变截面钢模板衬砌台车设计研究及分析

卢海龙 高龙

摘 要：变截面钢模板衬砌台车在隧道复合式衬砌施工作业中有着较为显著的优势，可以提升施工效率与质量，具有操作便捷的特征。在一些较为复杂的施工作业中可以通用，其经济效益较为显著。加强对变截面刚模板衬砌台车的设计，加强研究与分析可以为施工作业开展奠定基础。

关键词：变截面钢模板衬砌台车；设计；分析

中图分类号：TU713 文献标志码：A

变截面钢模板衬砌台车是一种在隧道施工作业中较为重要的机械设备，在施工作业中应用较为广泛。在隧道施工作业中，因为其周边地质围岩类型等因素的影响，导致隧道尺寸不同，而应用变截面钢模板衬砌台车可以提升施工质量，对此文章主要对变截面钢模板衬砌台车的设计进行了简单的研究与分析。

1 变截面钢模板衬砌台车结构设计方案

1.1 变截面钢模板衬砌台车

变截面钢模板衬砌台车主要就是通过顶模、门架系统、侧模系统、平移机构、升降机构、液压系统、行走系统、丝杠结构以及电气系统共同工作。其中顶模系统与侧模系统之间通过销轴进行链接，其外形就是隧道衬砌形成的轮廓面，顶模系统中的铰链主要的作用就是脱模处理，脱模之间的距离必须要保障其不小于150mm。钢模台车的侧模板以及顶模板均是一体化的结构，主要就是通过角钢、槽钢以及扁钢等型钢焊接形成的。在隧道截面出现变化的时候，其半径与高会出现一定的变化，而台车的侧模板必须要逐渐的面向两侧移动或者垫高处理。在整个作业中最为关键的就是对顶模板进行调整，保障其与隧道的高度以及宽度的变化而变化，进而保障隧道设计截面的弧顶的一致性。

1.2 变截面隧道设计

隧道截面尺寸种类繁多，即便是在相同的净跨之下，其型号类型也是不同的。在设计过程中将变截面钢模板衬砌台车可以设计为大、中、小3种不同的型号。

1.3 台车变截面结构的设计方案

1.3.1 顶模设计

在不同的截面隧道应用过程中必须要进行顶模设计，要设计不同的一体化的顶模，在应用通过全部更换顶模的方式保障截面隧道有效应用。

1.3.2 变截面加宽块的设计

在设计过程中主要将顶模设计为两块用螺栓连接的状态。在标准的截面施工作业过程中，无需在顶部添加任何加宽块；而在变截面应用状态的时候要在顶模中部的连接位置进行分开，保障其顶模与侧模同时移动到对应的位置之中，然后将其需要的截面加宽块在顶模中间位置进行安装，通过升降机构升高到既定的高度位置。

1.3.3 旋转顶模，加装加宽块

在变截面应用的时候，必须要在顶模中间的连接位置将其分开处理，保障顶模与侧模同时向外移动到达对应位置，然后再通过丝杠或者千斤顶将两个板块顶模围绕铰接销轴，面向外旋转到顶模端点，保障其与既定的设计轮廓线的特定点重合，再增加加宽块。

2 变截面钢模板衬砌台车结构设计方案

在进行变截面钢模板衬砌台车结构设计过程中，其主要分为模板以及弧形拱架两个部分，其中弧形拱架的作用就是为模板提供支撑力。

2.1 模板的设计

在进行变截面钢模板衬砌台车结构设计过程中，模板单元之间主要就是通过螺栓进行连接处理，同时模板单元可以基于弧形拱架的形状变化而不断变化。基于钢结构的基础设计原理，在进行变截面钢模板衬砌台车结构的模板单元设计过程中，主要就是通过面板、长扁钢、短扁钢焊接几点构成。其中面板的厚度为5mm；宽度为1500mm，长度为1000mm左右；短扁钢的纵向间距数值为300 mm，呈现横向成间隔的排列模式；而长扁钢间距数值为100 mm；其上下两端，焊小钢板，留4mm间隙，这样可以为面板运动提供基础保障。

