跨步自行式台车在客运专线高速铁路明挖隧道施工中的应用—韩宝勇

1、跨步自行式台车在客运专线高速铁路明挖隧道施工中的应用中铁十四局集团成绵乐铁路工程指挥部三工区 韩宝勇摘 要：利用跨步自行式台车可以避开侧墙的临时横向钢支撑，实现拱顶衬砌台车内模整体性跨步移动。具有模拟人类行走的特点，工序衔接速度快。在明挖隧道或基坑主体结构施工中是值得推广的新产品。关键词：跨步 竖向油缸 竖向丝杆千斤 侧墙临时支撑 明挖隧道 主体结构1工程概况成绵乐客运专线CMLZQ-4标第三工区隧道段位于成都市区，全长为5500m，起讫里程为DK165+420DK170+920，全隧采用明挖顺作法施工，基坑最深处达24m。总工期20个月，计划开工日期为2009年11月12日，竣工日期为201

2、1年7月6日，工期紧任务重。机场路隧道主体结构混凝土施工中，施工顺序为先底板，再侧墙，最后拱部。侧墙施工完毕，必须在侧墙上设置临时钢支撑后才能施工拱部混凝土。选择哪种类型的衬砌台车在不拆除临时钢支撑的情况下高质量、高效率、高安全完成拱部结构施工是本工程施工的重点。2跨步自行式台车行业现状及选择依据2.1跨步自行式台车行业现状跨步自行式台车可以通过行走系统提供动力、竖向油缸交替升降以及竖向丝杆千斤交替顶撑达到跨步自行的目的。跨步自行式台车具有拼装快、定位快、拆模快、工序循环时间短的特点，初步具有模仿人体行走的仿生雏形，在非国标的衬砌台车行业是一大亮点。2.2跨步自行式台车的选定为保证施工安全，提

3、高施工效率，前期拱部施工对三种台车类型进行了横向对比，主要从安全性、经济实用性、工序循环效率、能否跨过侧墙临时钢支撑等方面进行分析，分析结果如下：第一种方式：满堂支架+拱部台车侧墙与底板之间的空间搭设满堂支架，台车轨道设置在满堂支架上，台车沿轨道在支架上行走。安全性：满堂支架是否稳固是决定台车是否安全的关键，满堂支架节点多，支架部件自身质量无法由外观决定，无法完全保证上部台车的安全，存在重大安全隐患。工序循环效率：支架要先于拱顶施工至少两模，保证轨道铺设，并且施工完拱部以后，满堂支架在隧道内拆除困难，只能采取一根一根拆除的方式。拆除一模支架倒运到下一模位置并搭设完成，需要1516天时间，拱部混

4、凝土平均910天/模。经济实用性：这种台车类型需要投入大量的人力物力，满堂支架为一次性购买，支架拆装每天12人，工费按最低60元/天考虑，每模支架循环需要1.1万元，整个隧道长5500m，按照12m每模，隧道完成时单纯人工配合费就高达504万元。能否跨过侧墙临时钢支撑：满堂支架施工不影响临时钢支撑，但是为避开钢支撑，支架搭设、加固难度增加。第二种方式：下穿上行式台车侧墙施工完毕，在基坑内拼装台车门架，侧墙上安装钢牛腿，钢牛腿上铺设走行钢轨，拱部台车在走行钢轨上行走。安全性：拱部台车轨道设置在侧墙牛腿上，牛腿靠侧墙预埋螺栓固定，螺杆抗剪性、螺帽加固的松紧程度及螺杆丝口的完好性施工中控制难度大，存

5、在较大安全隐患。拱部台车在有坡度的牛腿轨道上行走时，由于惯性的影响，很难准确到达指定位置，甚至出现前冲脱轨的危险。如果台车在牛腿轨道上脱轨，后果是无法想象的，安全存在重大隐患。工序循环效率：可以实现台车门架、拱部结构两部分单独向前推进，78天/模，效率较高。安装钢牛腿需要在侧墙上预埋螺栓，螺栓孔数量多，影响侧墙砼外观质量。经济实用性：这种台车类型需要在侧墙上埋设钢牛腿，每模12m，需要安装12个钢牛腿，牛腿260Kg/个，牛腿按拆工费200元/个，整个隧道长5500m，隧道施工完，钢牛腿拆除需人工费高达110万。能否跨过侧墙临时钢支撑：钢支撑位置在侧墙牛腿轨道下方，台车上部下部是分离式的，不影

