第24章 竖井滑模及钢模衬砌台车专项设计方案

-564-第二十四章竖井滑模及钢模衬砌台车专项设计方案24.1液压台车技术说明24.1.1概要本标段砼衬砌采用全断面钢模板砼衬砌隧道台车，采用电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。24.1.2各部件组成台车由模板总成、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、托架千斤、门架千斤等组成。总图示意见图24-1-1、图24-1-2。图24-1-1图24-1-2（1）模板总成:模板由四块顶模、四块边模构成横断面，顶模与边模通过铰耳轴联接。每节模板做成2米宽，环向由8节组合而成，纵向由5节组合成10米衬砌长度，外加100mm搭接，模板纵向之间皆由螺栓联接。顶部安装有与输送泵接口的注浆装置，模板板厚为10mm。由于模板顶部受力较大，为保证模板的强度及局部不致变形，在2米宽的模板中部增加了弧形拱板。（2）托架总成:托架主要承受浇铸时上部混凝土及模板的自重，它上承模板，下部通过平移小车传力于门架。托架由两根纵梁、两根边横梁、多根中横梁及立柱组成。（3）平移机构:平移机构前后各一套，它支承在门架边横梁上。平移小车上的液压油缸（GE180/100-300）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；水平方向上的油缸（GE100/63-250）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125mm。（4）门架总成:门架由横梁、立柱及纵梁通过螺栓联接而成，各横梁及立柱间通过联接梁及斜拉杆联接。整个门架保证有足够的强度，刚度和稳定性。液压台车的主要结构件由钢板焊接。门架横梁、立柱由钢板焊接成工字形截面；纵梁采用箱形截面。（5）主从行走机构:液压台车主从动行走机构各两套，它们铰接在门架纵梁上。主行走机构由Y型电机（电机带制动）驱动一级摆线针轮减速后，再通过一级链条减速，其行走速度为8m/min，行走轮直径为φ400mm；（5）侧向液压油缸及千斤顶:侧向液压油缸主要是为模板脱模、立模，同时起着支承模板的作用。结合新浇混凝土的粘合力大小、脱模空间，侧向油缸选型为（GE100/63-400），工作油压为16MPa。根据台车衬砌长度10米，左右各布置6个侧向油缸。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:它主要为改善浇注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，它顶在轨道面上，承受台车和混凝土的重量，改善门架纵梁的受力条件，保证台车工作时门架的稳定。24.1.3机、液、电系统（1）机械系统台车行走采用两套机械传动装置，通过摆线针轮减速器和一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。左右侧向油缸每组2个各采用一个换向阀控制两侧水平油缸的动作；四个竖向油缸各用一个换向阀控制其动作；四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。液压原理见图24-1-3图24-1-3（3）电气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。