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1、隧道襯砌施工模板臺(tái)車的設(shè)計(jì)楊明剛(中鐵八局一公司,重慶400050)【摘要】論述隧道襯砌施工用模板臺(tái)車的要求,通過(guò)一實(shí)例介紹模板臺(tái)車的模板、小臺(tái)架、主臺(tái)架三大部件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法?！娟P(guān)鍵詞】隧道施工;模板臺(tái)車;設(shè)計(jì)【中圖分類號(hào)】U45513+9【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B為獲得高質(zhì)量混凝土的襯砌,為快速完成隧道施工中混凝土的襯砌工作,現(xiàn)在鐵路、公路、水工等隧道施工中多采用模板臺(tái)車來(lái)代替人工襯砌及小型模板襯砌。近些年來(lái),筆者所在工廠分別設(shè)計(jì)制造了鐵路單線、公路雙線、水工圓型模板臺(tái)車,經(jīng)使用達(dá)到了預(yù)期效果。由于每個(gè)隧道斷面千差萬(wàn)別,就此機(jī)而言,其中每一臺(tái)都是非標(biāo)設(shè)備,現(xiàn)就臺(tái)車設(shè)計(jì)中的一些基
2、本要點(diǎn)作一簡(jiǎn)述。大部件的設(shè)計(jì),本文簡(jiǎn)單地對(duì)這三大結(jié)構(gòu)件作一些力的分析和計(jì)算。1隧道襯砌臺(tái)車的一般要求(1)模板外型尺寸要能滿足隧道斷面要求。其形狀誤差要求如下:R≤3m時(shí),不大于10mm,R>3m時(shí),不大于20mm(R指隧道斷面處最大斷面半徑)。(2)必須保證模板中心與隧道中心線重合。因此在臺(tái)車主臺(tái)架橫向不移位的情況下模板能左右移動(dòng)(即水平移動(dòng)),一般水平移動(dòng)距離不超過(guò)中心線±50mm。(3)為滿足隧道縱向坡度要求,在臺(tái)車主臺(tái)架不能作縱向調(diào)整時(shí),頂模必須能作調(diào)整。即縱向前后調(diào)整以形成坡度,滿足隧道斷面要求。(4)模板的動(dòng)作要能有效地完成支模、脫模、鎖定定位工作。近年來(lái)設(shè)計(jì)
3、的模板臺(tái)車其模板的支模、脫模均采用液壓驅(qū)動(dòng),鎖定是用機(jī)械裝置來(lái)完成的。(5)整體模板應(yīng)留有作業(yè)窗、灌注窗以滿足施工要求。(6)臺(tái)車各部件的設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足運(yùn)輸條件。(7)臺(tái)車主臺(tái)架內(nèi)凈空應(yīng)能滿足其他施工機(jī)械的通過(guò)。(8)根據(jù)用戶要求,臺(tái)車行走有自行式和非自行式。無(wú)論哪種型式都應(yīng)考慮能滿足其他機(jī)械拖拉行駛的條件,同時(shí)還須考慮當(dāng)臺(tái)車過(guò)岔道時(shí)的通過(guò)能力。(9)整體模板的長(zhǎng)度、門(mén)架行走輪的軸距與隧道轉(zhuǎn)彎半徑及其他配套機(jī)械的施工組織有關(guān),一般模板長(zhǎng)度在6m～12m,門(mén)架軸距小于整個(gè)模板長(zhǎng)度1m左右。圖1模板臺(tái)車構(gòu)造211臺(tái)車所承受的載荷(1)臺(tái)車使用時(shí)是隧道噴錨后,故僅為灌注混凝土?xí)r所