2.2 弧形拱架的设计

弧形拱架的外轮廓圆弧是通过多个小圆弧共同组成的，这些小圆弧主要对模板起到支撑的作用。同时可以基于截面隧道的变化进行小圆弧数量以及对应位置的调节处理。在设计中小圆弧可以通过固定三角形以及可调单元块方式进行设计。

其中固定三角形法，就是将临近的两个三角块利用侧面的铰链进行链接，三角形块的下段主要就是通过丝杠进行链接，对丝杠进行调整可以保障其距离之间的变化，进而实现临近的两个三角形块的转动。例如，在1/4拱中，为了满足截面钢模型台车的不同需求，可以将1、2、3三个三角形模块作为一个整体，其中一个三角形与侧模板通过螺栓进行链接，可以随着截面的变化而出现变化，这样就会增加整个衬砌的精度。而三角形4则利用铰链进行固定。

而可调单元块法，就是通过对临近的两个单元块下段进行链接，与转动原理以及固定三角形法较为相似，但是在可调单元块法中单元块的上端主要就是通过丝杠替代铰链，自动的调节丝杠的伸缩长度。在变弧的时候，可以通过直接调整单元块上端丝杠长度，就可以满足隧道截面不同的需求。

2.3 液压系统的设计

台车液压系统就是通过泵站、液压缸以及管道几个系统共同构成，其主要的就是隧道衬砌台车立模脱模的基础动力源，也是衬砌台车机械化施工作业的关键设备。在液压泵中，主要就是通过下置卧式结构装置泵与电机，通过手动的多路阀门对液压缸的动作进行控制，而液压缸主要包括了4个升降主油缸、4个侧撑油缸、两个平移油缸，分别通过两个方向调整油缸共同完成，主要就是对台车模板的垂直升降、侧向伸缩以及水平移动对模板位置进行调整与控制。

因为齿轮泵的外形尺寸相对较小、对于液压油污染缺乏敏感性且工作稳定可靠的优点，在进行设计过程中可以应用。可以在4个主油缸中进行串接液压锁的设计，这样可以有效地避免主油缸出现液压渗漏导致的台车位置偏离等等，也可以保障主油缸可以在任意位置随时停止。同时在4个主油缸中的控制阀中位机能可以设计为“Y”型；这样可以保障在中位状况的时候，两个油口可以直接与油箱进行连接，液控单向阀可以立即关闭，停止活塞运动，进而实现主油缸的稳定定位。而为了满足台车立模模板位置的不同需求，为操作提供保障可以通过十联阀的方式进行手动操纵阀的设计，其中每一个联阀分别控制一个液压缸。

结语

在对变截面钢模板衬砌台车结构设计过程中，将顶模板设计成可以变形的模板以及弧形拱架两个部分，这样在施工过程中在同等的施工环境以及条件下其施工效率更高，成本也相对较低，误差相对较小，应用的范围则更为广泛。而通过模板单元以及三角形块进行变截面的结构设计，可以提升变截面结构的标准化，提升其应用范围，效果更为显著。在进行弧形拱架设计时通过固定三角形方式进行变截面设计会在一定程度上增加劳动的强度，但是其二次衬砌精准度相对较高；而通过可调单元块法进行截面设计过程中，只要基于一定的要求进行单元块长短丝杠长度的调整就可以满足隧道截面的实际需求，无需直接拆卸单元块，可以降低劳动强度，整体的衬砌精度相对较低。

参考文献

[1]李峰，高桂军.变截面钢模板衬砌台车设计与应用[J].机械管理开发，2010，25（5）：82-83.

[2]程伟，何勇，王保民，等.衬砌钢模台车变截面结构的设计[J]. 机械工程师，2015（1）：23-25.

[3]徐付平.淺谈变截面隧道衬砌台车设计与使用[J].科技致富向导，2011（21）：395.

[4]程伟，何勇，王保民，等.三变钢模台车的结构设计与分析[J]. 煤矿机械，2015，36（4）：54-56.