单线铁路隧道衬砌台车检算书全解.docx

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单线铁路隧道衬砌台车检算书全解

单线铁路隧道衬砌

钢模板台车检算

计算：

罗威

复核：

鲁兵

单位：

福州快连建工机械有限公司

2016年05月

隧道衬砌台车制作及安装专项方案

一、衬砌方案

隧道边墙及拱部二次衬砌的浇筑采用移动式液压模板台车和泵送砼整体浇筑，以保证二次衬砌的密实，超挖部分采用同级砼回填。

隧道进洞前，模板台车在洞前装配，台车安装采用吊车配合人工方式组装。

衬砌施作时，施工用风水管及通风风管随台车前进置于台车下部。

匝道台车:

1、一个工作循环的理论衬砌长度：

10.5米

2、二衬砌最大厚度:

1000mm；

3、轨距：

3900mm；

4、成拱半径：

R1=2950mm，R2=3660mm，R3=8960mm；

5、台车运行速度：

6-8m/min；

6、液压系统工作压力：

150kg/cm2

二、衬砌模板台车

2.2、主要结构

台车由行走机构总成、门架总成、模板总成、电器操作控制系统、液压系统五大部分组成。

台车详细结构及结构、模板受力分析见附件。

⑴、行走机构总成：

由四个行走小车组成，两个主动轮小车和两个被动轮小车，分别安装在两测的两个行走梁下，由操作员操纵电源开关，使台车（前进或后退）移动。

⑵、门架总成：

由六榀门架组成。

立柱外侧有支撑单侧墙模板的丝杠和4组调节侧模板的油缸。

门架上部是工作平台，有模板平移装置，可操纵液压阀，使模版整体左右平移。

另有四个拱部模板起升油缸和液压操纵台。

⑶、模板总成:

模板总成决定混凝土表面完好程度。

在圆周上由一块拱部模板和两侧模板组成。

在长度方向上由螺栓连接成需要长度的模板。

侧模板与拱顶模板采用铰链连接，侧模板可绕铰链转动，以便调节模板的伸缩，满足断面衬砌要求。

⑷、液压系统：

由液压操纵台（电机、油泵、滤清器、八联阀等组成）、四个起升油缸，四组侧模板调节油缸、两个平移模板油缸、各类阀及管路组成。

三、台车强度校核

3.1、计算依据

隧道台车长度为12m，模板面板厚度为10mm，门架面板12mm，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。

3.1.1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）----（取值疑问），有部分零件为45钢，容许拉压应力为210MPa。

3.1.2、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。

3.2、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。

3.2.1、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]=210MPa

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

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。

3.2.2、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

3.2.3、弧板检算

弧板宽280mm，材料812钢板，模板连接梁最大间距1400mm，弧板受力模型可设为受力分布力的简支梁，跨距I=1.4m，均布力q3=PaL/2=71.6X1.4/2=50.12KN/m（有2片弧板，所以除2）。

抗弯模量W=bh²/6=0.12X2.8²/6=1.57X10-1m³

M=qI²/8=50.12X1.4²/8=12.28KN·m

σ=Mmax/w=12.28/（1.57X10-1）=78.21MPa＜[σ]=381MPa

I=bh³/12=0.012X0.01³/12=16.7X10-8m4

fmax=5ql4/384EI=5X（50.12X10³）X1.44/384X2.06X1011X2.2X10-5=1.1mm＜[L/400]=3.5mm

3.3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4.4m，竖向力也主要是由6.19m范围内的模板传递下来，12m台车总共传递的竖向力为F总=78.2KN/㎡X12mX4.4m=4129KN，共6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=4129/18=229KN。

侧向力由侧模传至千斤，侧模高度6.19m，则F=71.6KN/㎡X12mX6.19/24=222KN，由以上分析，根据台车门架尺寸，得出验算模型如下图所示：

（铁轨处未见图示横向支点）

求解得到弯矩图：

------（门架立柱侧向弯矩疑问，未见计算）

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=0.85m，宽b=0.3m，其截面特性

W=bH³-（b-g）h³/6H=0.3X0.85³-（0.3-0.012）（0.85-0.028）³/6X0.85=4.76X10-3m³

I=bH³-（a-g）h³/12=0.3X0.85³-（0.3-0.012）（0.85-0.028）³/12=2.023X10-3m³

强度：

σ=M/W=293/5.023=144.8MPa＜[σ]=381MPa------（公式数值来源不清楚）

门架横梁的强度满足要求，因此门架的强度满足受力要求。

3.4下纵梁的检算

观察台车图可知，------（未见相关图纸）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=4129/12=344KN，基础千斤采用的是Φ108*8无缝钢管（45钢），钢管截面积为1.52X210=319KN，因此下纵梁受力模型可简化为下图所示：

