多功能大断面衬砌台车在铁路特长隧道中的应用研究

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多功能大断面衬砌台车在铁路特长隧道中的应用研究

段廷玺

（中铁十二局集团第一工程有限公司，陕西󰀃西安󰀃710030）

摘 要：采用可变断面形式衬砌台车，实现在多种变截面隧道中的使用，充分发挥设备使用价值，节省投资，同时实现二衬施工与开挖进度的同步，保证安全步距要求，提高隧道施工进度。成昆铁路老鼻山隧道设计中有双线一般断面、双线下锚段断面、双线隔离开关锚段断面、双线非绝缘下锚段、双线一般下锚段等多种断面形式，断面净空变换频繁，且锚段长度有4m、5m、6m等不同长度，造成台车长度、台车断面等频繁变换，无法采用单一断面、单一长度功能的台车施工，采用多部台车施工投入巨大，设备使用效率低下，交替施工影响现场施工组织，施工进度缓慢，严重制约工期，针对这种情况进行双线隧道多功能衬砌台车进行技术研究显得尤为重要。关键词：多功能台车；特长隧道；大断面；衬砌施工中图分类号：U455󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃󰀃󰀃文章编号：2096-27（2019）03-0107-02 DOI:10.19537/j.cnki.2096-27.2019.03.051

1 工程概况

老鼻山隧道全长13579m，最大埋深710m，对应不同围岩级别有标准段、非绝缘下锚段、非绝缘一般锚段、绝缘下锚段、绝缘一般锚段、隔离开关断面等六种断面形式，净空断面变换频繁，锚段布置密集，一个锚段群有150m范围内需要变换断面3次，按照常规施工方法，在一个锚段群就需要配置3台衬砌台车才能满足施工需要，而且台车，按此计算老鼻山隧道五个工区7个工作面，就需要21台车才可以满足施工要求，隧道洞内空间狭小，在小断面地段大断面台车又无法通过，多次拆卸拼装需要花费大量的人力物力及工期延误。同时，在洞内由于空间拼装台车精度无法保障，影响工程施工质量，稍有不慎就会造成巨大的经济损失，因此面对这样现实的施工需求，就需要一种适应性强，经济性好，能够在最小拼装次数的条件下适应多变截面的多功能衬砌台车，解决施工难题，保证施工进度和施工质量。

2 常规台车使用遇到的技术难题

（1）隧道内作业空间狭小，无法使用大型机械进行吊装作业，台车构件质量大移动困难，给台车拼装带来巨大困难，工人作业强度大效率低；（2）增加机械使用成本，由于拼装、倒运次数增加，需要装载机挖掘机等设备及人工配合倒运，同时在倒运过程中小构件容易，丢失尤其是连接螺栓；（3）台车使用寿命变短，由于需要多次拼装拆卸及倒运，造成台车构件变形、连接点疲劳等，造成台车整体强度下降，使用寿命变短；（4）施工质量容易出现不合格，台车多次拼装后结构变形，强度不够，造成混凝土施工完成后隧道断面净空不够，造成侵限，或者衬砌厚度不足，造车巨大损失；（5）施工工期严重滞后，多次拼装台车造成洞内施工速度缓慢，为了保证安全，掌子面开挖掘进必须适应台车的组装拆卸等因素；（6）台车购置、材料配置及作业工人费用大幅度增加。

3 多功能衬砌台车技术设计

针对现场实际问题及实际施工需要，项目部组织技术人员对老鼻山隧道的断面结构形式进行统计汇总，对

作者简介：段廷玺（1983—），男，工程师，研究方向：土木工程施工。

每种断面的具体参数形式进行比对，寻找出每种断面之间的变化规律，以及各种断面在隧道中的分布规律，通过断面形式的统计，确定台车的需求方案，按照断面的分布规律确定台车配置数量。争取做到多适应性，“一车多用”加快二衬施工进度，在满足施工安全步距要求的前提下加快开挖掘进速度，提高项目部整体的施工效益，同时降低工人频繁组装台车的带来的工作强度和需要二外投入的大量人力和物力。3.1 研究图纸、了解基本参数

老鼻山隧道直线段洞内净空面积轨面以上都要求76.6m2，区别在于衬砌混凝土厚度、锚段所在侧别及单个锚段的长度。锚段侧别有左侧右侧之分，在曲线段由列车运行的需要设计对断面尺寸进行的局部加宽，但是加宽断面的设计在采用一般台车时也可以得到解决，所以本隧道多功能台车设计时不考虑曲线对台车的机构要求，能满足锚段施工的断面既可以满足曲线段的施工需求。3.2 衬砌断面结构分析、寻找突破方向

老鼻山隧道下锚段设计采用左右交叉布置原则，两个左右侧锚段里程相差6m，即两个下锚段之间夹一个6m的一般锚段，下锚段的断面中线在正常断面基础上向下锚段侧移动45cm（这里以V级围岩非绝缘下锚段断面为例，W=90cm），R1、R2、r1、r2随断面中线的移动而随之变化，变换后的断面较标准断面增大Dm=90cm,断面高度较标准断面中线处高度增加Hm=58cm,整个加宽部分形同半个新月形。在断面从0到90cm的变换过程中，Dm、Hm的值随之发生变化。而加宽后的O1、O2、O3所对应的圆心角不发生变化，与标准断面一致，所以从结构尺寸的断面上入手找到了断面加宽的变换规律[1]。