电气原理见图24-1-4图24-1-424.1.4主要技术参数工作循环的理论衬砌长度：10米；衬砌厚度（包括超挖回填厚度）：1200mm；轨距：8000mm；成拱半径：R1=7510mm（轮廓半径放大10mm）；液压系统工作压力:16MPa；24.1.5其它(1)台车灌注混凝土上升速度控制在1.0米/小时左右。(2)使用台车必须严格按照操作顺序及要求，正确使用和维护保养，以确保台车安全正常工作，延长其使用寿命。24.2液压滑模技术说明24.2.1滑模设计滑模设计将参照国家标准GB113-87《液压滑动模板施工技术规范》中的有关要求。根据竖井结构型式和布置特点，滑模系统主要由平台系统、模板系统、液压系统和辅助系统等组成。(1)工作原理以预浇底层为基础，每隔一定距离设金属支承杆一根，将液压穿心千斤顶套装在每根支承杆上，通过螺栓把液压千斤顶的底座与提升框架的顶部连接在一起，把模板悬挂在提升框架上，提升框架采用四周空间框架结构。模板采用调整丝杆撑紧。在提升框架的顶部铺设木板，以堆放设备及材料，下部悬挂吊架平台。将所有液压千斤顶分组采用串联或并联的方式与液压控制系统相连。（2）平台系统工作平台分上、下两大部分。上部由提升框架平面组成，其功能为工人操作及设备、钢筋、杂物的堆放等；下部由提升框架下部的内悬挂吊架平台组成，其功能主要为工人对已衬砌表面检查、修补及养护的操作平台。所有平台皆用30mm左右的木板搭接而成。（3）模板系统由模板、提升框架、支承千斤等组成，由型钢制作的提升框架沿圆四周范围内有规律布置。模板由5mm钢板及角钢等材料制成，各部件间用螺栓连接。模板高度1.2m，由大模板联接成一个整体。整个大模板沿四周分上下两层设置支撑，其目的是为了将模板支撑到位，防止模板移位，并能调整模板的安装精度。（4）液压系统由液压控制站HY-36S、调平器XT-GYD-60、液压穿心千斤顶、管路、分油器等组成。液压穿心千斤顶选用30套（Φ12米）或40套（Φ18米），型号为GYD-60型滚珠式或楔块式千斤顶，支承杆采用Φ48x3.5mm的钢管，整体提升力为30x3=90吨（Φ12米）或40x3=120吨（Φ18米），考虑到空间框架结构大、受力复杂不均、施工设备及物资、施工人员、滑升阻力及滑升过程中经常需要调平等，因此留有较大的提升裕量。输油管路一般采用分组布置，每组千斤顶的数目不超过8台。油路布置的形式基本上分两种，一种是分组串联，另一组是分组并联，也可采用主油路并联分油路串联的方式。（5）辅助系统包括模板上升监测系统、工作用电及照明、爬梯、安全护栏、建筑安全网等。也包括洒水养护、中心测量、水平测量等装置。中心测量用重垂线观察模板的水平位移，在模板的多个不同位置设重垂线。水平测量利用水准管，观察滑模盘的水平度。24.2.2滑模结构安装滑模安装应精心组织，做到文明施工、安全操作。其安装应遵循以下步骤：24.2.2.1保证安装基础水平在安装高程，先准备浇注好安装基础的水平，重点是模板外围线以内100mm宽的范围，必须保证安装基础水平。事先应定好理论衬砌中心，用线画好模板理论衬砌的外轮廓线，模板将以此为安装基准，通过测量队的密切配合，确保安装基础的水平高差不大于5mm。24.2.2.2安装模板总成、支撑千斤模板安装应按区安装。模板安装吊运时应轻拿轻放，防止碰撞，以保模板不致于摔坏变形。为保证结构的对称受力，安装时应注意结构的对称性。每块模板应与理论位置重合，误差不大于2-3mm。模板安装后，把相对应的支撑千斤装上并撑紧就位模板，各区模板间用螺栓紧固联接。模板就位后，必须保证每块模板有3-5‰的下锥度，即上部较下部大4-6mm，绝对不允许有反锥。整个模板安装就位后，应对各联接件做一次全面的检查，看螺栓联接是否稳固，支承千斤是否固定可靠等。