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全自動隧道襯砌臺車的設計制造

08-22 12:13:30  瀏覽次數:951次  欄目:地鐵遂道
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隨著我國現代化建設步伐的加快,交通能源仍是我國國民經濟發展的三大薄弱環節之一,鐵路(城市地鐵)、公路等基礎建設項目,是目前我國基本建設的重點。濟青高速公路,滬寧及浙江杭甬、秦嶺鐵路等多條公路隧道工程;秦嶺鐵路、西南線丹鳳段及在建的青藏鐵路,隧道工程數不勝數。建設單位對隧道施工質量的要求越來越高,長大隧道、甚至幾百米的隧道也要求用整體鋼模襯砌臺車襯砌。
  目前,隧道襯砌施工由過去的手工操作走向綜合機械化,提高隧道襯砌質量和工作效率是施工的最大需要。臺車是鐵路、公路隧道混凝土襯砌一次成型設備,根據用戶提供的隧道斷面設計制造,能保證邊開挖、邊襯砌,其門架凈空高度和寬度能保證有軌和無軌運輸車輛通行;整機行走采用電機—機械驅動;模板采用全液壓操縱,利用液壓缸支(收)模機械鎖定;在臺車架上部和模板之間留有空間供安裝隧道通風管道用;對于有瓦斯的隧道襯砌,產品電氣系統按照瓦斯隧道防爆規范要求進行設計和安裝,確保使用安全。
  太原路橋機械廠研制制造的鐵路、公路襯砌臺車在許多隧道工程中得到了推廣運用。
1 隧道襯砌臺車的設計過程
  寶延公路隧道是國內最長的公路隧道,全長兩千多米,且有瓦斯、溶洞、泥巖、地下水等,地質條件差且復雜,太原路橋機械廠在進行廣泛的市場調研后邀請有關工程單位的專家指導。在完成單線鐵路隧道襯砌臺車的圖紙和技術文件設計工作的基礎上,根據施工單位提供的隧道斷面圖和施工要求及隧道襯砌臺車的發展動向、進行優選比較、得到用戶的認可后,組織設計和產品試制。為確保產品加工質量,重要結構用工裝模具保證。樣機在華鎣山公路隧道工程應用,表明產品性能良好、結構合理、襯砌質量好。后經反復改進和完善,產品已經定型。
            襯砌臺車的關鍵技術:
             臺車結構型式
  可采用液壓式和機械式。經分析比較液壓式對臺車架剛性要求低,結構型式靈活,重量輕,加工要求和施工中鋪設軌道的標高要求低,使用方便,但對液壓缸自鎖性要求高,襯砌中液壓缸不允許回縮。機械式則相反,由于一個電動機要驅動數個絲杠傳動,對各傳動軸同軸度要求高,且臺車架必須有較大的剛度,結構尺寸準確,因結構較重、加工要求高,而且因絲杠是同步動作(不象液壓傳動,各液壓缸可同步,也可單獨動作)因此當軌道標高誤差(各點不在同標高)較大時,將直接影響模板位置,從而影響襯砌質量。經分析比較選用液壓傳動方案,對液壓缸采取液壓鎖和平衡閥等措施,使液壓缸自鎖;同時配套采用絲杠機構進行機械鎖定,并加強模板的支承,保證了模板在襯砌時不回縮,不變形。實踐證明襯砌臺車采用液壓式較合理,是發展方向。
          臺車架結構優化
  臺車采用液壓傳動,使臺車架結構簡化,重量減輕,同時也提高了結構的靈活性和多樣性,經各種臺車架結構方案的分析比較、強度計算、優化選擇9 m五門架12 m主門架結構方案,其結構重量比機械式減輕40%以上,制作成本降低25%以上。
          鋼模
  鋼模是臺車的工作裝置,其外表質量和外形尺寸精度直接決定混凝土襯砌質量,同時,又是加工難度最大的部件,制定了合理的加工、焊接工藝,設計并加工專用拼裝焊接胎模,以保證整體外形尺寸的準確度,盡量減少焊接變形,保證外表面光滑,無凹凸等缺陷。為控制相鄰模板的錯臺,采用過盈配合的穩定銷將相鄰模板的連接板固定為一體,有效控制了由于螺栓孔的間隙造成的相鄰模板的錯臺問題。成功地解決了上述難題后,保證了砼襯砌質量。
  