通过以上以加宽断面的参数分析，我们发现断面的加宽是在圆心角不变的基础上通过改变圆半径和圆心位置整体偏移的方式实现的，偏移与半径加大后，台车的面板弧长随之增加，所以我们将设计方向向半径和增加面板弧长两个方向来进行设计，而半径和弧长的变化又不需要对台车结构进行大范围改变（见图1）。3.3 多功能台车设计

通过对衬砌结构尺寸的对比分析找到结构断面之间的变化规律，也确定了台车设计方向后，最终确定台车高度上的变换采用两级600mm行程液压油缸实现，累计行程达到了1200mm，满足在最大加宽值下，顶部高

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2019年第3期

图1 断面加宽示意图

度增加1100mm的需求。油缸分别设置台车的底纵梁和

顶横梁上，以保证油缸变换时台车的整体稳定，横向加宽值采用高强丝杆、液压油缸和钢性门架相结合的方式进行变换，在加宽只在70cm以内时采用液压油缸顶推后增加螺纹丝杆固定方式进行断面转换，当加宽值大于70cm时，由于油缸的行程和杆件材料刚度的，无法满足变换使构件的变形值在设计的要求范围之内，所以通过在主门架一侧增加副门架的方式解决材料刚度不足的问题，顶部弧形面板采用小块化设计，目的在于通过多块模板的拼接，实现在圆弧半径的变换时，面板整体能够形成较好的圆顺面，同时也便于在半径增大后在模板之间安装弧长调节块[2-3]。为了尽可能是台车断面变化的时候便于操作，在考虑隧道衬砌断面变换范围的条件下，将台车的基准断面按照加宽值W=40的截面进行设计制造，这样在缩小台车断面时，主要是以拆解结构件进行调节，工作强度大大降低，工作效率也大幅度提升。台车由W=40变换到W=80时，将台车顶部升降油缸开启，将台车顶模板提升，在顶模安装473mm加宽模块，托架立柱安装230mm加高块，更换托架横梁接长段，平移连接梁。侧向千斤顶单边安装413mm加长件，安装长油缸固定座即可。台车位置整体向锚段一侧偏移40cm即可得到W=80的锚段断面，通过计算台车顶模板变换后的实际轮廓小于理论轮廓线3mm,在规范要求的范围之内。其他断面的变换原理基本相同，只是结构件的大小不一样。当由小于40cm加宽断面变换为大于40cm断面时可以在洞外将需要加装的结构件拼

装好后一次运至洞内，一次吊装完成，同时可以减小油缸的行走行程，不至于因油缸的大范围变换是结构刚度变小，保证台车的变形在可控制的范围之内。

4 多功能衬砌台车的优缺点

老鼻山隧道全隧7个工作面全部使用该型台车施工，在施工过程中有效的节约施工时间，在需要增加调节块的断面，进行台车改造的时候不影响洞内其它作业工序的施工[4]，仅在构件吊装的时候需要阻断交通0.5h左右，通过选择洞内掌子面施做炮孔的时候进行吊装作业，从而避免了对洞内交通的影响。

利用多功能台车施工既可以保证施工进度又可以提升施工质量，通过对现场采用多功能台车施工的二衬与未采用新型台车的衬砌进行比较，外观质量上不存在明显的差异，仅在模板拼接缝处的错台量大于常规台车，但错台偏差值在规范允许的范围之内。

5 多功能台车的经济效益分析

按照单断面台车配置台车施工二衬，则老鼻山隧道7个工作面每个工作面需要3台不同断面的台车，总计需要21台不同断面的台车以保证现场施工需要，单套重100t的台车的加工费用6500元/t，21台台车的购置费用1365万元，而购置多功能台车单套台车重量130t，购置费用8000元/t，总购置费用773.5万元，两者比较节省直接开支费用773.36万元，一次性开支费用大幅度降低经济效益明显，同时由于使用了多功能台车，最大限度的减小对其它工序施工的影响，有效的保证施工进度，节省了大量的人力和台车设备的维护费用。

6 结束语

使用大断面多工能衬砌台车施工，取得了良好经济效益，同时在保证施工安全的前提下，最大限度的发挥了设备的作用，具有很大应用空间，随着制造技术的发展，多功能台车必将有更大的应用空间。

参考文献：

[1]韩银红.变断面隧道用衬砌台车钢模板设计方法浅析[J].

工程机械,2003(7):16-17[2]戴保明,陈炳祥,赵胜利.旗号领隧道大跨度变截面衬砌台

车设计制造与应用[J].铁道标准设计,2003(S1):88-90.[3]冯时,向鹏鹏.隧道下锚段衬砌台车施工应用技术[J].云

南水利发电,2016,32(4):112-113.[4]赵前进.变截面二衬台车“一车多用”施工技术[J].铁道

建筑技术,2017(4):70-73.