二衬台车实施方案.docx

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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10

4.6门架验算10

4.7结论11

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

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

图1二衬台车结构尺寸示意图

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

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

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。

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=469500mm2。

将各值代入，则：

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

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*150×24.66²+469500+879.7×33.64²=2378223.05mm4。

抗弯截面模数W1=Ix/（85-62.85）=107369mm³

抗弯截面模数W2=Ix/62.85=37839.7mm³

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=ql²/8=1.55×10×1.5²/8=3.5×10³N.m。

梁的最大弯曲应力0=Mmax/W2=3.5×10³/3.784×10-5=92.5Mpa≤381Mpa。

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=2.4×10-6m4

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》JTGF80/1---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：

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

=（30×85^3-16×81.8^3）/（6×85）=18953cm3

M=561.3F=561.3×27195=15264553.5kgfcm

故：

=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。