大湖底青良山隧道台车方案文档格式.docx
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一、概述：
大湖底隧道为双洞分离式长隧道。
隧道左线起迄里程为ZK35+002～ZK36+008，全长1006米；
隧道右线起迄里程为K35+005～K36+052，全长1047米。
施工采用进口掘进，计划衬砌台车左右洞各1套。
青良山隧道为双洞分离式长隧道。
隧道左线起迄里程为ZK36+322～ZK38+796，全长2474米；
隧道右线起迄里程为K36+315～K38+814，全长2499米。
施工采用进、出口掘进，计划衬砌台车左右洞各2套。
大湖底、青良山隧道模板加工厂家为“福建中天建工机械有限公司”和“洛阳中铁强力机械有限公司”。
根据海峡西岸经济区高速公路网漳州至永安联络线漳州华安段A6合同段大湖底、青良山隧道施工设计图及福建省高速公路施工标准化管理指南（构件具体尺寸见台车总图）。
此台车能保证边开挖边衬砌，门架净空高度和宽度能保证有轨和无轨车辆通行；
整机行走采用电机-机械驱动；
模板采用全液压操纵，利用液压缸支（收）模机械锁定。
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，采用工装模具，以确保产品加工质量，产品性能良好、结构合理、衬砌质量高。
台车设计说明：
二、此台车的主要技术参数：
（1）台车类型：
液压自行式
（2）台车运行速度：
6m/min
（3）台车驱动电机功率：
2x5.5kw
（4）液压电机功率：
1x5.5kw,工作压力16MPa
（5）顶升油缸工作行程：
180mm（实际达300mm）
（6）侧向油缸工作行程：
200mm（实际达350mm）
（7）平移油缸工作行程：
±
100mm（实际达±
150mm）
（8）台车长度：
12.0m
（9）行走方式：
轨道自行式
三、台车主要结构及简述：
本台车由行走机构、台车门架、钢模板、钢模板垂直升降和侧向升缩机构、液压系统、电气控制系统等6部分组成（具体见总图）
（1）行走机构
行走机构由主动行走、被动行走两部分组成，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，行走传动机构自带制动器，以保证整机在坡道上仍能安全行车。
台车采用宽大行走轮，配7518E轴承、28A链条、BWD14-43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
台车门架设计共5榀，由门架横梁、上下纵梁、门架立柱、连接梁、剪刀架等部分组成。
门架的主要结构件由钢板焊接，横梁和立柱为板焊工字钢截面，纵梁采用箱形截面焊接而成，横梁与立柱之间设有板焊工字形牛腿斜支撑。
门架的各个部件通过螺栓连为一体，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顶传递到轨道地面。
在行走状态下，螺杆应收回，门架上部前后端装有操作平台，放置液压及电器装置。
（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L90x56x6的角钢加强，并在每件模板里增加加强立板来保证强度。
板法兰采用12mm的法兰板。
在制作过程中为保证模板外表质量和外形尺寸精度高，采用合理的加工、焊接工艺，设计并加工专用焊接胎膜，有效保证整体外形尺寸的准确度，焊接变形小，外表光滑，无凹凸等缺陷。
模板之间采用通梁固定为一体，有效控制了相邻模板的错台问题，能保证混凝土衬砌质量。
（4）液压系统
液压系统由电动机、液压泵、手动换向阀、垂直及侧向液压缸、机械锁、油箱及管路组成，其功用是快捷、方便的完成收（支）模
即顶模升降、模板平移和收支侧模。
（5）电气系统
电气系统主要对行走电机的起、停及正、反向运行进行控制，并为液压系统提供动力，行走电机设有正反转控制及过载保护。
四、台车在工程衬砌中所能达到的效果：
（1）当隧道开挖偏离中心时，可通过模板平移调整机构达到调中，满足了设计和施工要求。
（2）台车有足够的强度和刚度，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，由于各支点设计合理，有效的利用了台车自身的重量和混凝土的压力，保证了台车浇注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注混凝土和振捣作业，顶部设有注浆口，注入混凝土方便，减轻施工人员强度。
（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、隧道台车力学计算书：
漳永高速公路漳州华安段A6合同段隧道台车，长度为12m,模板面板厚度为10mm,模板宽度为2米/片，门架立柱、下纵梁和横梁面板及腹板厚12mm。
计算书针对台车的主要受力构件的刚度和强度进行检算，以验证台车的力学性能能否满足使用要求。
主要根据<
<
路桥施工和计算手册>
>
与<
结构力学>
，借助结构力学求解器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;
砼的浇注速度：
2m/h；
砼入模时的温度取250C;
掺外加剂。
钢材取Q235钢，重力密度78.5KN/m3;
弹性模量为206GPa,容许拉压应力为140MＰa，容许弯曲应力取181MＰa（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/m2；
倾倒混凝土产生的冲击载荷：
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，侧压力的计算公式为
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-混凝土浇注速度（m/h）;
T-混凝土入模时的温度（0C）；
γ-混凝土的容重（kN/m3）;
K-外加剂影响修正系数，不掺外加剂时区K=1.0，掺外加剂时K=1.2；
根据已知条件：
因为v/T=2/25=0.08>
0.035，
所以h=1.53+3.8v/T=1.53+3.8*0.08=1.834m
最大侧压力为：
P=1.2*24*1.834=52.8kN/m3；
检算强度时载荷设计值为：
pa=1.2*52.8+1.4*4.0=69kN/m3.
