优选地，上述技术方案中，所述偏移量分析采用以下公式：

优选地，上述技术方案中，通过偏移量分析公式，得隧道为圆曲线隧道，隧道曲线半径均相等：

δ＝r-a＝(400-2.9)-397.05＝0.05m＝5cm。

优选地，上述技术方案中，考虑隧道二衬外弧与内弧的保护层，二衬厚度均在合理范围内，故台车偏移量取1/2即：

台车偏移量＝1/2δ＝2.5cm。

优选地，上述技术方案中，式中，r为隧道曲线半径、l为台车长度、θ为中线与曲线半径的夹角、a为中线。

优选地，上述技术方案中，通过上述公式推理可知：

优选地，上述技术方案中，所述步骤3)的定位方法具体为：以衬砌圆心为原点建立平面坐标系，通过控制拱部模板中心点，拱部模板同墙部模板的两个铰接点，两墙部模板的底脚点来精确控制台车就位；

台车走行至立模位置后，先利用竖向丝杠调整其标高，在利用横向和侧向丝杠调整其平面位置，使模板中心线与隧道中心线重合，并用五点定位法复测台车模板两端断面，拉线检查中部模板是否翘曲或扭动，直至准确为止。

优选地，上述技术方案中，在曲线段施工时应考虑内外弧长引起的左右侧搭接长度的变化，调整过程中保证弧线圆顺。

本发明上述技术方案，具有如下有益效果：

本发明的小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法，成功分析出造价低，定位、组装、运输均方便的台车，有利于节省工期；

同时，本发明的小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法，其对于不同断面的施工也能满足，

再者，本发明的小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法，对于隧道断面能够满足二衬厚度及保护层等多方面的要求。

附图说明

图1为本发明的一种小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法的偏移量分析图。

图2为本发明的一种小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法的台车搭接量分析图。

图3为本发明的一种小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法的台车搭接量分析图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细描述，以便于进一步理解本发明。

一种小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法，包括以下方法：

1)钢模衬砌台车结构形式选择；

2)钢模衬砌台车工期进度安排；

3)隧道衬砌施工台车长度确定：

包括：偏移量分析、台车搭接量分析；

4)经济性分析：

包括：价格分析、工期长短分析、组装以及定位分析。

本发明的实施例以北京地铁6号线西延工程为例，起终点左、右线间距约为17米，中途线间距变动范围为10m～23m。区间采用矿山法施工，采用单线单洞马蹄形断面、复合衬砌结构。线路纵剖面为v字坡。当然，本发明并不以此为限，其仅代表本发明的优选实施例。

详细来说：

一种小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法，包括以下步骤：

1、钢模衬砌台车结构形式选择：

二次衬砌，其采用整体式钢模板台车全断面衬砌施工。根据现行的施工技术及施工经验，将左右洞各采用1台通用的液压式钢模衬砌台车，台车架刚性要求低，结构型式灵活，重量轻，加工要求和施工中车辆通行标高要求低。

行走机构由主动行走、被动行走两部分组成，整机行走由2套主动行走机构完成，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。

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。

模板由螺栓联为一体的数块顶模和侧模组成，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，过程中不需拆模板，通过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。

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。

2、钢模衬砌台车工期进度安排

左右线隧道均采用c40钢筋混凝土：两个循环之间的时间间隔为2天，左右线各采用一台台车，单线长度约为1487.315m。

采用台车的常规尺寸进行试算：

(1)全部采用9米或以下台车，1487.315/9＝166天≈5.5个月。

(2)全部采用12米及以上台车，1487.315/12＝124天≈4个月。

(3)因工期要求为年底之前区间二衬全部完成，1、2号井竖井横通道及3号井人防也均完成。

3、隧道衬砌施工台车长度确定

因2号竖井曲线半径较小，隧道中心线与台车中线存在偏差，与直线段施工有较大不同，考虑到钢筋保护层及混凝土厚度，因此对衬砌施工段台车长度重新考虑。

由于市面上台车长度普遍为12m、9m台车，考虑到施工方便及经济性，故考虑最大12m台车进行论证。

该地铁二号竖井曲线半径400m，半径较小，曲线弧度较大，以右线向东为例，xk3+782.133-xk4+137.506为曲线段，其中xk3+782.133-xk3+847.133，xk4+72.506-xk4+137.506为缓和曲线段，xk3+847.133-xk4+72.506为圆曲线段，结构中心线与隧道中线最大偏距为159.9mm，隧道净空为5.8m。

