1、莞惠城际轨道交通 GDK52+000-GDK52+145 暗挖隧道二衬台车实施方案一、 工程概况及台车简介莞惠城际轨道交通 GDK52+000-GDK52+145 暗挖隧道常平常平东区间，为 M 型连拱隧道，全长 145 米，里程桩号（DK52+000-DK52+145）基本位于直线上，设计时速为 160km/h，我部根据实际情况决定采用 10m 长二衬台车。我部和台车厂家根据隧道设计断面图和施工要求提出了具体方案（具体见台车设计图），此台车能保证能保证边开挖边衬砌门架净空厚度和宽度能保证有轨和无轨车辆通行，由于本隧道的特殊性，非对称性结构受力（即中间墙和二衬拱部、边墙一次成型），因此本台车共
2、分两部分：整机行走采用电机+机械驱动，模板采用全液压操作，利用液压缸支（收）模机械锁定。受场地和施工空间制约，中间墙外侧单独立小背模（具体结构见图）采用人工搬运，整体拼装成型，丝顶，木撑加固。总之在保证足够的刚度和强度的前提下（具体见受力分析）尽量使结构简单化以减轻重量，在重要的钢结构方面，采用专用工装模具，确保产品加工质量，产品性能良好，结构合理，衬砌质量高。二、 台车的主要技术参数（整机外形尺寸见台车设计图）（1 ） 台车模板厚度：10mm（2 ） 台车重量及每延米重量：66.35 吨，7.35 吨/m（3 ） 台车类型：液压自行式（4 ） 台车运行速度：8m/min（5 ） 驱动电机功率
3、：2X7.5kw（6 ） 液压电机功率：1X1.5kw，工作压力：16MPa（7 ） 顶升油缸工作行程：180mm（实际达到 30mm）（8 ） 侧向油缸工作行程：200mm（实际达 350mm）（9 ） 平移油缸工作行程100mm（实际达150mm）（10 ） 一次衬砌长度：10m（11 ） 行走方式：轨道自行式三、主要结构及简述台车由行走机构、台车门架、钢模板、钢模板垂直升降和侧向伸缩机构、液压系统、电气控制系统、中间墙活动模支架、中间墙小背模等 8 部分组成。（1 ）行走机构行走机构由主动，被动两部分组成，共四套装置分别安装于台车架两端的门架立柱下端，整机行走由两套主动行走机构完成，行走
4、传动机构带由液压推杆制动器，以保证整机在坡道上仍能安全驻车。我部采用宽大行走轮，配 32316 轴承，20A 链条，WX-6 减速机以保证台车使用安全避免了跳轨，变形，断链打滑等对衬砌施工的影响。（2 ）台车门架台车门架设计工 5 榀，由双层门架横梁，上下纵梁，门架立柱，门架立柱连接梁，剪力架等部件组成。架体面板厚 14cm。腹板厚 12mm，能够保证足够强度。门架立柱采用三角板柱结构，这样不仅加强立柱的强度，阻止立柱向内弯曲，还加强立柱与门架横梁的接触面。减小门架横梁跨度，极大的减少了门架横梁的受力，门架的各个部件通过螺栓连为一体，两门架支撑于行走轮架上，中门架下端装有基础千斤，衬砌施工时，
5、混凝土载荷通过模板传递到 5 个门架上，并分别通过行走轮和基础千斤传至轨道地面，在行走状态下，螺栓应缩回，门架上部前段装有操作平台，放置液压及电气装置。（3 ）模板模板宽度为 2m，为保证模板有足够的强度，面板采用 10mm，同时采用 L90X56 角钢加强，间距 250mm，并在每件模板里增加加强弧立板来保证强度和曲度，小曲墙一次成型，保证了降低衬砌劳动强度和提高工作效率，衬砌美观，在制作中为保证模板外表质量和外形尺寸精度等。我们采用合理的加工，焊接工艺，设计并加工专用拼装焊接我们采用合理的加工，焊接工艺，设计并加工专用拼装焊接胎膜，有效保证整体外形尺寸的准确度，焊接变形小，外表面光滑无凹凸
