隧道衬砌模板台车检算

1、一、概要全断面钢模板砼衬砌隧道台车(简称台车) ，是以电动机驱动行走 机构带动台车行走， 利用液压油缸和螺旋千斤调整模板到位及收模的隧 道混凝土成型的机器。它具有成本较低、结构可靠、操作方便、衬砌速 度快、隧道成型面好等优点，广泛使用在电站、铁路及公路隧道中。台 车衬砌一个循环的工作长度为 10.5 米。它适合于任何曲拱断面，不管 是单线铁路隧道，还是双车道高速公路隧道等。二、各部件组成 台车一般由模板总成、托架总成、平移机构、门架总成、主从行走 机构、侧向液压油缸、侧向支承千斤、托架支承千斤、门架支承千斤等 组成。模板总成： 模板由两块顶模及两块边模构成横断面，顶模于顶模之 间通过螺栓联成整

2、体，边模与顶模通过铰耳轴联接。每节模板一般做成 1.5 米宽，由多节组合而成， 纵向由 7 节组合成 10.5 米衬砌长度， 模板 之间皆由螺栓联接。模板上开由呈品字型排列的工作窗，顶部安装有输 送泵接口的注浆装置。模板板厚为 10mm，各加强筋采用 75×6 的角钢。托架总成： 托架主要承受浇铸时上部混凝土及模板自重，它上承模 板，下部通过液压油缸和支承千斤传力于门架。托架由两根纵梁、两根 边横梁、多根中横梁及立柱组成。纵梁由钢板焊接成工字型截面；边横 梁及多根中横梁由工字钢制造；立柱由工字钢制造。平移机构： 一台液压台车，平移机构前后各一套，它支撑在门架边 横梁上。平移小车上的液

3、压油缸( GE160/90-300)上与托架纵梁相连， 通过油缸的收缩来调整模板的竖向定位及脱模，其调整行程为200mm；word 文档 可自由复制编辑 而水平方向上的油缸( GE100/50-200)用来调整模板的衬砌中心与隧道 中心是否对中，左右可调行程为 100mm。门架总成： 门架是整个台车的主要承重构件，它由横梁、立柱及纵 梁通过螺栓联接而成，各横梁及立柱间通过连接梁和斜拉杆联接。液压 台车的主要构件由钢板焊接，整个门架保证有足够的强度，刚度和稳定 性。门架横梁由钢板焊接成工字型截面；立柱同样由钢板焊接成工字型 截面；纵梁采用箱型截面焊接而成；斜支承采用工字钢；各联接梁采用 工字钢。

4、主从行走机构： 液压台车主从行走机构各两套，它们铰接在门架纵 梁上。主行走机构由 Y 型电动驱动以及齿轮减速后，再通过两级链条减 速，其行走速度为 8m/min，行走轮直径为 300mm。侧向液压油缸： 侧向液压油缸主要是为模板脱模，同时起着支承模 板的作用，侧向油缸( GE100/63-400), 根据衬砌长度选用 6 各油缸，其 调整行程为 300mm。侧向螺旋千斤： 安装在门架上的螺旋千斤用来支承、 调节模板位置， 承受灌注混凝土时产生的压力。托架支承千斤： 它主要为改善浇铸混凝土时托架纵梁的受力条件， 保证托架的可靠和稳定。门架支承千斤： 它联接在门架纵梁下面，台车工作时，它顶在轨道

5、面上，承受台车和混凝土的质量，改善门架纵梁的受力条件，保证台车 工作时门架的稳定。三、机、夜、电系统1、机械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极链条word 文档 可自由复制编辑 减速后驱动台车行走。为实现两台装置同步，采用两台电机同时启动； 为满足工况要求，电机可进行正、反转运行。2、液压系统 台车液压系统采用三位四通手动换向阀进行换向，来实现油缸的伸 缩。左右侧向油缸各采用以各换向阀控制两侧水平油缸的动作；四个竖 向油缸各用以各换向阀控制其动作； 两个小车平移油缸各用一个换向阀 操作；利用双向液控单向阀对四个竖向油缸进行锁闭，保证模板不致下 降，采用单向节流阀调节油缸

6、的运动速度。当换向阀处于中位时，系统卸荷，防止系统发热；直回式回油滤清 器和集成阀快简化了系统管路。3、电器系统 电气系统主要对油泵电机的起停及行走电机的正反向运行进行控 制。行走电机设有正反转控制及过载保护。四、主要技术参数1、一个工作循环的理论衬砌长度： 10.5 米2、衬砌厚度（包括超挖回填厚度） :1000mm；3、轨距： 6900mm；4、成拱半径： R=5480m；m5、台车运行速度： 8m/min;6、液压系统工作压力： 160kg/cm2衬砌模板台车模板受力分析word 文档 可自由复制编辑台车模板分顶模、左右边模，由于顶模受到混凝土自重、施工荷载 及注浆口封口时的挤压力等荷载