6、响侧墙临时钢支撑。第三种方式：跨步自行式台车跨步自行式台车利用在底板上铺设的轨道通过行走系统使台车行走。台车行走过程中，遇到钢支撑时台车门架竖向油缸交替升降，中间门架的丝杆千斤交替顶撑，模仿人类跨步的方式跨过侧墙临时钢支撑，达到行进的目的。安全性：由于台车上部下部为一整体，安全性好，台车在底板轨道上行走，安全易于控制，除高空作业需要监控外，其它安全隐患基本没有。工序循环效率：台车设计有跨步行走系统，在有临时支撑的情况下跨过钢支撑，实现台车整体式前进，行走速度8m/min，平均5天/模，效率最高。经济实用性：跨步自行式台车基本不需要其它辅助措施，在同样砼单价的情况下，可以最大限度节省工费及其它额

7、外费用，并能最大限度节约工期。通过比较分析，跨步自行式台车最接近工程施工特点，决定采用跨步自行式台车用于主体结构拱部施工。3跨步自行式台车技术说明3.1各部件组成跨步自行式台车由模板总成、平移机构（上纵梁、平移油缸）、拱顶内模托架（托架梁、托架立柱、侧向液压油缸、侧向支撑千斤）、门架总成（门架上横梁、竖向油缸、门架下横梁、门架支撑千斤、下纵梁）、行走系统等组成。台车组成见3-1“跨步自行式台车设计断面图”所示。图3-1 跨步自行式台车设计断面图一图3-1 跨步自行式台车设计断面图一图3-1 跨步自行式台车设计断面图二3.1.1模板总成模板由两块顶模及四块边模构成，顶模与边模之间通过铰耳轴联接，

8、边模与边模之间通过螺栓联成整体。每节模板做成1.5米宽，纵向由8节组合成12米衬砌长度，模板之间皆由螺栓联接。模板板厚为10mm，各加强筋采用75756mm的角钢，间距250mm。3.1.2平移机构一台液压台车，平移机构前后各一套，它支承在门架横梁上。如图3-2所示。图3-2 台车平移机构结构图门架上横梁拱顶内模托架梁平移油缸上纵梁平移机构的液压油缸（SHGK02/100/55-200）固定在门架上横梁上，横向与门架上纵梁相连，每部台车共4个平移油缸。通过油缸的伸缩来调整拱部内模的位置，保证拱顶模板中心与隧道中线重合。平移油缸最大行程200mm，隧道中心左右可调行程100mm。3.1.3拱顶内

9、模托架拱顶内模托架由托架梁、托架立柱、侧向液压油缸、侧向支撑千斤组成。托架立柱采用20#工字钢制作，托架横梁采用25#工字钢制作，托换横梁与托换立柱采用法兰连接。图3-3 侧向油缸布置示意图侧向油缸（SHGK02/100/55-300）前后各一套，每套4个，在边模处每侧2个，一部台车侧向油缸共8个。侧向油缸固定在门架横梁两端，通过油缸的伸缩控制边模的位置。如图3-3侧向油缸布置示意图所示。3.1.4门架总成门架总成由门架上横梁、竖向油缸、门架下横梁、门架支撑千斤、下纵梁组成。横梁、下纵梁翼板采用14钢板制作，腹板采用10钢板制作，门架上横梁平移滑板采用10钢板制作。图3-3侧向油缸布置示意图立

10、柱立柱竖向油缸在门架组成中端门架立柱是台车实现跨步式行走的关键，端门架立柱在台车端头共8根，每端4根。在每个立柱中设置有竖向油缸（SHGK02-160/100-1100）一个，如图3-4所示。竖向油缸设计行程200mm（最大行程300mm）。在台车行走过程中，通过竖向油缸的交替升降实现跨步行走的目地。立柱翼板采用14钢板制作，腹板采用10钢板制作。竖向油缸立柱图3-4 竖向油缸布置示意图二 图3-4 竖向油缸布置示意图一3.1.5行走系统台车行走采用两套机械传动装置，通过一级齿轮减速器和两级链条减速后驱动台车行走。为实现两套驱动装置同步，采用两台电机同时起动；为满足工况要求，电机可进行正、反转

11、运行。4台车跨步行走原理跨步自行式台车主要靠台车两端竖向油缸及门架中间竖向丝杆千斤交替顶撑，在行走系统的推动下，达到跨步行走的目的，如图4-1“台车跨步行走示意图”所示。图4-1 台车跨步行走示意图当台车端头油缸遇到钢支撑时，端头第一排油缸降下，其它不动；跨过钢支撑后，第一排油缸升起，第二排油缸降下，台车向前行进，第二排油缸跨过钢支撑后重新升起，台车继续前进；钢支撑遇到竖向丝杆千斤时，竖向丝杆千斤绕铰接点翻下，台车向前行进，竖向丝杆千斤跨过钢支撑后，向上翻起，台车继续前进。以此循环，直到台车到达指定位置。5跨步自行式台车使用过程中出现的问题及解决方法5.1台车中线的确定方法台车在定位时，必须先