24.2.2.3安装提升框架、工作平台栏杆(1)所有走台皆用木板搭接，放置在平台及支架上，各木板之间用铁丝适当固定；(2)所有框架内侧表面及下部平台挂架内侧必须用建筑安全网覆盖，用铁丝固定；(3)上部走台工作区，用于堆放工具、杂物及钢筋等；(4)走台工作区的承载重量不得大于3000公斤，且应分散放置；24.2.2.4下部平台挂架的安装由于浇注第一模时，调压井下部高度不够，只有待浇注几个循环后，下部高度足够时，再安装下部平台挂架、侧面走台及防护栏杆。24.2.2.5外形尺寸检查安装好后应检查各区大模板的外形尺寸，其误差不得大于5mm。三棱形拼接模板与大模板的联接对位准确，在1.2米的高度内,以不漏浆为原则。24.2.2.6液压及电气设备的安装液压及电气设备的安装将在液压及电气工程师的负责指导下安装。24.2.3滑模施工24.2.3.1施工准备滑模施工前必须做好准备工作，其中包括底板的凿毛、冲洗，滑模组装调试，测量放线工作，为滑模定位组装做好准备。（1）滑模制作组装滑模按设计要求制作后，进行组装调试，并按有关质量标准进行检查调整。（2）千斤顶试验编组耐压:加压120kg/cm2，5分钟不渗不漏；空载爬升:调整行程30mm；负荷爬升:记录加荷5吨,支撑杆压痕和行程大小,将行程相近的编为一组。施工用千斤顶，按一般要求需备用一部分，且需经常检修，还需备用弹簧、上卡头、排油弹簧、钢珠、密封圈、卡环、下卡头等。（3）滑模调试滑模组装检查合格后,安装千斤顶、液压系统，插入爬杆并进行加固,然后进行试滑升3～5个行程，对提升系统、液压控制系统、盘面及模板变形情况进行全面检查，发现问题及时解决，确保施工顺利进行。施工现场需敷设一趟3×25+1×10电缆，提供380伏电源。为确保滑模施工顺利进行，不发生粘模事故，应做好备用电源准备工作。为保证混凝土质量，在模板下端一周铺设喷淋管，以便于及时对出模的混凝土进行养护。24.2.3.2滑模施工（1）钢筋绑扎滑模施工的特点是钢筋绑扎、混凝土浇筑滑模滑升平行作业，连续进行互相适应，模体就位后，按设计进行钢筋绑扎、焊接，搭接及焊接要符合设计规范要求，滑升施工中，爬杆在同一水平内接头不超过1/3，因此爬杆要有3种以上长度（2.0m2.4m2.8m...),错开布置,正常滑升时,每根爬杆长2.4m,要求平整无锈皮,当千斤顶滑升距爬杆顶端小于350mm时，应接长爬杆，接头对齐，不平处用挫找平，爬杆同环筋相连加固。（2）混凝土运输、下料及上下人员滑模施工用混凝土由搅拌站提供,拌合车运到工地,由起吊设备悬吊吊罐下料,直接入仓。圆四周采用分料平台旋转下料。钢筋及其它材料采用吊罐，用起吊设备下放到工作面，人员由爬梯上下。（3）施工工艺1）混凝土浇筑滑模施工按以下顺序进行：下料-平仓振捣-滑升-钢筋绑扎-下料。滑模滑升要求对称均匀下料，按分层30cm一层进行，采用插入式振捣器振捣，经常变换振捣方向，并避免直接振动爬杆及模板，振捣器插入深度不得超过下层混凝土内50mm，模板滑升时停止振捣。滑模正常滑升根据现场施工情况确定合理的滑升速度，按正常滑升每次间隔不大于1.5小时，控制滑升高度30cm，日滑升高度控制在10m左右。混凝土初次浇筑和模板初次滑升应严格按以下六个步骤进行：第一次浇筑300mm厚半骨料的混凝土或砂浆，接着按分层300mm浇筑两层，厚度达到900mm时，开始滑升30-50mm检查脱模的混凝土凝固是否合适，第四层浇筑300mm后滑升300mm，若无异常情况，便可进行正常浇筑和滑升。模板初次滑升要缓慢进行，并在此过程中对提升系统、液压控制系统、盘面及模板变形情况进行全面检查，发现问题及时处理，待一切正常后方可进行正常浇筑和滑升。