隧道二衬台车设计探析

摘要：根据隧道二衬施工的发展形势，交流与运用铁路隧道衬砌施工成套技术。在隧道二衬台车现有结构基础上，配套设计逐窗分层入模浇筑系统、带模注浆技术、窗口改进、二衬组合钢端模、软搭接模、作业平台安全防护措施等成套设施。通过现场调研、方案策划、研究评审、试验加工、现场跟踪及持续改进，达到满足现场二衬规范施工需求的目的。 关键词：隧道；二衬台车；设计 引言

隧道二衬台车（以下简称二衬台车）研究与配套设计，是交流与运用铁路隧道衬砌施工成套技术的施工机具设备研究。从配套和优化设计角度出发，解决目前二衬台车结构在现场施工过程中，普遍存在的“人”字坡、冷缝、窗口错台、环向止水带固定不准确、模搭接错台、作业人员操作不方便等实际问题。持续稳定拓展二衬台车市场领域。持续改良设计，跟进提供符合现场实际工况需求的二衬台车。

针对隧道二衬拱墙混凝土表面“人”字坡、冷缝、局部不密实等常见缺陷，对其成因进行调研，通过对二衬台车的混凝土入模浇筑系统进行设计和改进，对现场的工作实况进行跟踪，结合作业人员操作需要对如何实现逐窗入模浇筑功能进行设计、改进，优化台车侧墙窗口的层高纵向布设间距。逐窗入模结构设置与构造，以二衬台车长12m说明，在顶部主平台纵中心线设置主料斗，主料斗呈倒梯形状，上口宽800mm，下口宽600mm，高500mm，距离二衬台车两端约3m左右，共设置2个。主料斗出料经由主溜槽4个、“三通”分流槽2个、分流串筒6个、溜槽22个，流入各层各个窗口。各级溜槽的安装应避让门架梁体及其他部件，其设计具有一定的坡度，槽型呈半圆形状，槽深150-200mm，满足混凝土顺滑流动。通过主料斗、主溜槽、分料斗流槽、分流串筒和窗溜槽结合的形式，手动操作相应的插板，使混凝土分流向各层各个窗口，实现二衬侧墙混凝土的逐窗浇筑。

侧墙二衬逐窗分层浇筑前，对入模浇筑系统进行检查和清理，溜槽的各处连接应稳固。二衬混凝土通过输送泵泵管进入主料斗，通过分料斗流槽，使混凝土流向分流串筒，通过操作相应的插板，经窗溜槽至一层窗口入模；关闭分流串筒流向一级窗口的插板，使混凝土至二层窗口入模；调节插板，使混凝土至三层窗口入模；实现分层浇筑，同时进行逐窗插入振捣。混凝土的浇筑应对称进行，左右两侧混凝土面的水平高差不得超过0.5m，前后高差不得超过0.3m，自各层窗口入模，应自下而上，对称分层，下落垂直高度不超过2.0m。更换输送泵管，进行冲顶浇筑；每模使用完后，逐个清洗各级流槽，待下一模使用。

逐窗分层入模浇筑技术，较传统的输送泵管换管入模，避免了混凝土骨料分离，克服了传统浇筑导致混凝土的离析、产生“人”字坡、冷缝的弊端；实现二衬混凝土质量内实外美；可一次接泵送管，直到浇筑全部完成，减少换管工序，仅需工人手动操作挡板即可；降低工人劳动强度，节约浇筑时间。

逐窗分层入模浇筑系统

1.主料斗 2.主溜槽 3.分料斗流槽 4.分流串筒 5.溜槽

三层窗口关闭后，接混凝土输送泵泵管至台车顶拱灌注口，进行衬砌顶拱浇筑。通过对二衬台车补充设计，在二衬台车模板顶拱中心线位置，沿台车纵向设

置注浆孔，首次焊接并安装注浆用阀体套件，在浇筑混凝土前安装预埋RPC注浆管，待混凝土浇筑结束后，及时从预埋注浆管处进行补浆，同时兼顾排气功能。 按照二衬台车长12m为例，纵向设置4个注浆孔，孔径为40mm；依次编号为1#、2#、3#和4#孔。1#孔距二衬的封闭端60-100cm，4#孔距离开放端100-150cm，2#、3#孔在中间位置基本均布。在二衬台车顶部直径40mm孔处，首次焊接固定法兰盘，固定法兰盘采用全周焊形式，防止漏浆或注浆时的法兰脱落。固定法兰盘连接螺栓在模板的外侧，法兰厚度为10mm，选用M22*60mm普通螺栓，RPC管的顶端管口处切割十字口，深度为5mm，宽度为3mm。

通过带模注浆工艺，解决二衬顶拱不密实问题，确保二衬厚度达到设计要求，避免了传统衬砌易形成注浆液与衬砌“两层皮”的现象，使二衬结构的整体性符合要求。工艺性好，在二衬施工的工序间隙进行补浆，不占用二衬的正常工序。