12、确定台车中线，确定中线办法很简单，在顶部中心位置有一定位十字线，其交点即为制作台车就已定好的台车中线点，通过该点并引出重力垂线，即可找出台车中线。5.2油缸设计在下面时，如何测量台车断面尺寸当顶升油缸设计在下面时，油缸牛腿比台车最宽处位置低，可以直接测量台车断面宽度，如果牛腿与台车最宽处在同一高程上，可以在台车模板上引出一水平线，通过水平仪等工具，使其两侧位置高度一致，并焊接一杆件，再通过测量引出杆件，得出其断面宽度尺寸。5.3台车如何进行定位台车在进行工作前，必须要对台车进行定位，使台车轮廓断面尺寸与要求一致。台车行走至待施工断面后，通过以下几个动作进行定位：通过操作液压系统的平移油缸调节台

13、车中线，使其与隧道中线对齐；操作液压系统顶升油缸，使台车至标准断面高度，然后旋紧基础千斤，之后复核高度尺寸；操作液压系统，使侧向油缸活塞杆伸出并达到标准断面位置，然后人工扳动侧向支撑丝杆千斤，使之达到侧向油缸支撑位置并旋紧；完成以上几个动作后，应进行断面尺寸的复核，以防有误。5.4台车如何脱模台车衬砌完一组后，需经过8-24小时才能脱模，脱模的动作与定位动作相反。拆去挡头模板；拆除边模侧向支撑丝杆千斤（一般去掉模板这头的千斤销子即可），并将侧向油缸收回到一定的脱模距离；收缩顶升油缸，使台车下降至一定的位置后，脱模完成。5.5衬砌好混凝土表面不光洁，是什么原因，如何改进衬砌好的混凝土出现表面粗糙

14、不匀，有气孔，光洁度差等表面不光洁现象，其主要原因有两点，一是衬砌过程中模板附近产生的气泡没有完全排出，部分附着在模板表层混凝土里，造成气孔，二是混凝土太干，震捣时没有震捣均匀到位，造成缺陷。为解决这一问题，可以考虑衬砌底部边墙时使用坍落度大一点的混凝土，并配合震捣器，震动棒等工具进行适当的震捣，若使用震捣器，震捣时间尽量控制在8秒内，以防损伤台车。5.6台车衬砌一段时间后，为何模板间缝隙及错台量变大在现有设计中，模板间的联接是通过螺栓连接的，孔径与栓径有2mm间隙，当台车使用一段时间后，由于震捣器，震动棒等的使用，造成间隙的偏移，进而产生一定的模板间隙及错台，因此，台车使用5模后，应安排人工

15、将模板间联接的螺栓重新紧固一遍，并处理已出现的缝隙或局部错台。5.7台车应该如何进行维护和保养台车工作15个工作循环后更换液压油；每个工作循环向丝杆千斤加涂黄油，清除门架，千斤及模板表面的混凝土；每个工作循环必须给模板涂摸脱模剂；在灌注混凝土时必须将各油缸活塞杆遮盖，防止混凝土落在活塞杆表面；每次脱模后须检查各连接螺栓有否松动，如有松动须拧紧，五模后须全面紧固联接螺栓，防止台车模板间出现缝隙及错台。5.8台车液压系统没有压力，如何处理全液压衬砌台车在安装调试或使用时，如果液压系统感觉没有压力，一般情况下可能是由于以下原因造成的：液压马达反转，将外接电源的两根线对调后即可解决；阀组故障，最大可能是阀心堵塞，可拆卸阀组并进行仔细的清洗解决；液压马达质量问题或磨损，可更换配件解决；液压油及管路受到污染，应清洗管路并更换液压油；冬季液压油牌号过高，受冻变稠，可用柴油稀释，或换低牌号液压油。5.9台车使用一段时间后，若液压油缸出现异常情况如何解决由于台车在相对比较恶劣的作业环境中使用（尤其是当混凝土或灰尘大量遗留在杆件上），而液压油缸作业频繁，缸体及杆件承受着很大的压力，致使部分液压油缸出现无压力，漏油，伸缩缓慢等异常情况，出现该种现象一般表示，该液