7、的作用， 其受力条件显然比其他部位的 模板更复杂、受力更大、结构要求更高。由于边模与顶模的结构构造一 样，边模不受砼自重，荷载较小，因此对其强度分析时只考虑顶模。在衬砌时的混凝土自重及边墙压力靠模板承受。模板的整体强度既 有拱板承受又有托架及千斤支承，足以保证模板工作时的绝对可靠。台车模板沿洞轴方向看是一个圆柱壳，只不过它是由多个 1.5 米高 的圆柱形组合而成。 通过计算得知模板下的托架支承及圆弧拱板 （ 220mm 宽，12mm厚）的刚度是足够的，而顶模最危险处应在最顶部（由于灌注 时的压力）。因此，其力学模型可取最顶部 2 米长度、 1.5 米宽的这分模word 文档 可自由复制编辑 的

8、较大挤压力，该值的取值是一个不确定的，它与灌注封口时的操作有 极大关系。如果混凝土已经灌满， 而操作人员任然由输送泵输送混凝土， 由于输送泵的理论出口压力 （ 36.5kg/cm 2） 很大，就由可能造成模板的变 形破坏。由于输送管的长度及高度变化， 注浆口接口处压力实际有多大， 目前没有理论及实验验证的数据可供参考。据此情况，操作者就必须及 时掌握和控制灌输情况， 根据操作经验判定已经灌满， 并及时停止输送。1、分析部分的混凝土自重 P1如图一，分析部分的长为 2 米，宽为 1.5 米，混凝土厚为 1m,其密 度为 2.45t/m 3，则混凝土自重 。这算成单位面 积荷载 P1=7.35/

9、（2*1.5 ）=2.45t/m 2。2、分析部分的挤压面荷载 P2该值取为 4.7t/m 2, 参考自日本歧阜工业公司提供的参数 1 。那么 这 部 分 模 板 就 受 到 P1 与 P2 的 作 用 ， 两 部 分 的 合 力 2P=P1+P2=2.45+4.7=7.15t/m 2。3、模板的弯曲应力 由于模板的内表面每隔 250mm有一根加强角钢，因此，我们可以把 它简化成每隔 250mm的梁单元来考虑。 将宽度为 250mm的模板所受到的载荷折算成梁上线载荷。这是在有限元单元处理中常用的方法，其翼缘 板的宽度取它与之间相邻板间距的30%（参考 2 中 97 页），即250*0.3=75

10、mm，偏于安全。根据上述模板所受的面载荷为 7.15t/m 2，那么在 250mm宽， 1500mm 长的面积上所受到的荷载为 （t） ，将此荷载作用在 1.5 米长梁上，则其线载荷 q 为 2.68/1.5=1.79 （t/m） 。word 文档 可自由复制编辑图三、梁单元的横截面如果对整个模板进行受力分析，就必须将整个模板等效成梁单元的 空间框架结构，利用有限元理论，通过电算进行有限元分析。这里，我 们只能一根梁进行分析，简化后的梁单元力学模型按简支梁处理，其受 力简图如图二，这是因为两边有 250mm高的拱板及立柱支承。梁的横截 面如图三。为计算梁的弯曲应力，必先计算该梁横截面的形心，该

11、截面是由 75*6 的角钢及 150*10 的组合截面，根据图示坐标系，计算组合截面形 心 O0的 X、 Y坐标。根据 3 中附 1-4 组合截面形心公式计算形心的 X、 Y坐标。x=Aixi/Ai，y= Aiyi/ Aiword 文档 可自由复制编辑查表可知角钢 75*6 的横截面面积 A=879.7mm2，惯性矩 Ix=469500mm4。将各值代入，则 x= ()/ (1200+879.7) =83.76mm=54.34mm根据组合截面的平行移轴公式计算组合截面的惯性矩：Ix=150*103/12+10*150*24.66 2=2201150.87mm抗弯截面模数 W1=IX/( 83-

12、54.34 )=76802mm3。抗弯截面模数 W2=IX/54.34=40507mm3。简支梁受到均布载荷作用下的最大弯矩位于跨中，其值为：Mmax=ql 2/8=1.79*10 4*1.5 2/8=5.03*10 3(N.m) 。 梁的最大弯曲应力 =Mmax/W2=5.03*103/4.0507*10 -5 =124.18Mpa对 A3钢， 6s =160Mpa, 所以，梁的强度通过。4、模板的最大位移 梁单元的最大变形量，即模板的最大位移。根据公式 41-114 中对应的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*10 5MPa;I- 截面的惯性矩， I=2.2*10 -6m4;word 文档 可自由复制编辑q- 梁受到的均布载荷， q=1.67*10 4N；L- 梁的长度， l=1.5m ；将各值代入上式：fmax=5*1.67*10 4*1.5 4-6)=0.0024m=2.4mm 。即模板的最大变形量为 2.4mm