2）模板滑升施工进入正常浇筑和滑升时，应尽量保持连续施工，并设专人观察和分析混凝土表面情况，根据现场条件确定合理的滑升速度和分层浇筑高度。依据下列情况进行鉴别：滑升过程中能听到“沙沙”的声音；出模的混凝土无流淌和拉裂现象，手按有硬的感觉，并留有1mm左右的指印；能用抹子抹平。3）表面修整及养护混凝土表面修整是关系到结构外表和保护层质量的工序，当混凝土脱模后，须立即进行此项工作。一般用抹子在混凝土表面作原浆压平或修补，如表面平整亦可不做修整。为使已浇筑的混凝土具有适宜的硬化条件，减少裂缝，在模板下端一周铺设喷淋管喷水对混凝土进行养护。4）止水、预埋件及预留处理需凿毛和埋件处理；止水带、分缝沥青板需随浇随埋；针对不同埋件设专人及时进行处理。5）停滑措施及施工缝处理滑模施工要连续进行，因结构变化、意外停滑时应采取“停滑措施”混凝土停止浇筑后，每隔0.5-1小时，滑升1-2个行程，直到混凝土与模板不在粘结（一般4个小时左右）。由于施工造成施工缝，根据水电施工规范，预先作出施工缝，然后在复工前将混凝土表面残渣除掉，用水冲净，先浇一层减半的骨料混凝土或水泥砂浆，然后再浇筑原配混凝土。6）滑模控制滑模中线控制：为保证竖井中心不发生偏移，应在竖井中心、阴阳角各悬挂一根垂线进行中心测量控制，保证其模板边缘部位的测量要求。滑模水平控制：一是利用千斤顶的同步器进行水平控制，二是利用水准管测量，进行水平检查。7）滑模拆除滑模滑升至指定位置时，将滑模滑空后，利用起吊设备在高处拆除。滑模装置拆除应注意以下事项：①须在跟班经理统一指挥下进行，并预先编制安全措施。②操作人员必须配带安全带及安全帽。③拆卸的滑模部件要严格检查，捆绑牢固后下放。24.2.3.3滑模施工中出现问题及处理滑模施工中出现问题有：滑模操作盘倾斜、滑模盘平移、扭转、模板变形、混凝土表面缺陷、爬杆弯曲等，其产生的根本原因在于千斤顶工作不同步，荷载不均匀，浇筑不对称，纠偏过急等。因此，在施工中首先把好质量关，加强观测检查工作，确保良好运行状态，发现问题及时解决。（1）纠偏：利用千斤顶自身纠偏，即关闭五分之一的千斤顶，然后滑升2-3行程，再打开全部千斤顶滑升2-3行程，反复数次逐步调整至设计要求。并针对各种不同情况，施加一定外力给予纠偏。所有纠偏工作不能操之过急，以免造成混凝土表面拉裂、死弯、滑模变形、爬杆弯曲等事故发生。（2）爬杆弯曲处理：爬杆弯曲时，采用加焊钢筋或斜支撑，弯曲严重时切断，接入爬杆重新与下部爬杆焊接，并加焊“人”字型斜支撑。（3）模板变形处理：对部分变形较小的模板采用撑杆加压复原，变形严重时，将模板拆除修复。（4）混凝土表面缺陷处理：采用局部立模，补上比原标号高一级的膨胀细骨料混凝土并用抹子抹平。24.2.4液压千斤同步控制24.2.4.1滑模施工千斤顶同步性控制方法：（1）平台在组装时就应抓好组装质量，使之满足规范的要求。（2）在滑升时应注意以下几点：1）初次滑升前，应用水准仪在各个支承杆找出水准线，并以此作为标准，在支承杆上每隔20-30cm划线，每一条水准线均作为以后限位调平器的限位标志，为了防止水准线经过几次使用后，有积累误差，以后每个工作台班都应重新测量一次水准标志，以提高施工精度。一般来说，如果按照上述的方法进行施工，平台的不同步性很小，即使出现不同步，经过小的调整，即可满足要求。2）在施工中出现了由于施工管理混乱，而千斤顶的不同步造成了平台的倾斜，可以用液压控制台后面的针形阀来调整平台，使之大致处于一个水平位置，具体方法如下：根据平台的高低状况，将偏高一侧的平台控制油路的针形阀关闭，偏低一侧的平台的油路处于开放状态，将控制台处于加压状态，经过几次动作，平台将逐步回到大致水平状态，然后再按照a所述方法，加以精确调平。