6、等缺陷，采用过盈配合的稳定销，将相邻模板的连接板固定为一体，有效控制了相邻模板的错台问题，能保证混凝土的衬砌质量。（4 ）液压系统：由电动机、液压泵、手动换向阀，垂直及侧向液压缸、液压锁、邮箱及管路组成，其功用是快捷，方便的完成收（支）模，即顶模升降和支撑侧模。（5 ）中间墙小背模：由模板支架和小面板组成，模板架由 18 工字钢，8X80X43X5 的槽钢，螺栓连接，面板宽 30cm，长 5.7m，厚 10mm。四、 台车在工程衬砌所能达到的效果（1 ）当隧道开挖偏离中心时，可能通过台车的模板调整机构达到调中，能够满足设和施工要求。（2 ）台车由足够的强度和刚度，在液压缸和支撑丝杆的联合作用下
7、，能抵抗混凝土强大的垂直和侧向压力，台车不发生变形，由于各支点设计布局合理，有效的利用了台车自身的重量和混凝土质量的压力，保证了台车浇筑混凝土时克服混凝土的上浮作用。（3 ）工作窗口布局合理，使台车便于涂抹脱模剂，方便两侧浇筑混凝土和振捣作业，顶部没有注料口，注入混凝土方便，减轻了施工人员和劳动强度。（4 ）每片钢模接缝严实，混凝土密实，无蜂窝，斑点，错台现象发生，表面光滑，平整，美观。五、DK52+000-DK52+145 暗挖隧道台车力学计算（一）计算依据在隧道台车长度为 10m，模板面板厚度为 10mm，门架面板 14mm，门架腹板厚12mm，本计算出针对台车的主要受力构件的强度和刚度进
8、行检算，以验证台车的力学性能能否满足要求，本文主要根据路桥施工计算手册与结构力学 ，借助力学求解来对本台车进行结构检算。1.计算参数砼的重力密度为：24KN/m，砼浇筑速度：2m/h ，砼入模时的温度取 20，掺外加剂。钢材取 Q235 钢，重力密度：78.5KN/m ，弹性模量为 206GPa，容许抗压应力为 140MPa，容许弯曲应力取 381MPa（1.25 的提高系数） ，有部分零件为 45 钢，容许拉压应力为210MPa。2计算载荷1）振动器产生的荷载：4.0KN/或倾倒混凝土产生的冲击荷载：4.0KN/，二者不同时计算2）对侧模产生的压力砼对侧模产生的压力主要为侧压力，侧压力计算公
9、式为：P=kh当 V/T0.035 时，h=0.22+24.9V/T当 V/T0.035 时，h=1.53+3.8V/T式中：P-新浇筑混凝土对模板产生的最大侧压力（KPa）h-有效压头高度（m）V-混凝土浇筑速度（m/h ）T-混凝土入模时的温度（）-混凝土的容重（KN/m ）k-外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取 k=1.0，掺缓凝剂作用的外加剂时 k=1.2。根据前述已知条件：因为：V/T=2/20=0.10.035所以：h=1.53+3.8V/T=1.53+3.8X0.1=1.91m最大侧压力为：P=kh=1.2X24X1.9=55KN/3）砼对顶模产生的压力砼对顶模产生的压力由砼的重
10、力和灌注砼的侧压力组成：重力 P1=g=24KN/mX0.5m=12KN/，其中 g 为浇筑砼的厚度由于圆弧坡度变小，取灌注为 1m/h。因为：V/T=1/20=0.050.035所以 h=1.53+3.8V/T=1.53+3.8X0.05=1.72m侧压力为：P 2=kh=1.2X24X1.72=49.5KN/，P a=1.2X49.5+1.4X4.0-65KN/所以顶模收到的压力 Pb=P1+P2=12+65=78.2KN/所以 PbP a，顶模和侧模受到的压力相当。（二）侧模和顶模的检算通过对侧模和顶模的面板和弧板的强度和刚度检算来验证台车模板的强度和刚度是否满足受力要求，侧模面板的支撑
