城市地铁区间大断面二衬台车拼装方案.docx
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城市地铁区间大断面二衬台车拼装方案
三线断面洞内台车拼装方案
项目总工：
项目经理：
二○一一年十一月十日
一、台车概况
1.1衬砌台车（Ⅱf断面）基本参数
⑴整机总高：
8081mm
⑵整机长度：
8300mm
⑶整机宽度：
15350mm
⑷台车一次浇筑长度6米
⑸最大单块模板参数：
6257mm×1500mm×450mm1.9T
⑹最大杆件参数：
长10000mm1.3T
⑺单品门架参数：
12m×4.2m4T
⑻台车轨道距离：
9000mm
衬砌台车3D效果图
衬砌台车横断面结构图
衬砌台车侧面结构图
1.2台车结构组成
台车由模板总成、托架总成、平移机构、门架总成、行走机构、侧向液压油缸、侧向支撑千斤及门架支撑千斤等组成。
⑴模板总成：
模板由两块顶模，两块边模构成横断面，顶模之间通过螺栓连接成整体，边模与顶模通过铰销连接，模板之间均由螺栓连接而成。
模板上开有品字型工作舱，顶部设有注浆装置，供操作及检查用。
⑵托架总成：
托架主要承受浇筑的上部混凝土重量及模板自重，它上承模板，下通过液压缸和支撑千斤传力于门架。
托架由两根纵梁，多根横梁及立柱组成。
⑶平移机构：
平移机构前后各一套，支撑在门架边横梁上。
平移小车上的液压油缸与托架纵梁连接，通过油缸的伸缩调整模板的竖向定位及脱模。
水平方向上的油缸用来调整模板的衬砌中心与隧道中心是否重合。
⑷门架总成：
门架是整个台车的主要承载构件，由横梁、立柱、纵梁通过螺栓连接而成，各横梁及立柱间通过连接梁及斜拉杆连接。
液压台车的门架由钢板或型钢组焊而成。
整个门架保证有足够的强度、刚度和稳定性。
⑸行走机构：
液压台车的主、从行走机构各两套，铰接在门架纵梁上。
主动行走机构由Y系列电机驱动减速器减速后，再通过链条传动减速。
⑹侧向液压油缸：
侧向液压油缸主要为模板脱模，同时起支撑模板的作用。
⑺托架支撑千斤：
主要为改善浇筑混凝土时托架纵梁的受力条件，保证托架的可靠和稳定。
⑻门架支撑千斤：
联接在门架纵梁下面，台车工作时，顶在轨道面上，承受台车和混凝土的重量，改善门架纵梁的受力条件，保证台车工作时门架的稳定。
1.3、机、液、电系统
⑴机械系统
台车行走采用两套机械传动装置，通过减速器和链条减速后驱动台车行走。
为实现两套驱动装置同步，采用两台电机同时启动。
为满足工况要求，电机可正反转运行。
在台车行走时，请先把限位架上的螺杆拧紧，使限位架锁紧在横梁上，防止在走动时模架总成与台架发生位移。
⑵液压系统
台车液压系统采用三位六通手动换向阀进行换向，实现油缸的伸缩。
左右侧向油缸各采用一个换向阀控制，四个竖向油缸各一个换向阀控制，平移油缸各一个换向阀控制。
竖向油缸采用螺纹自锁油缸保证施工浇筑时竖向油缸工作的可靠性。
在立模时，竖向油缸升到工作位置时，请将自锁螺母向下拧紧，当收模时，请先将自锁螺母向上拧到顶部，才能操作换向阀缩回油缸。
当换向阀处于中位时，系统卸荷，防止系统发热；直回式回油滤清器和集成阀块简化了系统管路。
⑶电器系统
电器系统对油泵电机、行走电机的起停机进行控制。
设有正反转及过载保护。
二、台车的安装方案
台车采用在洞内进行安装，安装场地要求具备三个台车以上的占地工作面积，台车安装地面要求平整。
