1、1横通道衬砌台车的设计与实用效果摘要：对于长大双线隧道，横通道是十分重要、必不可少的附属设施。西秦岭隧道共设横通道 56 个，根据实施性施工组织设计安排，于TBM 掘进结束后 6 个月内集中施作完成以便 TBM 拆卸后大件运输。满堂脚手架支撑组合钢模板法虽理论最成熟、应用最多最广，但成型效果差、施工周期长等制约因素无法满足大批量横通道短期内衬砌施工的需求。通过自行设计并利用废旧材料自行加工衬砌台车的方式对施工方案加以优化，并解决了台车无拆卸整体洞内转移的难题，实现了高衬砌质量下的横通道快速、低成本施工。 关键词：西秦岭隧道；横通道；衬砌台车；设计；实用效果 Abstract: growing
2、up in double line tunnel, cross passage is very important, essential facilities. West Qinling Mountains tunnel consists of cross channel 56, on the basis of the implementation arrangements for the design of construction organization, focus on the completion to TBM after the demolition of large trans
3、port in 6 months after the TBM tunneling. Scaffold supporting combination steel template method is the most mature theory, widely used, but the forming effect, long construction period and other factors can not meet the demand of large quantities of cross channel lining 2construction in the short te
4、rm. The construction scheme is optimized through self-designed and self processing lining trolley utilization of waste materials, and solves the problem without removing the whole hole transfer trolley, the cross channel high lining quality of rapid, low cost of construction. Keywords: West Qinling
5、Mountains tunnel; cross passage; the lining trolley; design; practical effect 中图分类号：U25文献标识码：A 引言 随着我国长大隧道施工技术的不断进步和国家基础设施建设事业的不断发展，隧道规模也迅速增大。在长大深埋双线隧道中，往往需要在隧道中间隔一定距离开凿联络双线的横通道，横通道的设置对于施工期间的快速施工和通风及运营期间的避难、救援以及维修管理等具有重要意义14。 对于钻爆法开挖的双线长大隧道，因为开挖工艺相同、施工进度较缓慢，横通道大多与正洞同期开挖，相邻两个横通道开挖间隔时间较长、可用于衬砌施工的时间相对充
6、裕，一般采用满堂脚手架支撑组合钢模板法，这项技术理论最成熟、应用最多、范围也最广，而且具有良好的经济效果。在 TBM 掘进法施工的双线长大隧道中，新疆吐库二线中天山隧道首次采用正洞二次衬砌、辅助洞室开挖与 TBM 掘进三同步开展5，但因洞内材料供应、出碴均采用有轨运输模式，辅助洞室开挖对于有轨运3输影响比较明显，总体效果并不是十分理想。尤其是 TBM 掘进单位能耗非常高，机时利用率无法保证就意味着成本压力的大幅增加。因此，为确保 TBM 快速施工，横通道开挖大多在 TBM 掘进结束后集中施工。而采用满堂脚手架支撑组合钢模板法，因为在每个衬砌段都必须单独搭设支撑体系以立模浇筑混凝土，对于大量横通