11、结构相同，因为顶模面板受混凝土重力作用所受压力略大，所以只需检算顶模面板的强度和刚度是否能满足要求。面板由间距为 25cm 的角钢支撑，因此可简化为跨度为 0.25 的简支梁来对面板进行分析。1.面板计算a 面板强度计算面板为厚度为 10mm，面板受到的最大压力为P=Pb=78.2KN/面板的抗弯模量W=bh/6=（ ）X2X0.01 =3X10-5m16面板所受的最大弯矩为Mmax=qI/8=（ ）X（78.2X2）X0.25=1.222KN/m18面板受到的弯曲应力为：= Mmax/W=1.222X1000/（2.5X10 -5）=48.88MPa=18MPa所以面板的强度满足要求b 面板
12、的刚度计算面板的惯性矩I=bh/12=2X0.01/12=16.7X10-8m4fmax=ql4/384EI=（78.2X10X2）X0.25 4/384X2.06X1011X16.7X10-8=0.046mmL/400=0.625mm所以面板的刚度满足要求。2.加强角钢检算角钢两端固支，受均布力 q2-=PX0.25=78.2X0.25=19.55KN/m最大弯矩在跨中，M=（1/24）Xql 2=19.55X22/24=3.258KNm加强角钢采用90X56X6，抗弯模量查表得 W=11.74X10-6m角钢所受最大弯曲应力=M max/w=3.258X10/（11.74X10 -6）=2
13、77MPa=381MPa惯性矩查表得 I=1.7103X10-8m4最大绕度fmax= ql4/384EI=（19.55X10X2）X2 4/384X2.06X1011X171.03X10-8=2.312mmL/400=5mm3.弧板检算弧板宽 280mm，材料 812 钢板，模板连接梁最大间距 1850mm，弧板受力模型可设为受力分布力的简支梁，跨距 I=1.85m，均布力 q3=PaX2/2=71.6X2/2=71.6KN/m（有 2 片弧板，所以除 2） 。抗弯模量 W=bh/6=0.012X0.28/6=1.57X10-4mM=qI/8=71.6X1.85/8=30.631KNm=M
14、max/w=30.63X10/（1.57X10 -4）=277MPa=381MPaI=bh/12=0.012X0.01/12=16.7X10-8m4fmax=5 ql4/384EI=5X（71.6X10 ）X1.85 4/384X2.06X1011X2.2X10-5=2.41mmL/400=4.5mm（三）门架检算除了模板满足受力要求，要保证台车的强度和稳定性，门架也需要满足受力要求，因此有必要对门架进行受力分析，门架横梁与门架立柱之间用螺栓紧固，不仅传递集中力而且传递弯矩，因此作为一个整体的分析。门架所示竖向千斤和油缸传递下来，门架宽 5m，竖向力也主要是由 5m 范围内的模板传递下来，10
15、m 台车总共传递的竖向力为 F 总 =78.2KN/X10mX5m=3910KN ，共 5 榀门架，每榀门架有 3 个竖向受力点，则每个受力点传递的力 F=3910/15=260.67KN。侧向力由侧模传至千斤，侧模高度 5.5m，则 F=71.6KN/X10mX5。5=3938/20=196.9KN，由以上分析，根据台车门架尺寸，得出验算模型如下图所示：求解得到弯矩图：3.1 强度检算由弯矩图可知门架最大弯矩发生在横梁中心，对比门架横梁和立柱截面可知，该处也是最危险的点，门架横梁 H=0.6m，宽 b=0.25m，其截面特性W=bH-（b-g）h /6H=0.25X0.6-（0.25-0.0
16、12） （0.6-0.028）/6X0.6=2.63X10 -3mI=bH-（ a-g）h/12=0.25X0.6-（0.25-0.012） （0.6-0.028 ） /12=0.79X10-3m强度：=M/W=269/2.63=102.3MPa=381MPa门架横梁的强度满足要求，因此门架的强度满足受力要求。（四）下纵梁的检算观察台车图可知，下纵梁受门架传递的向下的力，同时受到行走和基础千斤的支撑，门架传递的竖向压力为 F=3910/10=391KN，基础千斤采用的是 108*8 无缝钢管（45 钢） ，钢管截面积为 2.513X210=528KN，因此下纵梁受力模型可简化为下图所示：391