分析得到弯矩图：

（由于坚向压力440KN小于无缝管可承受支撑力528KN）

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=344/4.15=82.9MPa＜[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1.7m受集中力344计算：

F=FL³/48EI=344X1.7³X10³/48X2.06X1011X1.04X10-3=0.16X10-3m＜[L/400]=0.425X10-3m。

3.5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。

3.5.1、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=344KN。

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=344/2.2=156MPa

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=1.3

Φ1=[σ]=1.3X210=273可得:

N/Am≤Φ1[σ]

因此竖向千斤压杆稳定性满足要求。

3.5.2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222KN，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1.2m。

N/Am=222/1.2=185MPa

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=1.2

Φ1=[σ]=1.2X210=252可得:

N/Am≤Φ1[σ]

因此侧向千斤压杆稳定性满足要求。

3.6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。

四、台车安装

4.1、准备工作：

⑴、在洞口准备好足够大的安装场地，并铺好台车行车轨道（43kg/m）。

⑵、准备好起重设备。

⑶、备好支撑杆、工具、材料、长卷尺、水平仪等。

⑷、对衬砌台车的零部件进行清点。

⑸、组织安装的主要人员熟悉安装图纸和安装使用说明书，熟悉台车的结构、工作原理、安装程序和方法步骤。

4.2安装步骤：

⑴、调整好两行走轨道中心距，并使其标高处于同一水平面内。

⑵、将横梁、立柱及斜撑组成两个端门架和三个中门架，组拼时应保证两立柱平行，且两对角线长度相等。

⑶、将四个行走机构吊装在行走轨上，并调整好相互位置，装好刹车装置。

⑷、将两个端门架分别吊装在行走机构支座上，并调正且垂直于走行轨，然后支撑牢靠，再将车架两下纵梁安装于两端门架之间，并校正台车架整体尺寸，保证台车两水平对角线相等，并将下纵梁调直。

⑸、安装中门架于下纵梁，再安装门架上纵梁、斜拉杆，并与端门架连为一体，并再次调整，校正车架各部相互位置，以保证：

a、每侧的车轮应在同一直线上，并保证轮距与轨距相等，误差不大于10cm；b、各立柱均应垂直于走行轨，不得歪斜；c、车架在水平面内，其下部和上部对角线长度相等，无扭曲现象，调整正确后，将各部螺栓再检查拧紧。

⑹、将横向调整装置千斤顶等安装于门架横梁上，再将侧向丝杠机构安装于门架两侧。

⑺、安装顶部两上纵梁，并使两纵梁高度相同且与走行轨平行。

⑻、吊装拱架安装于上纵梁上，并调整好相互间距，然后安装加强槽钢，再吊装边墙架，方法同上。

⑼、安装模板（对全液压衬砌台车而言），先安装拱部模板，顺序为从拱脚向拱顶，从台车中部向两端安装，拱部安装完毕后，与边墙架相邻的模板，应在拱架上焊挡板，以防模板下滑，然后再顺序安装边墙模板，在安装中，应尽量减小模板之间间隙，保证模板接缝一致，调整好以后再焊挡板。