前期门架纵梁安装可以采用装载机或挖机起吊设备辅助吊装，门架部分安装则采用锚杆吊挂安装，要求锚杆所承受的拉力为4T×1.2=4.8吨；安装前先在洞壁上固定好起吊锚杆（锚杆位置见锚杆布置图），利用手拉葫芦起吊台车部件；
锚杆布置图
安装工具一览表
名称
规格
单位
数量
钢轨
P43Kg/M*12.5m
根
4
枕木
200mm*200mm*500mm
根
120
链条葫芦
2吨
件
2
链条葫芦
5T
件
1
焊机
350A
台
2
气割工具
套
1
梅花扳手
27-30
把
10
呆扳手
22-24/24-27/27-30
把
各2
活动扳手
300
把
2
起子
100
把
1
老虎钳
把
1
磅锤
8磅/4磅
把
2/2
安全带
副
8
安全帽
顶
8
螺旋千斤
16吨
件
4
撬棍
大/小
跟
各4
钢卷尺
50米/10米
把
各1
液压油
长城46号
Kg
170
卸扣
2吨
件
6
齿轮油
220-320号
Kg
50
钢丝绳
¢14mm×6米
根
2
钢丝绳
¢16mm×6米
根
2
起吊设备考虑采用挖机或装载机进行骨架安装，后期采用挖机或装载机与手拉葫芦配合安装。
台车的安装应遵循以下步骤：
1、确定安装的基准：
按总图要求，检查地面是否平整，如有坡度（一般不超过2%），检查坡度是否满足设计要求，否则，轨道地基应采用混凝土硬化，以保证安装的基准。
2、铺设轨道：
轨道选用P43kg/m型钢轨，高度为140mm，支承在200mm高的枕木上（为了加大模板的安装空间，可取消枕木直接将轨道铺放在硬化好的混凝土地基上）。
轨道必须固定：
轨道中心距必须达到设计要求，误差不得大于40mm；轨道四点高度误差经水准仪测量不得大于20mm；轨道中心与隧道中心误差不得大于20mm；枕木强度应满足承载要求，其横截面为200mm×200mm，长度为600mm，铺设间距为500mm。
3、走形梁安装:
在安装走形梁时必须检验对角线长度，其误差不能大于10mm；走形梁侧面需焊接斜撑以防其侧倒。
4、门架的安装：
安装门架时，横梁与立柱、立柱与门架斜撑和斜拉杆先在平整的地面枕木上组装好，且将所有的链接螺栓安装到位后，再整体吊至走形梁上与之连接（注意：
）；安装门架斜拉杆及门架横梁连接梁（确保门架横梁对角线误差在30mm内）。
5、横移小车安装：
在安装横移拉杆前，分别找出门架中心线与横移拉杆的中心线，将两者中心线对齐后再安装横移油缸（注：
此时的横移油缸应伸出了约120mm）、横移小车及顶伸油缸（注：
将顶伸油缸调整到最高以便于后面安装下动模）。
6、装托架总成：
先安装端部托架纵梁，两根纵梁支撑在平移小车上的液压油缸上，然后，依次安装边横梁、中横梁、竖向支撑及各支撑螺旋千斤，注意纵梁中心线的对角线长度误差不得大于20mm。
7、安装拱顶模板总成：
模板的安装应先安装顶模，将全部顶模安装到位后，再挂左右边模，接着安装千斤纵连撑管及各侧向支撑千斤（注：
在拱顶模板安装过程中，下一块模板安装前，必须保证前面两块模板的链接定位销装到位、模板与模板间无明显缝隙并保证有30%的连接螺栓已经装到位）。
8、安装下动模模板总成：
如果该台台车设计有小动模，则将小动模与下动模在地上连接成整体后整体安装到拱顶模上；
装液压站及液压管道，配接电气线路
部件的检查：
台车安装完毕后，全面检查各部件各部位螺栓连接是否有松动，各连接销子是否转动灵活，各螺旋千斤伸缩是否达到设计要求，有关液压件及管道是否有渗漏，电气接线是否安全绝缘等。