3）平台在提升过程中如果出现中心偏移的情况，也可以利用平台倾斜法，来加以调整，使构筑物的中心在允许范围内。4）正常滑升阶段应注意以下几点：①正常滑升阶段砼每次浇捣25-30cm，每次提升间隔时间为1-2小时；②出模砼表面应设专人清理修饰，当滑升至3m高时，搭设外悬挂平台，作为清理、修饰外表面的工作平台。正常滑升程序为：扎筋-浇砼-提升。（3）停滑由于天气等多种突发性因素，必须停止施工时，应作停滑处理；①留设水平施工缝，将砼浇至同一水平面；②每隔1h提升一次，连续提升6-7小时，直至上层砼与模板无粘连；③再次滑升时应将砼表面凿毛，用石子减半的砼浇捣一层后再继续滑升。（4）平台控制测量①平台的控制测量可设一上中心点和多个外侧点；②每班测一次平台水平。24.2.4.2技术措施(1)施工前，对混凝土的配合比、外加剂进行试验工作，测定混凝土的塌落度、凝固时间，为滑模做好技术准备。(2)从滑模组装到混凝土浇筑施工，严格按照竖井周边线进行控制，确保其垂直度，偏差要符合施工质量技术要求。(3)严格按照分层分片对称浇筑混凝土，每次滑升间隔时间不超过2小时，滑升高度最大不超过300mm。(4)每次浇筑后必须露出最上面一层横筋，钢筋绑扎间距符合要求，每层钢筋基本上呈一水平面，上下层之间接头要错开，竖筋间距按设计布置均匀，相邻钢筋的接头要错开，在同一水平面的钢筋接头数应小于总数的1/5。(5)要经常备用一部分钢筋，竖筋不超过50根，横筋不少于3层。(6)在滑升的过程中，每次滑升要进行一次测量工作，发现问题及时处理。(7)交接班应在工作面进行，了解上班滑升情况和发现问题，制定本班的滑升方式，并滑升2-3个行程进行测定。(8)加强设备的使用和维护工作，控制箱在每次滑升前油泵空转1--2分钟，给油终了时间2-3秒，回油时间不少于10秒，在滑升过程中应了解设备运行状态，有无漏油和其它异常现象，工作不正常的千斤顶要及时更换，拆开检修备用。(9)因故停止浇筑混凝土超过2小时，应采取“紧急停滑措施”并对停工造成的施工缝认真处理。(10)冬季施工要采取保暖措施，确保混凝土的正常凝固。24.2.4.3质量保证措施及安全措施（1）操作盘和辅助盘要设护栏，盘面经常保持清洁，以防坠物伤人。（2）各种悬吊装置要牢固可靠，必须进行日常检查工作，确保安全无事故。（3）做好电气设备管理和维护工作，防止漏电事故发生。（4）经常检查液压管路，发现破损及时更换，防止高压油管伤人。24.3台车门架结构受力分析24.3.1概述衬砌隧道台车的整个载荷是以整个成型断面钢模板竖向、水平方向上各支承油缸及千斤最终传递于支承门架上。因此，门架作为钢模板台车的关键受力部件尤为重要。该台车根据衬砌长度纵向采用多榀门架受载。分析时，为简化计算，采用单榀门架作为单元进行有限元分析。24.3.2设计计算主要依据《机械设计手册》新版，机械工业出版社，2005：15-9；《隧道施工机械简明手册》第一册，铁道部隧道工程局，1984；《水利水电工程施工组织设计手册》第五卷，中国水利水电出版社，1997：812；《施工结构计算方法与设计手册》，中国建筑工业出版社，1999：233；《起重运输机金属结构》，中国铁道出版社，1983；《钢结构设计规范》（GB50017-2003）。24.3.3主要技术参数台车门架结构受力分析按1m/h浇筑速度进行，顶模按衬砌厚度1200mm校核（考虑超挖厚度）。台车材料主要为Q235B，其σs=235MPa、σb=375～460MPa、[σ]=170MPa，混凝土容重Υn=2.45t/m3。