4.3、模板台车注意事项

⑴、拱部模板升降油缸和侧模板调节油缸，是为调整模板尺寸所设计的，不承受混凝土浇筑时产生的垂直立和侧压力。

浇注受力是由各类机械千斤顶、支撑丝杠和模板刚性来承受的。

在侧模板油缸旁均配置有支撑丝杠。

⑵、台车移动时安全注意事项

a、操作台车人员，必须由熟悉台车性能的专职人员操作。

b、台车上平台前后两侧与地面前后两侧必须有直接监护人员进行移动式监护。

c、台车移动前，必须认真检查台车，是否收缩到位置。

d、侧丝杠零时固定是否牢靠，防止移动过程中松脱支地。

e、侧纵联两头育种不在移动前，必须将丝杠零时支护，防止模板与门架摆动而折断油缸。

f、上纵梁与门架必须保证单侧三组以上，将千斤顶附位支护。

g、在移动前，模板底部必须认真清理衬砌时的支架和残留物体，防止碰撞模板。

⑶、每一个工作循环前要校对钢轨是否平直，钢轨中心距与衬砌中心距是否对齐，检测钢轨牢固性。

枕木所垫间距，一般不得超过600mm。

⑷、每进行一个作业循环后要认真检查各部位螺栓、销子的松动状态，对各种连接件重新检查紧固。

⑸、台车行走机构、丝杠千斤顶要定期打黄油，减速电机要定期保养。

⑹、液压系统应无泄漏现象，液压油应清洁，工作时应随时观察系统压力情况。

注意工作环境防止影响正常运行使用。

⑺、台车支撑到位后，底纵梁支轨丝杠必须牢固可靠，以免造成扭曲变形。

⑻、台车浇注前，小心边墙支撑地丝杠务必顶牢于地面。

4.5、衬砌模板台车操作程序

⑴、检查台车各部分，有无损失和变形的地方。

⑵、按要求在需要润滑的部位加上润滑油。

检查液压油的油标，是否缺油。

⑶、检查电路电器安全装置和液压系统。

⑷、台车行走到衬砌位置后便可立模，立模前模板台车处于脱模状态。

⑸、立模程序

a、合闸通电，液压系统运转；

b、调整台车至衬砌位置后，将支撑行走梁底部丝杠支撑于钢轨上并旋紧；

c、操纵液压控制阀，调整各部模板起到位置。

先确定拱顶模板位置隧道断面相符。

精侧各切线、腰线中心位置。

（这时所有支撑丝杠和千斤顶都在分开状态），在各油缸旁边支好支撑丝杠。

（拱部起升、侧模板调节、模板横移均采用液压控制）；

d、操作换向阀手柄，使水平油缸平移，可调整模板台车中心距与衬砌中心线对齐。

e、操作换向阀手柄，使竖向油缸上升。

调整台车达到预定高度后，旋紧竖向千斤顶。

f、操作换向阀手柄，使侧向油缸撑出。

同时调整节流阀，醋调侧模板至预定位置。

g、关闭电机，来向摇动换向阀手柄，使侧向油缸卸压。

调节测向支撑丝杠，使台车侧模达到灌注状态。

h、启动电机，保持油缸压力。

i、小边墙地锚丝杠和其它支撑杆件定位。

检查各铰接点和主要的螺栓紧固区，检查窗口锁定等。

j、端模板档护与支撑，由用户自行确定档护支护方法。

k、立模完成后检查各支撑点的稳定性和整体相关尺寸，检查无误后，可进行注浆。

注浆前台车外表需涂刷脱模剂，以减少脱模的表面粘力。

l、注浆时，混凝土最大下落高度不能超过3m，混凝土坍落度掌握在9-13cm范围内。

台车前后混凝土高度误差不能超过0.6m，左右混凝土高度不能超过0.5m。

m、采用附着式振动时，振动时间尽量采用短时间、多次数左右对称的振动方法。

防止台车因振动时的微移位或弹性变形。

⑹、脱模程序

a、首先拆下侧面支撑丝杠一端的销子，放下丝杠。

然后再拧松拱部平台支撑千斤顶，并从纵梁下部抽出摆放好，防止台车移动时掉落伤人或摔坏。

b、拆除端头挡渣墙支护杆件和紧固件。

c、拧松行走梁下边的支撑丝杠（离轨平面约60—100mm）。

d、拆模：

操纵液压控制阀，首先收回侧模板油缸，然后再降落拱部升降油缸。

注：

收模操纵油缸时应点动、后再续动收位。

e、清除模板表面的异物和检查模板表面质量（分模线、接模线、铰接线、窗口、注浆口）

4.6、衬砌模板台车严禁操作事项

⑴、电源动力线截面不符合功率要求，电源线路缺相，线路磨损外裸时严禁合闸启动。

⑵、液压油低于警示区时，严禁使用。

⑶、台车移动时严禁在轨道上碾压任何它物和单侧移动。

⑷、严禁单侧一次输砼超过1米以上。

⑸、台车完成衬砌循环后的接模时，严禁用高压力操作顶升油缸。