9、检查各设计尺寸：
检查台车各重要尺寸是否达到设计要求
1）台车轨道面至模板最高处的高度。
2）模板左右边缘的理论宽度。
3）模板轨道中心距，如地基有坡度，检测左右轨面高度。
4）模板左右边缘与地基的高度是否与设计尺寸吻合等。
三、台车安装施工组织
1、人员配置：
售后服务人员：
2人（五新重装）、装吊工：
6人、电焊工1人：
电工：
1人普工2人
2、日程安排
第1天：
安装轨道及门架纵梁；往洞内转门架纵梁时一定注意门架纵梁的方向，（人员安排：
洞外1名售后服务人员、2名装吊工；横洞：
2名装吊人员；主洞：
1名服务人员、2名装吊人员，2名普工、1名电焊工）
第2天：
安装门架，先将4榀门架的配件从洞外按顺序1榀榀的转运到洞里，再在主洞内将门架单榀安装好，并立在洞内（人员安排：
洞外1名售后服务人员、2名装吊工；横洞：
2名装吊人员；主洞：
1名服务人员、2名装吊工，2名普工、1名电焊工）
第3天：
将安装好的门架，安装到走行纵梁；同时将立柱连接梁、门架横梁、托架纵梁、竖向支撑等小配件倒运到主洞（人员安排：
洞外1名售后服务人员、2名装吊工；横洞：
2名装吊人员；主洞：
1名服务人员、2名装吊工，2名普工、1名电焊工）
第4、5天：
安装门架横梁、托架纵梁、竖向支撑、布置走行通道且捆扎牢固。
（可以竹胶板、5公分厚的木板）（人员安排：
主洞：
2名服务人员、4名装吊人员，2名普工、1名电焊工）
第6天：
将液压系统及电控系统从洞外转运道主洞，安装走行电器及液压系统，调试对角线，拧螺栓，安装横梁连接梁，水平角钢。
（人员安排：
洞外1名售后服务人员、2名装吊工；横洞：
2名装吊人员；主洞：
1名服务人员、2名装吊人员，2名普工、1名电焊工、1名电工）。
第7、8天：
安装顶模。
先将顶模在洞外按拼装顺序转运到主洞，（注意：
根据拼装的速度，转运顶模，防止模板倒运多堆积，影响拼装场地）用挖机或装载机固定在装好的锚杆上，再将台车骨架走行到位，再将固定在锚杆上的顶模按顺序拼装好。
（人员安排：
洞外1名售后服务人员、2名装吊工；横洞：
2名装吊人员；主洞：
1名服务人员、2名装吊工，2名普工、1名电焊工、）。
第9、10天：
安装侧模。
先将侧模在洞外按拼装顺序与对应的小动模连接好转运到主洞，（注意：
根据拼装的速度，转运侧模，防止模板倒运多堆积，影响拼装场地）用挖机或装载机固定在装好的锚杆上，再将台车骨架走行到位，再将固定在锚杆上的顶模按顺序拼装好。
（人员安排：
洞外1名售后服务人员、2名装吊工；横洞：
2名装吊人员；主洞：
1名服务人员、2名装吊工，2名普工、1名电焊工、）。
第11、12天：
接油管及调整模板拼逢，拧紧螺栓（人员安排：
2名服务人员、4名装吊人员，2名普工、1名电焊工）
第13天；检查并调校模板外形尺寸（人员安排：
2名服务人员、2名装吊人员，2名普工、1名电焊工）
第14天；组织验收
四、台车安装注意事项
1、由于洞内安装场地狭窄，空间小，所以转运的台车配件必须严格按所需安装配件转运，且一定注意配件的方向，不然易造成安装位置拥挤，形成安全隐患，安装速度减慢，延长安装时间。
2、洞内安装的起吊用具是葫芦或滑轮，因此锚杆与吊点一定要做起吊实验，且安装人员严禁站在吊物下面。
3、洞内安装空间狭小，起吊物上需焊接吊点，电焊工一定要持证上岗，且经验丰富，起吊前需至少两人确认焊牢后，方可起吊，避免安全事故的发生。