台车总体性能参数如下：（1）一个工作循环的理论衬砌长度：10米；（2）台车门架纵向榀数：5榀；（3）台车横移量：左、右各125mm（4）成拱半径：R1=7510mm（轮廓半径放大10mm）；（5）台车运行速度：8m/min；（6）液压系统工作压力:16Mpa；（7）允许混凝土浇注速度：≤1.0m/h。（8）混凝土初凝时间：5h。 24.3.4载荷分析与计算（1）边模侧压力计算:台车在浇注边墙时，门架主要承受边模引起的侧压力,新浇混凝土对钢模板的最大侧压力F，按以下公式(见《施工结构计算方法与设计手册》)计算：F=0.22rt0β1β2V1/2式中F—混凝土侧压力；r—混凝土的比重，2.45t/m3；t0—新浇混凝土的初凝时间（h），取5小时；β1—外加剂影响系数，不加外加剂时取1.0；掺具有缓凝作用用的外加剂时取1.2；β2—混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于3cm时取0.85；当坍落度为5-9cm时取1.0；当坍落度为11-15cm时取1.15；V—混凝土的浇筑速度（m/h），取1.5m/h；将上述各值代入，F＝0.22×2.45×5×1.2×1.15×1.51/2＝4.56（t/m2）。边墙的侧压力实际取为4.7t/m2，该值参考日本歧阜工业公司液压台车的计算值（见《隧道施工机械简明手册》第一册），该值较目前国内边模板的侧压力计算大些，偏于安全。由于边模垂直度较大，可近似的视其为直边墙来进行水平载荷的计算，已知台车衬砌长度为10米，边模板长度为14.8米，则边模板水平载荷为：（2）顶模混凝土自重计算顶部模板承受的载荷有最大开挖1.2m（含超挖厚度）时，混凝土的自重及注浆口封口时该处的挤压力，由于混凝土输送泵通过几十米的水平管和竖直管道向台车输送混凝土，与注浆口接口处的局部理论挤压力（36.5kg/cm2）较大，其他地方压力较小，因此，强度计算时，只考虑自重载荷的压力对模板的影响，这在工程计算中是可行的。在实际设计时，顶部模板局部加强，并考虑一定的安全系数，由于上部挤压力没有确切的理论数据做参考，台车设计一般根据国外类似结构及经验加以考虑。（3）混凝土自重P1台车在浇注顶拱时，门架主要承受顶部混凝土的自重。顶部最大衬砌厚度1.2m（考虑超挖厚度），台车衬砌长度为10米。衬砌时，顶部整个混凝土的自重由上部圆弧模板承受，则顶部模板受力如下。顶部混凝土截面积，其面积为S，即：则混凝土自重24.3.5校核工况分析台车结构受力分析应考虑工作及非工作两种工况下的载荷，由于门架是主要的承重物件，必须保证有足够的强度、刚度及稳定性。因此，强度校核时应以工作时的最大载荷为设计计算依据；非工作时，台车只有自重，结构受力较小，此种工况作为台车的行走校核及门架纵梁的强度验算，本次分析暂不考虑。24.3.6有限元分析（1）实体建模根据设计要求，按实际结构尺寸用AutodeskInventorProfessional2012对整体门架进行三维实体建模并指定材料，门架全部采用Q235B碳钢。该材料的性能参数见表24-3-1所示。表24-3-1Q235B性能参数材料Q235B常规质量密度7.86g/cm3屈服强度235MPa极限拉伸强度450MPa应力杨氏模量220GPa泊松比0.275ul切变模量0GPa应力热膨胀膨胀系数0.000012ul/c热传导率56W/(mK)比热460J/(kgc)（2）分析计算分析软件采用Inventor2012自带的ANSYS模块。利用软件自身划分网格。门架纵梁下表面为固定约束处，共2处。将力加载到门架的相应位置处。最后利用ANSYS程序自动求解。（3）计算结果门架结构的分析结果数据见表24-3-2。