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1、隧道衬砌施工模板台车的设计杨明刚(中铁八局一公司,重庆400050)【摘要】论述隧道衬砌施工用模板台车的要求,通过一实例介绍模板台车的模板、小台架、主台架三大部件的设计计算方法。【关键词】隧道施工;模板台车;设计【中图分类号】U45513+9【文献标识码】B为获得高质量混凝土的衬砌,为快速完成隧道施工中混凝土的衬砌工作,现在铁路、公路、水工等隧道施工中多采用模板台车来代替人工衬砌及小型模板衬砌。近些年来,笔者所在工厂分别设计制造了铁路单线、公路双线、水工圆型模板台车,经使用达到了预期效果。由于每个隧道断面千差万别,就此机而言,其中每一台都是非标设备,现就台车设计中的一些基
2、本要点作一简述。大部件的设计,本文简单地对这三大结构件作一些力的分析和计算。1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:R≤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±50mm。(3)为满足隧道纵向坡度要求,在台车主台架不能作纵向调整时,顶模必须能作调整。即纵向前后调整以形成坡度,满足隧道断面要求。(4)模板的动作要能有效地完成支模、脱模、锁定定位工作。近年来设计
3、的模板台车其模板的支模、脱模均采用液压驱动,锁定是用机械装置来完成的。(5)整体模板应留有作业窗、灌注窗以满足施工要求。(6)台车各部件的设计应能满足运输条件。(7)台车主台架内净空应能满足其他施工机械的通过。(8)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。(9)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。图1模板台车构造211台车所承受的载荷(1)台车使用时是隧道喷锚后,故仅为灌注混凝土时所
4、承受载荷,不计围岩对台车的压力。(2)灌注时不同的施工方法及混凝土的捣固所产生的荷载。即台车在工作时所受载荷有:拱架模板自重、拱顶的砼重量,边模受到的砼的侧压、捣固力等,在设计时,还应考虑按砼厚度另加15～20%超挖回填量,且动载系数选为1115。212各主要结构件的设计21211模板分为顶拱和边拱两部分。(a)2设计实例2003年我厂承担了渝黔高速青杠哨公路隧道模板台车的设计与制造,该机为自行液压式模板台车,总长1216m,模板联接为铰接,其结构件主要由主台架、小台架、模板等组成,如图1。它们是台车的主要结构件,台车工作可靠与否在于此三(b)图2拱圈受力分析[收稿日期]
5、2005-03-14[作者简介]杨明刚,大学毕业,工程师,总工程师。143四川建筑第25卷3期200516·施工技术·(1)顶拱。拱圈是一主要受力体,简化如图2(a)。假设拱圈全拱受力,如取其中l段作受力分析,它是一个刚性静不定结构。如图2(b)。假想在X处切开,我们可知X1、X3是轴线对称,X2是反对称的,根据刚架切口处必须保证相对位移和转角为0,可列出方程式:确定该梁的截面惯性矩,确定截面尺寸。X1δ11+X2δ12+X3δ13+△1p=0X1δ21+X2δ22+X3δ23+△2p=0X1δ31+X2δ32+X3δ33+△3p=0根据莫尔定理及位移互等定理有:(1)(
6、2)(3)图6小台架主梁受力简图00δ12=∫M1gM2=gdx=0EI00δ23=∫M2gM3=gdx=0EIδ12=δ21,δ23=δ32可以解出X1、X2、X3力,然后按弯矩及强度理论,求出顶拱的最大应力σ,进而确定满足要求的拱圈尺寸。(2)边模。边模的载荷图如图3。在x方向,最大荷载为均布q即砼的厚度均布值,计算时可简化为DC两点支撑的简支梁计算,可得:图7主台架结构简图=q(DC)2/8Mmax在y轴方向,砼在垂直方向的重量很大,对边墙的侧压力沿边模铰点到墙脚,其侧压力是从0到q逐渐变化的,而从支承点A、B、C而言,此时我们可将边模简化为一多支承连续梁,如图4中
7、O-A-B-C,其为静不定梁。根据弯矩方程式求出支座反力FO、FA、FB、FC,求出弯矩图,求出最大弯矩My,max。从上述分析,为可靠起见,若选择最图8主台架受力简图213主台架(1)主台架的结构简图如图7。主台架是由前后两门架的钢轮支撑在钢轨上,故在x,y方向有位移存在的可能,因此作为单门架的计算时,其为静定结构。在y方向,可以视为主台架这一空间结构是由多片门架结构由纵梁连接而成的,纵梁仅起稳定作用。由此,主台架的空间受力就转化为单门架的受力分析及计算了。简图如图8。显然此为刚架平面静定结构。根据整个台车布置方式,其又为左