4、设置安全警戒线，闲杂人等严禁进入施工区，杜绝交叉作业。
5、安装时需要做好安全防护，戴好安全帽，系好安全绳，穿好防滑鞋。
五、台车的使用
使用台车必须严格按照操作顺序及要求，正确使用与维护，以确保台车安全正常工作，并延长其使用寿命。
1、台车行走和就位
1）台车安装完毕后，检测各部结构是否到位，检查各部位螺栓连接是否牢固，各连接销必须可靠且转动灵活，然后进行初步调试。
要求各螺旋千斤动作可靠，各基本尺寸达到要求。
2）确定台车工作位置的轨面标高正确后，保证轨道相对隧道中心线对称，轨面平整。
3）准备工作完成后，启动液压系统。
4）操作多路换向阀手柄，让侧向油缸收回，使下模总成回缩。
5）收回竖向油缸，使上模总成下降，在油缸动作前，要缩回相应的托架支撑千斤。
6）为方便脱模，要在模板外侧涂抹脱模剂。
7）旋回门架支撑千斤（基脚千斤），使其离开轨面。
8）操作台车行走电器按钮，使台车在电机牵引下自动行走到工作位置。
9）台车就位后，锁定行走轮，旋出基脚千斤撑紧钢轨，防止台车移动。
2、立模
1）合上模板台车的电源开关，按下油泵电机启动按钮，让液压站工作，配合测量人员，操作多路换向阀手柄，通过调整，使模板外形达到施工要求。
2）操作多路换向阀手柄，让平移油缸工作，左右调节，使模板外形中心线与隧道中线重合。
3）操作多路换向阀手柄，让竖向油缸工作，升降调节，使上模总成外形达到施工要求。
4）操作多路换向阀手柄，让侧向油缸工作，伸缩调节，使下模总成外形达到施工要求。
注意：
下模总成两边的侧向油缸由两个换向阀分别控制，操作时注意每边两个油缸动作同步，调整装在油缸上的单向节流阀，使两侧向油缸同步。
5）台车模板外形达到混凝土施工要求后，应将托架支撑千斤撑紧托架纵梁，把侧向千斤旋出，撑紧千斤纵连撑管，此时，上下模板总成结合密贴。
6）关好台车前后周边模形板。
六、台车受力检算
6.1设计计算依据
⑴《材料力学》；
⑵人民交通出版社《路桥施工计算手册》；
⑶中国建筑工业出版社《建筑工程大模板技术规程》JGJ74—2003
⑷人民交通出版社《公路桥涵施工技术规范》。
⑸《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）
⑹《水工混凝土施工规范》（DL/T5144-2001）
⑺《钢结构设计规范》（GB50017-2003）。
6.2荷载计算
（1）新浇混凝土最大挤压力P1
假定衬砌混凝土在8h内可以浇筑完成，则混凝土浇筑速度约为1.2m/h，且混凝土的温度约为10℃，若混凝土不加缓凝外加剂、坍落度为110mm～150mm，则混凝土最大挤压力：
取两者中的较小值，故最大压力为49.7KPa。
式中，Pmax为新浇筑混凝土对模板的最大侧压力；γ为混凝土的质量密度；t0为新浇混凝土的初凝时间，可按实际确定；V为混凝土的浇灌速度；K为外加剂影响修正系数，不加时K=1，掺缓凝外加剂时K=1.2；H为混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度（当v/t0≤0.035时，H=0.22+24.9×v÷t0；当v/t>0.035时，H＝1.533.8×v÷t0）；β1为外加剂坍落度修正系数，取1.0；β2为混凝土坍落度影响修正系数，取1.15。
（2）单位面积的混凝土自重P2
假定混凝土衬砌厚度为0.8m，其密度为2.5t/m3,则混凝土单位面积载荷为：
