隧道衬砌施工模板台车的设计.docx

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】 U4551 3 + 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 3 m 时 , 不大于 10 mm , R 3 m 时 , 不大于20 mm ( 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 50 mm 。(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 6 m12 m ,门架轴距小于整个模板长度 1 m 左右 。图 1 模板台车构造21 1 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 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 1520 %超挖回填量 ,且动载系数选为 11 15 。21 2 各主要结构件的设计21 21 1 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 121 6 m , 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 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2 0051 6 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。X111+ X212+ X313+ 1 p = 0X121+ X222+ X323+ 2 p = 0X131+ X232+ X333+ 3 p = 0根据莫尔定理及位移互等定理有 :( 1) ( 2)( 3)图 6 小台架主梁受力简图0 012 =M1 gM 2 = gd x = 0EI0 023 =M2 gM 3 = gd x = 0EI12 =21 , 23 =32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, 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 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 , ma x 。从上述分析 , 为可靠起见 , 若选择最图 8 主台架受力简图21 3 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 ,其又为左右对称结构且受力 状况也为左右对称。由此可知 F1 = F4 , F2 = F3 ,其均为侧墙千斤顶对主台架的作用反力 , P1 = P2 ,其为模板及小台架的 作用合力。我们可得到弯矩图 ,如图 9 。由上弯矩图知 ,最危险截面在 B 、C 处 ,根据强度理论max , W m/ | Q| 确定 B 、C 点几何尺寸。在实际使用时 ,还可能是在 x 轴方向无位移 ,此时的结构 受力状况也就不再是平面刚架静定结构了 ,而是一超静定结 构。为此 ,我们可以按超静定结构的力学模型进行解算 (如图10) ,列出正则方程式 ,求出最大弯矩 ,即可按强度理论计算出 最大截面的几何尺寸。此时可以将静定计算结果与超静定计算结果作比较 ,取 合理值。(2) 主台架走行梁 :分两种情况分析。空载时 ,主台架的架沿台车纵向通过门架柱脚将台车自重作 用在走行梁上 ,受力如图 10 (a) 。此时为静定结构 ,求出空载时走 行梁所受最大弯矩、最大剪力 ,求出截面尺寸。 (下转第 147 页)图 3 边模荷载简图大应力值应是 x 方向和 y 方向两项最大应图 4 边模受力简化力的合成 。根据第三强度理论 , 我们可求出其惯性矩 , 进一步确定拱圈截面尺寸 。显然按顶拱与边拱分别求出的值可能会 不一样 , 为便于结构设计 , 我们可将拱圈截面选为同一尺寸 来进行结构设计 。21 21 2 小台架的受力分析 从结构图分析 , 小台架的承重为两根主梁如图 5 。此梁是一过渡的承重梁 , 其图 5 小台架结构作用是将灌注时模板载荷传递到主台架上。模板沿纵向是通过多个支点将外力作用在小台架的主梁上的 ,因此可假设顶拱为一连续载荷作用在小台 架主梁上 ,小台架主梁由主台架支承成为多点受力支座 ,如简 图 6 ,它是一个连续的多跨梁 ,用弯矩方程式可求解 ,画出弯矩图、剪力图 ,求得 Mmax 、Qmax ,按强度理论= 2 + 32 144四川建筑第 25 卷 3 期2 0051 6 经营管理 少可能引起损失的各项风险因素而采取的策略 ,其目的是为了减少损失概率 。(3) 风险减轻 。风险减轻是指在公路工程项目风险事件 发生时或发生后 ,采取应急或补救措施 ,以减轻损失范围和 损失程度的策略 。(4) 风险转移 。风险转移是指借用合同或协议 ,在风险 事件一旦发生时 ,将风险的结果连同对风险的权利和责任转 移给他方的策略 。(5) 风险自留 。风险自留是指当无法采用其他风险处理 策略或采用其他风险处理策略成本太高且效果不佳时 ,由承 包商自行承担风险的策略 。(6) 风险利用 。风险利用是指承包商在消除公路工程项 目风险消极影响的同时 ,积极寻找风险中蕴藏的获利机会 ,并抓住机会获得正常途径之外收益的策略 。首先 ,它可以发挥项目风险管理者的专业特长 ,提高其识别风险的准确性和全面性 ; 其次 ,它可以减少项目风险管理者 识别风险的工作量 ,节约时间 ;最后 ,它能够使项目风险管理 者对公路工程项目中可能存在的风险有一个总体的认识 ,并且能够使其结合公路工程项目的具体情况 ,很容易地找出公 路工程项目中存在的风险。参 考 文 献卢有杰 , 卢家仪. 项目风险管理 M . 北京 : 清华大学出版社 ,1998 :84 - 142 .王卓甫. 公路工程项目风险管理 :理论、方法与应用 M . 北京 :中国水利水电出版社 ,2002 :1 - 52 . 1 2 余. 工程承包的风险管理综述J . 建筑技术开发. 2003 ,1 : 3 77 - 79 .何涛. 国际工程项目施工风险分析和研究J . 施工技术. 2003 ,32 ( 12) : 27 - 28 .韩圣章 ,李忠献. 承包外资建筑项目的风险分析J . 施工技术.2003 ,32 ( 12) :29 - 30 . 4 5结束语本文最大限度地罗列出了所有公路工程项目施工阶段 承包商风险 ,这对公路工程项目风险识别具有重要的意义 。 5 (上接第 144 页)图 9弯矩图灌注时 , 即当有砼外加载荷时 , 走行梁下各门架柱脚处千斤顶已顶起受力成为受力支座 。每个门架直接将外力 通过走行梁截面垂直传递到千斤顶 , 如简图 11 。显然 , 此 时的走行梁可视为仅起门架间纵向连接稳定作用 , 计算一 般可忽略 。所以走行梁的截面尺寸即可按空载时确定 。对 于台车的其他部分 , 如液压系统 、支承系统及电气