表24-3-2分析结构结果名称最小值最大值体积1246961019mm3质量9788.644kgMises等效应力0.026257MPa174.14MPa位移(变形)0mm3.578mm安全系数1.1887ul15ul图24-3-1等效应力图24-3-2变形图24-3-3安全系数24.3.7结论通过计算可知，门架的位移、应力、安全系数均满足设计要求,完全能保证台车的安全衬砌和使用。24.4模板受力分析24.4.1概述台车模板分顶模和左右边模，由于顶模受到混凝土自重、施工载荷及注浆口封口时的挤压力等载荷的作用。其受力条件显然比其他部分的模板更复杂，结构要求更高，受力更大。由于边模与顶模的结构构造一样，且边模不受砼自重，载荷较小，因此对其强度分析时，只考虑顶模。24.4.2主要设计依据《隧道施工机械简明手册》第一册，铁道部隧道工程局，1984；24.4.3主要技术参数模板面板厚度为10mm；顶模弧长9.2m；纵向长度为10m；模板材料为Q235B，其σs=235Mpa；σb=375～460Mpa；[σ]=170Mpa；混凝土密度为2.45t/m3；混凝土衬砌厚度为1.2m(含超挖厚度)。24.4.4载荷分析与计算顶部模板承受的载荷有最大开挖1.2m（含超挖厚度）时，混凝土的自重及注浆口封口时该处的挤压力，由于混凝土输送泵通过几十米的水平管和竖直管道向台车输送混凝土，与注浆口接口处的局部理论挤压力（36.5kg/cm2）较大，其他地方压力较小，因此，强度计算时，只考虑自重载荷的压力对模板的影响，这在工程计算中是可行的。在实际设计时，顶部模板局部加强，并考虑一定的安全系数，由于上部挤压力没有确切的理论数据做参考，台车设计一般根据国外类似结构及经验加以考虑。24.4.4.1混凝土自重P1台车在浇注顶拱时，门架主要承受顶部混凝土的自重。顶部最大衬砌厚度1.2m（考虑超挖厚度），台车衬砌长度为10米。衬砌时，顶部整个混凝土的自重由上部圆弧模板承受，则顶部模板受力如下。顶部混凝土截面积，其面积为S，即：则混凝土自重折算成单位面载荷P1=291.3/（10×π×7.51×70/180）3.2t/m2。24.4.4.2顶模挤压面载荷P2该值取为4.7t/m2。参考自日本岐阜工业公司提供的参数（见《隧道施工机械简明手册》第一册）。综合以上分析，顶模板受到的P1与P2的作用，两部分的合力为：P=P1+P2代入各值，P=3.2+4.7=7.9t/m2。24.4.5有限元分析（1）实体建模根据设计要求，按实际尺寸和结构用AutodeskInventorProfessional2012对顶模进行三维实体建模并指定材料，模板材料全部采用Q235B，其性能参数见表24-4-1：表24-4-1Q235B性能参数材料Q235B常规质量密度7.86g/cm^3屈服强度235MPa极限拉伸强度450MPa应力杨氏模量220GPa泊松比0.275ul切变模量0GPa应力热膨胀膨胀系数0.000012ul/c热传导率56W/(mK)比热460J/(kgc)（1）分析计算分析软件采用Inventor2012自带的ANSYS软件，对顶模实体的10个联接盒作为固定约束处。并对顶模实体加载载荷P，最后利用自带的ANSYS软件的自动分析功能求解。顶模实体的分析结果数据见表24-4-2。表24-4-2分析结果名称最小值最大值体积375109809mm^3质量2944.612kgMises等效应力0.018308MPa139.68MPa位移(变形)0mm1.339mm安全系数1.4819ul15ul图24-4-1图24-4-2图24-4-324.4.6结论通过有限元