17、 391 391 391 391（1 ） 2 （2） 3 4 （4） 51 528 528 528分析得到弯矩图：（1） （2 ） （3） （4）1 2 3 4237.6 237.6 237.6下纵梁梁高 0.5m，宽 0.5 截面特性：W=bH-（b-g）h /6H=0. 5X0.5-（0. 5-0.024） （0.5-0.028 ）/6X0.5=4.15X10 -3mI=bH-（ a-g）h/12=0. 5X0.5-（0.25-0.024） （0.5-0.028）/12=1.04X10 -3m下纵梁弯曲应力=M/W=237.6/4.15=57.2MPa=381MPa最大挠度发生在下纵梁中心
18、处，以两个基础千斤的间距 2.5m 受集中力 391 计算：F=FL/48EI=391X2.5X10/48X2.06X1011X1.04X10-3=5.9X10-5mL/400=6X10 -3m。（五）丝杆千斤的检算丝杆千斤容易发生的破坏为压杆失稳，即无缝钢管受力弯曲导致丝杆千斤的破坏，本节主要分析无缝钢管压杆的稳定性，来验证丝杆千斤的受力是否满足要求。台车千斤有三种：基础千斤、竖向千斤和侧向千斤。基础千斤较短，工作长度约为 500mm，不易发生压杆失稳，因此主要分析竖向千斤和侧向千斤的压杆稳定性。5.1 竖向千斤的稳定性采用的是 108*8 的无缝钢管，工作长度约为 0.8m，每个竖向千斤受
19、力为F1=391KN。根据路桥施工计算手册第 12 章 1.2 节表 12-2 轴心受压稳定性计算公式为N/Am 1。N/Am=391/2.2=177.73MPa由长细比 =I o/=（I/A） 0.5=0.0491（0.108 4-0.0964）/（0.054-0.048） 0.5=0.036m=I o/=0.8/0.036=22 查表得 1=0.9 1=0.9X210=189 可得 N/Am 1因此竖向千斤压杆稳定性满足要求。5.2 侧向千斤的稳定性在门架检算时，已得到侧向千斤所受轴力为 197KN，采用的是 89*6 的无缝钢管，单独受力的侧向千斤最长工作长度为 162m。N/Am=19
20、7/1.734=114MPa由长细比 =I o/=（I/A） 0.5=0.0491（0.089 4-0.0774）/（0.0445-0.0385） 0.5=0.029m=I o/=1.62/0.029=55.8 查表得 1=0.804 1=0.804X210=169 可得 N/Am 1因此侧向千斤压杆稳定性满足要求。（六）中间墙背模6.1 面模板设计为 10mm 钢板与主台车面模板相同，同样受侧压力 49.5KN/顶部压力78.2KN/，即面模满足施工要求，不再检算。6.2 搭建临时背模模架，采用工字钢 18 竖梁，间距 1m，槽钢横梁间距 0.3，因中间墙施工空间狭小，只能根据施工经验值来加固，包括：丝杆对啦，丝顶，方木撑等，因无法计算其加固撑力，所以只能根据实际施工情况和现场浇筑情况，加撑加固，保证不变形，不胀模，满足现场施工。（七）总结台车的所受的混凝土压力是以最大情况来设定的，以上力学分析过程中所采用的受力模型均采用结梁偏于安全的简化方法计算，本文分析了台车和主要受力部件和容易破坏的部位，经过以上分析，各个部件均能够满足受力要求，因此本台车能够满足施工的受力要求。莞惠 GZH-7 标常平隧道2011 年 4 月 20 日