（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浇注的侧压力组成：
重力P1=γδ=24kN/m3*0.6m（最大值0.55m,按0.6m计算）=14.4kN/m2，其中δ为浇注砼的厚度。
由于圆弧坡度变小，取浇注速度为1m/h.
因为v/T=1/25=0.04>
0.035
所以h=1.53+3.8v/T=1.53+3.8*0.04=1.68m
侧压力为：
P2=kγδ=1.2*24*1.68=48.4kN/m2
P3=kγδ=1.2*48.4+1.4*4.0=63.7kN/m2
所以顶模受到的压力为Pb=P1+P2=14.4+63.7=78.1kN/m2
可知Pb>
Pa.
（4）台车的结构自重，影响不大，不计入检算载荷。
六、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。
侧模面板和顶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，所以只需检算面板的强度和刚度是否满足要求。
面板由间距250mm的角钢支撑，因此可以简化为0.25m的简支梁，来对面板进行分析。
（1）面板验算
1）面板强度计算
面板厚度为10mm，面板受到的最大压力为
P=Pb=78.1kN/m2
面板的抗弯模量（一节模板宽2m）
w=bh2/6=（1/6）*2*0.012=3.3*10-5m3
面板所受的最大弯矩力为
I=ql2/8=（1/8）*（78.1*2）*0.252=1.22KN.m
面板受到的弯曲应力为
δ=Mmax/w=1220/（3.3*10-5）=36.6Mpa<
181Mpa
所以面板的强度满足使用要求。
2）面板的刚度计算
面板的惯性矩
I=bh3/12=2*0.013/12=2.5*10-7m4
fmax=（ql4）/（384Elx）=（78.1*103*24）/（384*2.06*1011*2.5*10-7）
=0.063<
（L/400）=0.625mm
所以面板的刚度满足要求。
（2）加强角钢检算
角钢的两端固支，受均力q2=p*0.25=19.5KN/m;
最大弯矩在跨中，M=（1/24）*ql2=19.5*22/24=3.25kN•m
加强角钢采用L90*56*6，抗弯模量查表得w=11.74*10-6m3
角钢所受的最大弯曲应力
δ=Mmax/w=3250/（11.74*10-6）=153Mpa<
角钢惯性矩查表得I=71.03*10-8m4
最大挠度
fmax=（ql4）/（384Elx）=（19.5*103*24）/（384*2.06*1011*71.03*10-8）
=2.1mm<
（L/400）=3.75mm
所以角钢的挠度满足要求。
（3）弧板检算
弧板宽260mm，材料为δ12钢板，模板连接梁最大间距为1874mm.
弧板受力模型可设为受均布力的简支梁，跨距l=1.9m,
均布力q3=pa*2/2=69kN/m
抗弯模量w=bh2/6=0.012*0.26/6=5.2*10-4m3
M=ql2/8=69*1.92/8=31.1kN•m
δ=Mmax/w=31100/（5.2*10-4）=59.8Mpa<
因此弧板的强度满足要求。
I=bh3/12=0.012*0.263/12=1.8*10-6m4
fmax=（5ql4）/（384Elx）=2.1mm<
因此弧板的刚度满足要求。
七、门架验算：
除了模板要满足受力要求，要保证台车的强度和刚度要求，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，因此作为一个整体分析。
门架所示竖向力是由竖向千斤顶和油缸传递下来，门架宽7m，竖向力也主要是由7m范围内的模板传递下来。
12m台车总共传递的竖向力F总=78.1*12*7=6560kN,
共5榀门架，每榀门架上有4个受力点，则每个受力点传递的力为F=6560/20=328kN.
