隧道台车加工安装施工方案.docx
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隧道台车加工安装施工方案
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红河州新安所至鸡街高速公路建设项目
长凹子隧道衬砌台车施工方案
一、编制说明
编制依据
（1）红河州新安所至鸡街高速公路两节段施工图设计；
（2）《高速公路施工标准化技术指南第五分册隧道工程》；
（3）JTGF60-2009《公路隧道施工技术规范》；
（4）JTG/TF60-2009《公路隧道施工技术细则》；
（5）JTGF80/1-2004《公路工程质量检验评定标准》；
（6）GB 50009-2012《建筑结构载荷规范》 ；
（7）GB50017-2003《钢结构设计规范》 ；
（8）GB50204-2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》；
（9）类似工程施工工法及施工经验；
（10）公司现有资源及当地社会资源。
编制原则
遵循施工方案技术可行、安全可靠、工期可控、施工方便、经济合理的原则。
编制范围
本方案编制范围为红河州新安所至鸡街高速公路长凹子隧道二衬台车加工、拼装。
二、工程概况
2.1工程简介
红河州新安所至鸡街高速公路（K12+360～K16+130段）长凹子隧道为一座连拱式隧道，其起止点桩号为K13+945～K14+390，分界段全长445m，属于短隧道。
隧道进口端～K14+112.493位于R=1150m、i=3％的左转圆曲线上，K14+112.493～K14+242.493位于R=1150m、Ls=130m的左转缓和曲线上，K14+242.493～隧道出口端位于直线上；隧道所在路段纵坡为0.500％、-2.900％；隧道最大埋深约为44m。
。
长凹子隧道衬砌工程概况如表1所示：
序号
施工里程
长度
衬砌类型
超前支护
1
K13+945
～
K13+960
15
明洞
2
K13+960
～
K13+990
30
SL5a
ф108管棚
3
K13+990
～
K14+078
88
SL5a
ф42小导管
4
K14+078
～
K14+345
267
SL4
ф42小导管
5
K14+345
～
K14+375
30
SL5a
ф108管棚
7
K14+375
～
K14+390
15
明洞
2.2主要设计技术标准
公路等级：
高速公路
设计速度：
80km/h
路面设计荷载：
公路-Ⅰ级
内轮廓：
隧道主洞：
内轮廓净空宽度11m,行车道净空高度5m，检修道净宽0.75m，检修道净高2.5m。
2.3水文地质
隧道区未见有断层通过；不良地质作用主要有岩溶；该隧道岩性以碳酸盐岩为主，岩溶较为发育，地表多见岩溶洼地、溶沟及溶槽发育，已完成钻探中各孔有揭露小型溶洞，溶隙较发育；除此外未见有泥石流、滑坡、崩塌等其他不良地质作用发育，场地较稳定。
线路区域属低纬度亚热带气候区，受喜山运动与新构造运动的影响，地壳强隆与下降幅度较大，沟谷切割深，地势高差悬殊，气候垂直变化大，干雨季分明，总体气候温和、雨量充沛。
山区降雨量大，蒸发量小，气温低，据蒙自、个旧气象站多年观测，平均气温19.2℃，最高气温38.2℃，最低气温-2.5℃，平均降雨量795mm，平均蒸发量1334.1mm，属相对干旱少雨地区。
三、施工部署
台车模型由我公司委托福建省瑞亿机械制造有限公司进行二衬模型的专业设计及加工、运输至现场，采用人工配合25t吊车在洞口进行拼装，拼装好后移动至洞内。
3.1施工进度计划
目前衬砌模型已加工完成，运输至施工现场，长凹子隧道左幅衬砌台车计划拼装时间2016年4月1日，完成时间4月20日；右幅衬砌台车计划拼装时间2016年6月1日，完成时间6月20日。
3.2机械设备配置
表2机械设备配置表
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
柴油发电机组
300KW
1
2
钢筋调直机
GTJ4/14
2
3
钢筋弯曲机
GW40
2
4
钢筋切断机
GQ-40
2
5
交流弧焊机
BX1-500
4
6
吊车
25T
2
7
型钢弯曲机
WJ40-10
2
3.3人员配置
每个衬砌台车配备专业安装工人15人，技术员1人，质检员1人，带班员1人。
四、施工工艺流程
4.1衬砌台车设计
4.1.1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
4.1.2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（具体见构造图）
（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。
4.1.3、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。
台车构造具体见图一、图二。
图一：
全断面衬砌台车构造图
图二：
12m衬砌台车侧视图
4.1.4整体式衬砌台车总体构造如下所示：
顶模总成：
2组；
顶部架体：