6.3模板受力计算
台车模板分顶模、左右边模和左右小角模，由于顶模受到混凝土自重、施工载荷及新浇筑混凝土的挤压力等载荷的作用，其受力条件显示比其它部位的模板更复杂、受力更大、结构要求更高。
由于边模与顶模的结构构造一样，边模不受混凝土自重，载荷较小，因此对其强度分析时只考虑顶模。
台车模板沿洞轴方向看是一个由多个1.5米长的圆柱形组合而成圆柱壳。
顶模最危险处应在最顶部（由于灌注时的压力）。
由于模板内表面每隔250mm有一根∠75×8加强角钢，因此，我们可以把它简化成每隔250mm的梁单元来考虑。
根据有限元常用的方法，面板宽度取两相邻角钢间距的30%，即250×0.3=75mm。
所以梁的截面如下图：
通过计算其截面特征为Ix=284.5cm4，W1=93.6cm3，W2=52.1cm3。
根据载荷计算模板所受的面载荷P=P1+P2=49.7+20=69.7KPa，那么在250mm宽，1500mm长的面板上所受的载荷为69.7×0.25×1.5=26.1KPa，将此载荷作用在1.5m长的梁上，则其线载荷q为26.1/1.5=17.4KPa。
简支梁受到均布载荷作用下的最大弯矩位于跨中，其值为：
梁的最大弯曲应力σ=Mmax/W2=4.9×103/52.1×10-6=94.1MPa
对A3钢，[σ]=160MPa。
所以梁的强度满足要求。
模板模面宽度内模板的变形量，即模板的最大变形：
式中，y为最大变形量，q为分布载荷，L为受力简支梁距离，E为弹性模量常数2060000Pa，I为截面的轴惯性距。
将值代入公式：
在浇筑侧墙时的模板最大变形量3.952mm，具体见以下位移云图：
浇筑拱顶时，拱顶承受混凝土的压力及重力，此时模板最大变形量5.685mm，具体见以下位移云图：
6.4门架结构受力计算
⑴顶升千斤强度计算
台车的整个载荷（混凝土自重及侧压力）是通过整个成型断面钢模板竖向、水平方向上的各支承油缸及千斤传向于支承门架。
钢模板本身承受浇注混凝土时的面载荷；门架承受台车行走及工作时的竖向及水平载荷。
台车结构受力分析应考虑工作及非工作两种工况下的载荷，由于门架是主要的承重物件，必须保证有足够的强度、刚度及稳定性。
因此，强度校核时应以工作时的最大载荷为设计计算依据；非工作是，台车只有自重，结构受力较小，此种工作状况作为台车的行走校核及门架纵梁的强度验算，暂不考虑。
顶模通过托架总成承受上部模板的载荷，再通过三根托架纵梁的12个支撑点（8个顶升千斤、4个顶升油缸）传力于门架横梁。
假设混凝土的最大衬砌厚度为80cm，衬砌长度为6m，衬砌时上部整个混凝土的自重由顶模承受。
顶部混凝土的截面面积约为8.4m2,则顶部混凝土自重为W1=6×8.4×2.5=126吨。
托架总成除了承受顶部混凝土重量外还承受模板的自重，6米台车模板部分自重约为36吨。
托架总成承受的混凝土和模板的自重通过三根托架纵梁经12个支撑点传力于门架横梁上。
通过受力分析，中间的顶升千斤比两端的油缸和千斤承受的压力大，两端的油缸和千斤承受的力相当于中间一个千斤所承受的力，因此顶升千斤承受的最大轴向载荷为：
顶升千斤采用T80×10的梯形螺纹，螺杆均采用45#钢，其[σ]=180MPa，[τ]=108MPa。
根据螺杆弯曲强度公式：
螺杆剪切强度公式：
式中F为轴向载荷，F=12.83×104N,
h为螺纹的工作高度，梯形螺纹h=0.5P=5mm，
d1为外螺纹小径，d1=78mm