7、道短期集中施工显然是不适用的。如何高标准按期完成横通道施工任务是建设者亟需解决的施工难题。一、工程概况 新建兰州至重庆铁路是连接我国西北与西南的重要铁路干线，线路全长约 820km。其中，位于甘肃省陇南市武都区的西秦岭隧道全长 28 236m，是我国采用目前世界上最先进的 TBM 掘进机修建的最长铁路隧道。施工采用 TBM 掘进、连续皮带机出碴、6 部衬砌台车二次衬砌、边基混凝土浇筑同步开展，材料运输采用双线有轨运输模式，共计 14 部内燃机车从事运输作业，线路繁忙。结合项目实际施工情况，横通道开挖选择在TBM 掘进结束后集中开展。西秦岭隧道两线间共设运营横通道 56 个，主要断面形式包含 4
8、.04.5m（净宽净高）44 个及 5.05.9m（净宽净高）11 个。 由中国中铁隧道集团承建的西秦岭隧道 XQLS2 标 TBM 于 2013 年 4 月26 日掘进至合同分界里程 DIK403+650 处，由 XQLS1 标承担施工任务的左线 TBM 拆卸洞室预计于 2013 年底完成。为便于 TBM 洞内拆卸施工准备及大件运输等后续工作顺利开展，横通道施工必须先于拆卸洞室完工并将机具设备材料等运出洞外，除去前期准备阶段，施工总工期约 6 个月。4西秦岭隧道横通道衬砌采用复合式衬砌结构，即外衬为锚喷支护、内衬为整体模筑混凝土。横通道衬砌断面如图 1 所示。 横通道衬砌断面（单位：mm）
9、为适应大量横通道短期集中施工的特点，采用衬砌台车整体模筑混凝土无疑是最简单、最快速的施工方法。但从经济性考虑，采购衬砌台车造价相对较高，加之委外加工及进场等时间影响，都会增加工期压力。因此，从更实用、更经济的角度出发，项目利用废旧钢材自行设计制作了横通道衬砌台车，该台车采用电机驱动走行轮在轨道上行走，具有整体模筑混凝土、台车定位快速方便、能够适应多尺寸断面衬砌且无需拆卸即可整体洞内转场等特点，在实际施工中操作方便、人员需求少、混凝土成型效果好，具有较高的借鉴和推广价值。 二、横通道台车主要结构尺寸及形式 因横通道断面形式主要为 4.04.5m（净宽净高） 、5.05.9m（净宽净高）2 种，以
10、前者居多，衬砌台车设计以 4.04.5m 为设计依据，5.05.9m 断面施工以前者为基础进行断面调整。横通道混凝土一次铺底高程为水沟（电力电缆余长腔）底高程，台车总体设计高度约 4.9m。当前已完成衬砌断面如图 2，为满足衬砌台车在洞内整体转场要求，单幅衬砌作业长度选择 5m，综合长度为 5.75m。 5已完成正洞隧道衬砌断面（单位：mm） 台车底部纵梁采用双 I32b 工字钢，顶部纵梁采用 I14 工字钢，主要框架结构采用 H1251256.59 型钢，面板采用 6 钢板，背肋架采用 I12.6 工字钢，背支撑采用70505 方钢（报废的连续皮带机桥架），主要材料如表 1。为满足垂直定位要
11、求，台车设 4 根纵向主套管立柱，立柱内套管为报废的 125 输送泵泵管，外套管为外侧采用槽钢加固（与横、纵梁焊接）的报废 159 高压水管，泵管与水管主体结构均不得有破损（如有，则予以焊接加固补强）或变形，顶升依靠 4 台液压千斤顶为主、8 根脚手架管配套脚手架顶托为辅，纵向间距 1m。为满足横向定位要求，在顶部拱段底横梁与下部结构顶横梁间安装 9 个/处的滑动滚轴以便于台车定位时中线调整，环向共采用 8 根/截面脚手架管配套脚手架顶托代替液压油缸控制侧模张合，纵向间距 1m。利用已完成施工任务的正洞衬砌工作台架走行轮作为走行装置，因台车结构尺寸较小且整体较轻便，共安装 4 个走行轮，1 套
12、驱动电机，在横通道内地面上铺设 2根 43kg/m 钢轨作为走行轨道。 主要材料一览表 横通道衬砌台车设计如图 3。 6横通道衬砌台车（单位：mm） 三、台车的适用性 （一）衬砌施工 在非混凝土浇筑时间，将衬砌台车底部的横向支撑取掉以便于作业人员通行，混凝土浇筑时进行安装加固。衬砌混凝土入模采用高压输送泵泵送入模，混凝土浇注前在台车上布置管路，采用 1 套三通管向两侧输送混凝土，实现边墙的分层、对称浇筑。当混凝土满边窗仓口后，另接软管连接位于台车拱顶的进浆孔实现封顶灌注。在浇筑过程中，专人随时检查台车上的各种杆件，加固支撑，并对丝杆进行紧固。 衬砌施工工艺流程图如图 4 所示。 衬砌施工工艺流
13、程图 （二）多结构尺寸条件下的适用性 如图 5 所示，横通道衬砌台车主要结构框架由 2 根 1/4 圆弧型背肋架 A-1、A-2，2 根直墙段背肋架 B-1、B-2，顶部半圆段三角固定支撑C，下部门型固定支撑 D 及 2 根竖向支撑杆 E-1、E-2 组成。A-1 与 A-2 铰接，A-1 与 B-1、A-2 与 B-2 通过螺栓连接，4 者共同构成台车面板背肋架。台车面板整体焊接成一体，面板与背支撑方钢之间仅 7 根通过焊接固定，即拱顶、拱角、底角合计 5 处及直墙段 2 处（该位置为计算结果，7当台车尺寸调整为 5.05.9m 时，根据拱部周长，该位置恰好为拱角位置） ，其余位置方钢均如图