12m二衬台车注浆孔位置布置纵向图

二衬台车长12米开设窗口尺寸为500*500，呈4—3—4—3布置，共28个。满足混凝土浇注、振捣及观察用，在台车整体结构中起着重要作用。其“麻雀虽小，五脏俱全”，满足翻转、关闭灵活、接缝错台误差要求同模板主接缝。在多年的窗口细部结构设计中，以压板调紧式延续至今，混凝土表面错台经常超差，己不能更好地满足现场需要。经研究，将窗口结构在此基础上设计为插销定位形式，设窗口外弧半径R，面板厚度δ（以宽2米板幅为例）；窗扇四周弧肋间距5mm，肋宽100mm，弧形肋两端各长出窗扇尺寸5mm限位；外环向板距离窗口割边16mm；挡头纵板距离窗口割边大于等于30mm（此尺寸应根据窗口外弧半径的变化作适当调整）；合页座处纵向角钢距离窗口割边15mm；插销式结构的销套正下方处，环肋与面板焊段长50mm，焊高6mm。窗口定位销径28-35mm，如图所示，每个窗口4组；合页铰接销直径18-22mm，每个窗口2组。从安装和使用角度出发，根本上解决窗口错台的问题。

插销式结构图

二衬钢端模采用合页式组合模板设计，分内、外圈模板，环向由长度小于1m小块钢模组成，按衬砌厚度减小50-100mm设计预留安装间隙，安装于台车开放端。内、外圈模板之间预留环向止水带间隙，一般为20-30mm，用于固定止水带。内圈模板（面板侧）固定于钢端模安装座上，外圈模板（非面板侧）采用铰耳与内圈模板连接。外侧采用钢木结合模板进行封闭。

环向钢端模配置图

单块模板俯视图 环向单块模板示意

小块组合模板从台车顶部中心开始，向两侧对称安装，安装时小块组合模板的下边缘与台车一端贴合，与面板外弧搭接30mm，与吊耳（己焊接于台车一端）螺栓连接。外侧小块组合模板通过螺栓与内侧模板铰接形式合页，用于固定中埋式止水带。按间隙大小配合木板条，利用组合小块模板外侧的角钢座限位木板条，确保端头模板密封。

合页式组合模板设计较其他形式端模，可准确界定止水带位置，圆弧平顺。模板较轻便，可直接采用人工安拆，移动操作方便。外侧模板限位设计，可省去现场木板条钻孔工序。经济实用，只占用二衬台车造价的3%。

二衬钢端模安装于台车的开放端，封闭端与己衬混凝土表面搭接，一般搭接长度100-200mm。二衬台车纵向总长度一般为12.1-12.2m，为硬接触搭接。搭接模设计初衷在于变硬接触为软接触，采用橡胶工作面设计，厚度8-10mm钢板作托盘，纵向0.5m，分模形式同二衬台车钢模板，加肋间距500mm左右，孔间距250mm，环向整周配置，与二衬台车封闭端垂直面螺栓连接固定，首次安装调试到位，跟随二衬台车模板同时收、支模。目的在于避免漏浆和顶坏混凝土。

搭接模示意图

作业平台安全防护措施是二衬台车设计安全性的有力保障。现有作业平台设计较为简单，多以悬臂梁结构，加上现场密布钢筋拼焊来完成，安全可靠性差。本设计按照梯子及防护栏杆机械设计手册进行配套设计，科学安全。主要增设有顶部全覆盖平台、侧工作平台、端部对称设置固定钢斜梯以及防护栏杆等。顶部全覆盖平台、侧工作平台按模块化设计，采用Q235B 4mm花纹钢板作工作面，骨架采用100*63*8角钢，单块尺寸大小一般为800*4000mm，通用设计。顶部全覆盖平台铺设于门架上部横梁表面，栓接或销接形式。侧工作平台位于每层窗口的正下方，与侧拱弧形模板法兰采用螺栓连接，与窗口下沿垂直距离1000mm，安全防护栏杆高1000mm，统一尺寸、便于安放、设置美观。确保作业人员行走、浇筑、振捣方便。端部对称设置固定钢斜梯选用坡度50度，踏步高210mm，踏步宽180mm；扶手高900mm，采用矩形管30*30*2.5管材，立村采用矩形管30*30*2.5管材，从第一级踏板开始设置，间距1000mm；横杆采用5*30扁钢，固定在立柱中部；梯梁采用Q235B 14#槽钢；钢斜梯与平台梁连接时，采用长圆孔的螺栓连接。防护栏杆的高度统一设置为1000mm，扶手、立柱均采用矩形管30*30*2.5管材，立柱间隙1000mm；横杆采用5*30扁钢，与上、下构件的净间距约330-350mm之间；挡板采用100*63*8角钢；防护栏杆与平台梁采用螺栓连接。

作业平台护栏示意 结论

二衬台车的设计与持续改进，在铁路隧道衬砌施工技术规程日益完善的今天，具有重要意义。本设计在传统台车的结构基础上，更新了入模系统、窗口、软搭接模、作业平台安全防护措施等结构，可满足隧道衬砌施工技术规程各项指标和技术要求。在满足适用性、安全性等前提下，继续更新功能性设计的需要永远在路上。

参考文献：

[1]李斌.高速铁路隧道衬砌混凝土施工成套技术研究.城市地理，2017（4）：202-203.

[2]杨成宽，朱广学.模筑混凝土技术在隧道二次衬砌施工中的应用.西部探矿工程，2004，16（8）：108-110

[3]邓建华.浅谈如何提高重载铁路隧道二次衬砌混凝土施工质量.建筑工程技术与设计，2017（10）

[4]***《机械设计手册》

[5]***《铁路隧道工程施工安全技术规程》 [6]***《铁路隧道衬砌施工技术规程》