二衬台车实施方案

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），因此本台车共分两部分：①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。②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：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

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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，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

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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，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/m³，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/m³，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

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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，侧压力计算公式为： P=kγh

当V/T＜0.035时，h=0.22+24.9V/T 当V/T＞0.035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（℃） γ-混凝土的容重（KN/m³）

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=0.1＞0.035

所以：h=1.53+3.8V/T=1.53+3.8X0.1=1.91m 最大侧压力为：P=kγh=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力和灌注砼的侧压力组成： 重力P1=γg=24KN/m³X0.5m=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=0.05＞0.035

所以h=1.53+3.8V/T=1.53+3.8X0.05=1.72m

侧压力为：P2=kγh=1.2X24X1.72=49.5KN/㎡，Pa=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Pb≈Pa，顶模和侧模受到的压力相当。

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（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=bh²/6=（）X2X0.01²=3X10-5m³ 面板所受的最大弯矩为

Mmax=qI²/8=（）X（78.2X2）X0.25²=1.222KN/m 面板受到的弯曲应力为：

σ= Mmax/W=1.222X1000/（2.5X10-5）=48.88MPa＜[σ]=18MPa 所以面板的强度满足要求

b 面板的刚度计算 面板的惯性矩

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I=bh³/12=2X0.01³/12=16.7X10-8m4

fmax=ql4/384EI=（78.2X10³X2）X0.254/384X2.06X1011X16.7X10-8=0.046mm＜[L/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）Xql2=19.55X22/24=3.258KN·m 加强角钢采用∠90X56X6，抗弯模量查表得W=11.74X10-6m³ 角钢所受最大弯曲应力

σ=Mmax/w=3.258X10³/（11.74X10-6）=277MPa＜[σ]=381MPa 惯性矩查表得I=1.7103X10-8m4 最大绕度

fmax= ql4/384EI=（19.55X10³X2）X24/384X2.06X1011X171.03X10-8=2.312mm＜[L/400]=5mm

3.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=bh²/6=0.012X0.28²/6=1.57X10-4m³ M=qI²/8=71.6X1.85²/8=30.631KN·m

σ=Mmax/w=30.63X10³/（1.57X10-4）=277MPa＜[σ]=381MPa I=bh³/12=0.012X0.01³/12=16.7X10-8m4

fmax=5 ql4/384EI=5X（71.6X10³）X1.854/384X2.06X1011X2.2X10-5=2.41mm＜[L/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

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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，10m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：

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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=bH³-（b-g）h³/6H=0.25X0.6³-（0.25-0.012）（0.6-0.028）³/6X0.6=2.63X10-3m³

I=bH³-（a-g）h³/12=0.25X0.6³-（0.25-0.012）（0.6-0.028）³/12=0.79X10-3m³

强度：σ=M/W=269/2.63=102.3MPa＜[σ]=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Φ108*8无缝

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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：

391 391 391 391 391 （1） 2 （2） 3 4 （4） 5

1 528 528 528

分析得到弯矩图：

（1） （2） （3） （4）

237.6 237.6 237.6

下纵梁梁高0.5m，宽0.5截面特性：

W=bH³-（b-g）h³/6H=0. 5X0.5³-（0. 5-0.024）（0.5-0.028）³/6X0.5=4.15X10-3m³

I=bH³-（a-g）h³/12=0. 5X0.5³-（0.25-0.024）（0.5-0.028）³/12=1.04X10-3m³ 下纵梁弯曲应力

σ=M/W=237.6/4.15=57.2MPa＜[σ]=381MPa

最大挠度发生在下纵梁中心处，以两个基础千斤的间距2.5m受集中力391计算： F=FL³/48EI=391X2.5³X10³/48X2.06X1011X1.04X10-3=5.9X10-5m＜[L/400]=6X10-3m。

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（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Φ108*8的无缝钢管，工作长度约为0.8m，每个竖向千斤受力为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≤Φ1[σ]。

N/Am=391/2.2=177.73MPa 由长细比λ=Io/γ

γ=（I/A）0.5=[0.0491（0.1084-0.0964）/（π0.054²-π0.048²）]0.5=0.036m λ=Io/γ=0.8/0.036=22查表得Φ1=0.9 Φ1=[σ]=0.9X210=189可得N/Am≤Φ1[σ] 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Φ89*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=197/1.734=114MPa 由长细比λ=Io/γ

γ=（I/A）0.5=[0.0491（0.0894-0.0774）/（π0.0445²-π0.0385²）]0.5=0.029m λ=Io/γ=1.62/0.029=55.8查表得Φ1=0.804 Φ1=[σ]=0.804X210=169可得N/Am≤Φ1[σ] 因此侧向千斤压杆稳定性满足要求。

（六）中间墙背模

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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

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