      支承位置的確定
  襯砌混凝土的全部質量經臺車鋼模傳給支承機構,再傳給門架。襯砌混凝土呈固液狀態,對頂部、側向產生較大的垂直壓力和側向壓力,同時產生較大的浮力,當上浮力超過垂直壓力和臺車的自重時,臺車將呈上浮狀態,將不能正常工作。為解決此項技術難題,經仔細計算、優化設計、合理選擇各支承位置。即在門架內側的下縱梁與地面進行支承,避免側壓力使門架立柱內收,且在門架外側與側模縱梁處有數道水平支承(如圖1序號5,兩端門架立柱處為側部液壓缸,中部為側向絲杠Ⅰ,序號6、7為側向支承絲杠Ⅱ、Ⅲ),在門架上橫梁與上縱梁處采用數道垂直支承(兩端門架橫處布置有頂部液壓缸,中為垂直支承絲杠),在臺車縱向成均布狀。液壓缸采用液壓鎖鎖定,同時采用支承絲杠進行機械鎖定,保證了襯砌施工中液壓缸不回縮,模板不變形。
2 襯砌臺車主要技術參數
 

L=9M

L=12M

V=10/S




3 主要及工及工作原理
  臺車由行走機構、臺車架、鋼模板、模板垂直升降和側向伸縮機構、液壓系統、電氣控制系統6部分組成。如圖1所示。

1.側模板 2.頂模板 3.上縱梁 4.垂直升降機構(頂部液壓缸和垂直支承絲杠) 5.側部液壓缸、側向支承絲杠Ⅰ 6.側向支承絲杠Ⅱ 7.側向支承絲杠Ⅲ 8.門架立柱 9.門架橫梁 10.行走機構 11.下部支承絲杠
圖1 鋼模襯砌臺車的結構
    1 行走機構
  行走機構由主動、被動兩部分組成,共4套裝置,分別安裝于臺車架兩端的門架立柱下端,整機行走由2套主動行走機構完成,即行走電動機帶動減速器,通過鏈條傳動,使主動輪驅動整機行走,被動輪隨動。
      2 臺車架
  臺車架由端門架、中間門架、上下縱梁、斜拉桿、支承桿等組成,各部分通過螺栓聯為一體,兩端門架支承于行走輪架上,中門架下端裝有支承螺桿,襯砌施工時,混凝土載荷通過模板傳遞到4個門架上,并分別通過行走輪和支承絲杠傳至軌道——地面。在行走狀態下,螺桿應縮回,門架上部前段裝有操作平臺,放置液壓及電氣裝置。
      3 模板
  模板是直接襯砌混凝土的工作部件,是由螺栓聯為一體的數塊頂模和側模組成,頂模與側模采用鉸接,側模可相對頂模繞銷軸轉動,支模時,頂部液壓缸將頂模伸到位,再操縱側向液壓缸,將側模伸到位,調整頂部、側部支承絲杠、完成支模;收模時,按上述相反順序實施。不需拆模板,采用襯砌臺車提高了襯砌質量和施工效率,降低了勞動強度,另外在頂模上安裝有數臺附著式振動器,供混凝土振搗用,每塊模板上有工作窗口,用于灌注混凝土。
        4 液壓系統
  由電動機、液壓泵、手動換向閥、垂直及側向液壓缸、液壓鎖、油箱及管路組成,其功用是快捷、方便地完成支收模、即頂模升降和支承側模。手動換向閥分別控制模板垂直升降和兩側模的側向伸縮,當液壓缸將模板支承到位后,再調整支承絲杠到位,灌注混凝土對模板產生的垂直和側向載荷主要由液壓缸和絲杠承載。
4 工程應用及臺車襯砌效果分析與評價
      1 工程應用
  臺車在云南玉元公路隧道、定西312國道公路隧道、隴西段單線鐵路隧道、內昆鐵路隧道、西南線丹鳳段鐵路隧道、青藏鐵路隧道等工程得到廣泛應用,臺車性能良好,結構合理,襯砌質量好。
      2 襯砌效果分析
  (1)當隧道開挖偏離中心時,可通過臺車的模板調整機構達到調中、滿足了設計和施工要求。
  (2)臺車有足夠的剛度和強度,在液壓缸和支承絲杠的聯合作用下,能抵抗混凝土強大的垂直和側向壓力,臺車不發生變形,由于各支點設計布局合理,有效的利用了臺車自身的重量和混凝土重量的壓力,保證了臺車澆注混土時克服混凝土的上浮作用。
  (3)工作窗口布局合理,兩側澆注混凝土和振搗作業方便,頂部設有注料口和附著式振動器,注入混凝土方便,且不需要人工搗固,減輕了施工人員的勞動強度。
  (4)大片鋼模結縫嚴實,混凝土搗固設施齊備,混凝土密實無蜂窩、斑點、錯臺現象發生,表面光滑、平整、美觀。
         3 創新性和先進性
  (1)臺車架優化設計,既保證足夠的強度和剛度,又結構簡單,重量減輕,且外形美觀。
  (2)液壓系統采用了液壓鎖、平衡閥等措施,對液壓缸進行液壓鎖定,同時配套采用了絲杠機械鎖定,這樣的“雙鎖定”保證了模板在襯砌狀態不變形、不移位,強化了模板的支承剛性,減輕了模板結構重量。

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