z为旋合圈数，z=H/P，P为螺距10mm，H为螺母高度80mm，则z=8，b为螺纹牙底宽度，梯形螺纹b=0.65P=6.5mm。
代入式中：
因此顶升千斤螺杆强度满足要求。
⑵侧向千斤强度计算
台车左右边模对称，结构及受力完全相同，计算时只考虑单边的强度校核。
边模垂直度较大，可近似为直边墙来进行水平载荷计算，台车衬砌长度为6m，边模板高度为6.3m，边墙侧压力取5.0t/m2，则边模板水平载荷为：
W=6×6.3×5.0=189吨
左右边模通过销轴与上模板连接，小角模与边模通过销轴连接，单边通过5根纵连撑管的4个支撑点/每根（共20个支撑点）传力于门架立柱上，单边的5组侧向千斤（共20根）承担侧压力引起的水平载荷，而侧压力引起的浮力通过台车的自重来稳定。
假设上述载荷由20个侧向支承千斤承担，而中间2组千斤承受的力是两边承受的力的一倍，因此中间5组千斤承受的力最大，则中间每组千斤承受的力为189/（4-1）≈63（t）。
假设每组载荷由5个千斤平均承担，则每个千斤的轴向载荷为63/5≈12.6（t）。
实际情况是边模载荷是不断的变化，下部浇注时，上部千斤受到的侧压力很小；上部浇注时，下部模板也许达到初凝，千斤受到一定的侧压力。
假设边模全部很快浇注完时为模板的最大受力情况（此假设偏于安全），则各千斤受力变化不会太大。
侧向千斤采用梯形螺纹T70×8，螺母高度H=80mm，螺距P=8mm，则螺杆的弯曲及剪切强度为：
式中F为轴向载荷，F=14.8×104N,
h为螺纹的工作高度，梯形螺纹h=0.5P=4mm，d1为外螺纹小径，d1=68mm
z为旋合圈数，z=H/P，P为螺距8mm，H为螺母高度80mm，则z=10
b为螺纹牙底宽度，梯形螺纹b=0.65P=5.2mm。
代入式中：
因此侧向千斤螺杆强度满足要求。
⑶门架结构强度计算
门架是一个空间的整体框架结构，为了保证整体结构的稳定性，门架横梁、门架立柱之间通过工字钢及斜拉角钢把其连成整体，其主要水平及垂直方向的载荷靠4榀门架承受，门架横梁承受垂直方向载荷，门架立柱承受水平方向载荷，4榀门架中，中间的门架受力最大。
门架整体框架结构的受力分析可按两种载荷组合作用进行分析：
①侧压力：
单榀门架共承受8个水平方向的力，每个力的大小约1.26×105N；
②垂直载荷：
垂直方向需承受模板的自重、托架总成的自重及混凝土的自重，单榀门架共承受3个力，每个力的大小约1.8×105N；其门架结构形式见下图：
其具体受力计算采用AbaqusCAE分析如下：
当浇筑侧墙时：
浇筑混凝土时门架受力云图如下：
由Y方向产生的位移图知其最大位移为：
Ymax=3.187mm。
最大应力为79.31MPa。
当浇筑拱顶时：
浇筑混凝土时门架受力云图如下：
由Y方向产生的位移图知其最大位移为：
Ymax=3.957mm。
最大应力为127.6MPa。
⑷总结
根据以上计算，台车门架结构及各千斤的强度是满足设计要求的，但在实际使用过程中，由于工况及操作的变化，台车局部地方可能引起变形，所以在理论的设计基础上需做加强制作。
需特别注意的是在混凝土灌满时，如果仍然由输送泵输送混凝土，由于输送泵的出口压力很大，就有可能造成模板变形，据此情况，操作者必须及时掌握和控制浇筑情况，根据经验来判定已经灌满，并及时停止作业。
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