14、 6 所示采用固定在面板背肋架上的方钢卡子固定而与面板无焊接，松开紧固螺栓后，方钢可自由活动。 衬砌台车框架图 背支撑方钢安装示意图 台车尺寸以 4.04.5m（净宽净高）为设计原型，当需要衬砌5.05.9m（净宽净高）断面时，松开与面板焊接固定的 7 根背支撑方钢紧固螺栓，使整个面板全部与背肋架和背支撑脱离后另行固定，逐根松开 A-1 与 A-2 之间的连接销及 A-1 与 B-1、A-2 与 B-2 之间的连接螺栓，对 A 拱架进行，A 拱架全部替换完成与 B、C 进行重新连接，将环向 50脚手架管进行加长并调整位置，由原来的环向 8 根调整为环向 12 根进行加强。通过千斤顶顶升使 D
15、沿着 E 向上滑移以升高上部结构，按照要求尺寸重新进行定位。台车框架调整到位后，将面板与背肋架和背支撑重新固定连接，原位于直墙段的 2 处方钢被调整至新的拱角位置，对面板及配套背肋架高度不足的部分进行补高。调节各支撑丝杆，使台车恢复可作业状态。 8（三）台车整体洞内转运 横通道衬砌台车在一个横通道完成全部衬砌任务后，采用内燃机车牵引的 2 部并排摆放的平板运输车整体拖至下一横通道（如图 7） 。 衬砌台车出洞上/下车示意图 具体工序如下： 1、因台车行走需要同时占用 2 条运输轨道，完成施工任务后，协调洞内各作业面确定台车走行时间，以避免造成施工干扰； 2、清理工作所需机械、设备及未用尽的材料
16、，将其放于衬砌台车作业平台上，实现一次运输，以减少对机车的占用； 3、通知运输工区安排车辆拖挂平板运输车前往指定位置； 4、将平板运输车并行停放，安装平板运输车连接暨转运托架； 5、走行电机驱动台车走行至平板运输车转运托架上，加固稳定； 6、内燃机车同步牵引 2 部平板运输车将衬砌台车整体拖至下一横通道位置； 7、铺装横通道内台车走行所需 43kg/m 钢轨； 8、走行电机驱动台车走下平板运输车转运托架，进入横通道内； 9、拆除平板运输车连接暨转运托架，连接 2 部平板运输车驶离，台车转运结束，洞内运输道路恢复双向通行。 实际洞内转运过程如图 8。 9（四）台车通过正洞衬砌台车 横通道施工期间
17、，正洞衬砌工作也在开展，横通道台车向前转运需要通过正洞衬砌台车时，需要 2 个作业面积极进行协调，在横通道台车作业至正洞衬砌衬砌位置前一个横通道时，横通道衬砌结束后，反向走行正洞衬砌台车至横通道位置之后，待横通道台车整体转运后再行向前返回原作业位置。 横通道衬砌台车洞内整体转场 四、应用效果 西秦岭隧道共设运营横通道 56 个，其中出口端承担 39 个，为便于横通道施工管理、确保洞口开挖安全，左右线分别交叉承担横通道单洞长度的 23.5m 和 7.5m，即 XQLS2 标横通道衬砌施工累计23.520+7.519=612.5m，根据台车 5m 单幅作业长度，合计需要衬砌施工 138 组，扣除前
18、期横通道洞室开挖及衬砌台车的制作，总工期为 5个月，要求单月施工任务不低于 122.5m，折合 27.6 组，拟投入横通道衬砌台车 2 台。自横通道衬砌台车加工完毕正式投入到施工生产以来，实现单组衬砌施工 28h，单次台车转场自走行出洞经洞内有轨运输至下一横通道走行进洞全过程 2.5h，能够紧跟横通道开挖速度施工，按照当前施工进展情况，横通道施工有望提前优质完工。 横通道衬砌劳动力资源配置见表 2。 10与满堂脚手架支撑组合钢模板法及钢管配合钢拱架支撑加固模板法8对比如表 3。 五、结论与体会 在西秦岭隧道运营横通道衬砌施工中，根据大量横通道短时间内集中施工的实际特点，自行设计制作了横通道衬砌
19、台车，方便灵活，简化了施工工序，加快了施工进度，为 TBM 如期洞内拆卸创造了条件。 1、该台车设计巧妙，定位方便，通过更换顶部面板背肋拱架等措施能够适用多个断面尺寸的横通道衬砌施工； 2、通过利用有限元数值模拟软件 Midas/Civil 进行横通道台车受力分析，并对台车总体受力变形和各个结构部件受力变形进行了分析，从而确定台车受力完全符合工程标准，强度和刚度能够满足混凝土施工要求。此台车当前已经投入使用，横通道结构面成型美观，连接缝小，质量达标； 3、设计时充分考虑了截面变化的需求，通过在增加上下结构框架间增加滚轴，可以快速进行中线定位，通过换拱、丝杆调节等方式能够适应多断面衬砌需要，而且依据正洞净空设计台车长度，能够实现洞内整体运输，减轻了施工中的劳动强度，扩大了台车的适用范围；