由于曲线幅度较大，在衬砌台车施工过程中台车中心线与隧道中心线会造成一定程度的偏差，从而造成台车两侧厚度不匀，具体表现为：

一侧厚度过大，一侧厚度不足，甚至露筋的风险。这就要求现场施工通过对台车调整，包括对每板二衬长度的确定，即台车长度的确定。

(1)偏移量分析

图1中：

r为隧道曲线半径、l为台车长度、θ为中线与曲线半径的夹角、a为中线。

如图1所示：

r＝400-1/2隧道净空；l＝12m则台车中心距圆心的距离：

因此隧道为圆曲线隧道，隧道曲线半径均相等：

故δ＝r-a＝(400-2.9)-397.05＝0.05m＝5cm

因要考虑隧道二衬外弧与内弧的保护层，二衬厚度均在合理范围内，故台车偏移量取1/2即：

台车偏移量＝1/2δ＝2.5cm

根据苹西区间图纸要求初支外放量为5cm，测量误差及施工误差取2cm，总结来说2.5+2＝4.5cm<5cm，故12米台车符合要求。

(2)台车搭接量分析

台车搭接量是在二衬台车施工中必须要考虑的一个因素，若搭接量过长，一则浪费成本，二则在曲线段是台车由于要和上一板混凝土面紧贴故很难进行定位；若搭接量过短，则容易跑浆，造成不必要的损失。

故台车的搭接量一般选取5-25cm为宜。

根据图1中可知

根据图2、图3中可知(此中a与图1中a不相等，a＝δ＝台车中心部位于净空线的偏差值)

经过论证可知θ＝α

由此可以得出在外弧搭接量为0的极限情况下台车的搭接量

由于a＝4.4cm<5cm，所以每板二衬长度要取小于12m，经过验算取11.95m最为合适。

4、经济性分析

(1)价格分析

台车采用组台焊接型钢和桁架式杆件组装形成。

单根杆件运输，现场螺栓连接，可节约大型运输、起重设备的台班费用。加固时可任意使用脚手架钢管、顶丝、卡扣等周转材料，降低一次性用料成本。

普通台车用钢量70t，本台车用钢量仅48t。

根据市场价格台车一吨的价格为6600元/吨。由此可知：

台车重量为70吨，总价格为462000元；

台车重量为48吨，总价格为316800元。

价格差为462000-316800＝145200元。

(2)整体推进，可缩短工期

台车在工地只拼装一次，从灌筑第一仓混凝土到最后一仓混凝土，台车不用拆卸，只需调节伸缩丝杠，将边拱向里收200mm，台车整体下沉后，行走轮落在轨道上。使隧道和台车之问有200mm空隙，便于台车整体推进到下一循环。

台车从收拢、清理模板、推进就位、调节到下一循环灌筑混凝土，全过程比一般人工支模缩短84h，隧道每延米节约拆、支模用工9.33工日。

(3)可用于灌筑多种形式隧道混凝土

当隧道拐弯呈弧线，用普通台车灌筑混凝土时，每两循环交接处会出现折线。以400m半径隧道每循环计，错台理论值仅为1.6mm，肉眼不能看出折点，呈光滑弧线，顺畅自然。

(4)台车断面可调，可用于不同尺寸断面

本台车除外圈弧形钢模板为固定尺寸外，其余部件各连接板均采用统一规格。

也可根据新断面需要随意搭配并调整台车断面尺寸，座到多断面重复使用，从而降低工程成本。

(5)组装方便

台车杆、部件轻便，不受环境场地限制，在洞内用人工即可组装，节约吊车机械台班，操作安全。

本台车上拱部模板不拆，随台车整体推进，模板清理、上油用长绳拖布法，省去了每次拆模、安装，节约用工30工日。

(6)快速定位

台车定位五点定位法：

即以衬砌圆心为原点建立平面坐标系，通过控制拱部模板中心点，拱部模板同墙部模板的两个铰接点，两墙部模板的底脚点来精确控制台车就位。

台车走行至立模位置后，先利用竖向丝杠调整其标高，在利用横向和侧向丝杠调整其平面位置，使模板中心线与隧道中心线重合，并用五点定位法复测台车模板两端断面，拉线检查中部模板是否翘曲或扭动，直至准确为止。

在曲线段施工时还应考虑内外弧长引起的左右侧搭接长度的变化，调整过程中尽量保证弧线圆顺。

定位的所有操作均可现场利用操作杆直接进行调整，省去了普通台车的人工校模的麻烦，且由于预制钢模板的一体性，保证了台车定位方便、快捷、省时省力。

由以上分析此种台车，其造价低，定位、组装、运输均方便，有利于节省工期，对于不同断面的施工也能满足，且对于隧道断面能够满足二衬厚度及保护层等多方面的要求，经过综合考虑采用长度为12m的液压式钢模衬砌台车。

综合分析，本发明具有以下优点：

本发明的小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法，成功分析出造价低，定位、组装、运输均方便的台车，有利于节省工期；

同时，本发明的小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法，其对于不同断面的施工也能满足，

再者，本发明的小曲线半径暗挖法隧道台车选型方法，对于隧道断面能够满足二衬厚度及保护层等多方面的要求。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用于限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种不同的选择和修改，因此本发明的保护范围由权利要求书及其等同形式所限定。