4、承受載荷,不計(jì)圍巖對(duì)臺(tái)車的壓力。(2)灌注時(shí)不同的施工方法及混凝土的搗固所產(chǎn)生的荷載。即臺(tái)車在工作時(shí)所受載荷有:拱架模板自重、拱頂?shù)捻胖亓?邊模受到的砼的側(cè)壓、搗固力等,在設(shè)計(jì)時(shí),還應(yīng)考慮按砼厚度另加15～20%超挖回填量,且動(dòng)載系數(shù)選為1115。212各主要結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)21211模板分為頂拱和邊拱兩部分。(a)2設(shè)計(jì)實(shí)例2003年我廠承擔(dān)了渝黔高速青杠哨公路隧道模板臺(tái)車的設(shè)計(jì)與制造,該機(jī)為自行液壓式模板臺(tái)車,總長(zhǎng)1216m,模板聯(lián)接為鉸接,其結(jié)構(gòu)件主要由主臺(tái)架、小臺(tái)架、模板等組成,如圖1。它們是臺(tái)車的主要結(jié)構(gòu)件,臺(tái)車工作可靠與否在于此三(b)圖2拱圈受力分析[收稿日期]
5、2005-03-14[作者簡(jiǎn)介]楊明剛,大學(xué)畢業(yè),工程師,總工程師。143四川建筑第25卷3期200516·施工技術(shù)·(1)頂拱。拱圈是一主要受力體,簡(jiǎn)化如圖2(a)。假設(shè)拱圈全拱受力,如取其中l(wèi)段作受力分析,它是一個(gè)剛性靜不定結(jié)構(gòu)。如圖2(b)。假想在X處切開(kāi),我們可知X1、X3是軸線對(duì)稱,X2是反對(duì)稱的,根據(jù)剛架切口處必須保證相對(duì)位移和轉(zhuǎn)角為0,可列出方程式:確定該梁的截面慣性矩,確定截面尺寸。X1δ11+X2δ12+X3δ13+△1p=0X1δ21+X2δ22+X3δ23+△2p=0X1δ31+X2δ32+X3δ33+△3p=0根據(jù)莫爾定理及位移互等定理有:(1)(
6、2)(3)圖6小臺(tái)架主梁受力簡(jiǎn)圖00δ12=∫M1gM2=gdx=0EI00δ23=∫M2gM3=gdx=0EIδ12=δ21,δ23=δ32可以解出X1、X2、X3力,然后按彎矩及強(qiáng)度理論,求出頂拱的最大應(yīng)力σ,進(jìn)而確定滿足要求的拱圈尺寸。(2)邊模。邊模的載荷圖如圖3。在x方向,最大荷載為均布q即砼的厚度均布值,計(jì)算時(shí)可簡(jiǎn)化為DC兩點(diǎn)支撐的簡(jiǎn)支梁計(jì)算,可得:圖7主臺(tái)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖=q(DC)2/8Mmax在y軸方向,砼在垂直方向的重量很大,對(duì)邊墻的側(cè)壓力沿邊模鉸點(diǎn)到墻腳,其側(cè)壓力是從0到q逐漸變化的,而從支承點(diǎn)A、B、C而言,此時(shí)我們可將邊模簡(jiǎn)化為一多支承連續(xù)梁,如圖4中
7、O-A-B-C,其為靜不定梁。根據(jù)彎矩方程式求出支座反力FO、FA、FB、FC,求出彎矩圖,求出最大彎矩My,max。從上述分析,為可靠起見(jiàn),若選擇最圖8主臺(tái)架受力簡(jiǎn)圖213主臺(tái)架(1)主臺(tái)架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖7。主臺(tái)架是由前后兩門(mén)架的鋼輪支撐在鋼軌上,故在x,y方向有位移存在的可能,因此作為單門(mén)架的計(jì)算時(shí),其為靜定結(jié)構(gòu)。在y方向,可以視為主臺(tái)架這一空間結(jié)構(gòu)是由多片門(mén)架結(jié)構(gòu)由縱梁連接而成的,縱梁僅起穩(wěn)定作用。由此,主臺(tái)架的空間受力就轉(zhuǎn)化為單門(mén)架的受力分析及計(jì)算了。簡(jiǎn)圖如圖8。顯然此為剛架平面靜定結(jié)構(gòu)。根據(jù)整個(gè)臺(tái)車布置方式,其又為左