侧向力由侧模传至千斤顶，侧模高度5.777m,则F=69*12*5.777=4783kN,共有千斤20件，则每个千斤所受力为F=4783/20=239kN,
由以上分析，根据台车尺寸，得出检验模型如下：
求解得到弯矩图
（1）强度计算由弯矩图可知门架的最大弯矩发生在横梁中间，最大弯矩为421.65kN.m.对比门架横梁和立柱截面可知，该出为最危险的点。
门架横梁高H=0.6m,宽B=0.25m,起截面特性：
W=[bH3-（b-δ）h3]/6H
=[0.25*0.63-（0.25-0.012）（0.6-0.028）3]/（6*0.6）
=2.73*10-3m3
I=[bH3-（a-δ）h3]/12
=[0.25*0.63-（0.25-0.012）（0.6-0.028）3]/12
=8.2*10-4m3
强度：
δ=M/w=421.65/2.73=154Mpa<
门架横梁的强度满足要求，因此门架的强度满足要求。
（2）刚度检算
由弯矩图可知最大挠度发生在横梁中心处，该处2.5m范围内无支撑。
则以2.5m简支梁受集中力393.63kN计算。
f=（FL3）/（48EI）
=（421.65*103*2.53）/（48*2.06*1011*8.2*10-4）
=8.12*10-4m<
[L/400]=6.25*10-3m
所以门架横梁刚度满足要求。
八、下纵梁的检算：
观察台车的侧视图可知，下纵梁受门架传递向下的力，同时受到行走和基础千斤顶的支撑。
门架传递的竖向压力为F=6560/10=656kN基础千斤顶采用Ф108*8的无缝钢管，钢管截面为2.513*10-3m3,能够提供的支撑力为2.513*210=528kN。
因此下纵梁受力模型可简化为下图所示：
分析得到弯矩图
下纵梁高0.45m,宽0.45m，截面特性：
w=[bH3-（b-δ）h3]/6H
=[0.45*0.453-（0.45-0.024）（0.45-0.024）3]/（6*0.45）
=2.96*10-3m3
=[0.45*0.453-（0.45-0.024）（0.45-0.024）3]/12
=6.66*10-4m3
下纵梁弯曲应力：
δ=M/w=272.56/2.96=92Mpa<
下纵梁的强度满足要求。
最大挠度发生在下纵梁中心处，以两个基础千斤之间的间距为2.475m,受集中力656kN计算：
=（547*103*2.4753）/（48*2.06*1011*6.66*10-4）
=2.3*10-3m<
[L/400]=7.125*10-3m
所以下纵梁刚度满足要求。
九、丝杆千斤顶的计算：
丝杆千斤顶容易发生的破坏为压杆失稳，即无缝钢管受力弯曲导
致丝杆千斤顶的破坏，主要分析无缝钢管压杆的稳定性，来验证丝杆千斤顶的受力是否满足使用要求。
台车千斤顶有三种：
基础千斤顶、侧向千斤顶、竖向基础千斤顶和竖向千斤顶较短，不易发生压杆失稳，因此主要分析侧向千斤顶的压杆稳定性。
侧向丝杆的稳定性
在门架检算时，已得到侧向丝杆的所受轴力为239kN。
采用的是Ф89*6的无缝钢管，单独受力的侧向千斤顶最长工作长度为1.5m.
N/Am=239/1.734=138MPa
由长细比λ=I0/r
r=（I/A）0.5=[0.0491（0.0894-0.0774）/（π0.04452-π0.03852）]0.5
=0.029m
λ=I0/r=1.5/0.029=52,查表得：
Ф1=0.828
Ф1【δ】=0.828*210MPa=174MPa，可得N/Am<
Ф1【δ】
因此侧向千斤顶压杆稳定性满足要求。
一十、结论：
关于混凝土载荷的计算方法有多种，此次计算采用的是载荷偏大的计算方法。
力学分析过程中所有简化计算都是按照偏向于安全的计算模型计算。
分析了台车的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正常施工的受力要求。
一十一、方案附图：
方案一附图：
方案二附图：
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