1组；
升降油缸：
4件；
平移装置：
2组；
门架体：
1组；
边模总成：
2组；
边模丝杠：
70件；
边模通梁：
10件；
底部丝杠体：
26件。
台车标准长度为12m，设置24个工作窗口。
4.1.5台车力学计算书
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：
4.0kN/m2；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。
4.1.6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<181Mpa
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<181Mpa
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<（L/400）=3.75mm
因此弧板的刚度满足要求。
4.1.7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<181Mpa
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。
4.1.8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
I=[bH3-（a-δ）h3]/12
=[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<181Mpa
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：
f=（FL3）/（48EI）
=（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。
4.1.9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。
4.1.10总结
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。
4.2台车模型加工
4.2.1模板
（1）弧形板
a放样：
先按照图纸将弧形板的尺寸累加后，按其尺寸计算出总的弧形板面积，然后将板按弧形板的尺寸大小拼焊在一起，找出弧形板的圆心基准线，在基准线的延长线上焊接需要进行定位的板材。
然后按照设计图纸对第一块弧形板进行划线。
划线误差≤±0.5mm。
b下料：
由于第一块弧形板的放样图已经画好了，此时将半自动切割机安装准备好，即可开始进行弧形板的下料。
按顺序将所有弧形板的料下好。
对于第一张弧形板，将其作为其他弧形板后续加工的样板，按照图纸的放样板与边（顶）模的连接处的切口，还用半自动切割机进行切割好。
对于切割好的弧形板，要进行校平，方法采用冷校法。
c打孔，当所有的弧形板全部下料完毕并校平后，便可以将4-7块弧形板对正放齐并点焊在一起。
所有弧形板点焊在一起都按样板配钻。
当钻孔完毕，要采用内卡发把10-14块弧形板装夹在一起，用同一块样板作为基准，对外弧进行修整，半径不够之处要点焊加高磨平，要将半径的误差控制在±1mm之内。
（2）铰耳
用仿形切割机切割后，4块点焊在一起配钻销孔。
（3）铰耳座板
选用直线度比较好的槽钢下料，采用冷校法对铰耳座板修校，然后用拉线法测量与面板焊接的一边的直线度，保证在±1mm之内。
（4）顶模连接板
先划线用半自动切割机下料，采用冷校法校平，然后做一块样板，以与面板相连接处为基准面，划出所有螺栓孔，定位孔位置，作为钻孔标准版。
再将7块连接板点焊在一起以样板作为基准配钻，钻孔后，以样板作为基准修整与面板相连接边，用拉线法测量，保证其直线度在±1mm之内。
（5）加强槽钢
加强槽钢主要用砂轮切割机下料，其长度要比理论尺寸短0-1.5mm
（6）模板铰耳和铰耳座定位
铰耳与铰耳座的定位采用一简易工装，将铰耳点焊在铰耳座上。
（7）连接板、连接盒、连接角钢定位
以大样图为基准，确定首件模板框架中弧形板上连接板、连接盒、连接角钢的位置，以连接板、连接盒的孔距中心线定位，每个连接盒进行拼装定位后，必须进行定位量测，无误后方可施焊。
（8）点焊模板框架
先做一框架工装，即按照模板的宽度和高度定位，严格控制其宽度及高度，用钢卷尺测量对角距离并控制误差在±1mm之内，由车间制作的简易水平仪来保证框架的水平。
工装的两侧分别钻有和弧形板螺栓孔相对应的孔位。
点框架时，先在工装上装弧形板，用螺栓将弧形板分别固定在工装上，然后再检查弧形板是否对正，再安装连接角钢开始点焊。
焊接时要按照图纸对照焊接方向，铰接装置定位采用定位轴穿过两侧弧板定位孔和铰耳中心孔。
保证铰接孔中心线与模板中线垂直度误差≤±1mm。
对于每一种模板的首件制作产品，必须进行全面的尺寸、误差及图纸核对，无误后由质检部门确认，再进行下件的连续制作。
（9）下面板
先划线，划线长度要比设计长度长10mm，然后测量其对角线长度，误差控制在1mm以内，面板宽度误差在1mm以内，用半自动切割机下料。
（10）铺面板
两端均有铰耳，则以面板及弧板中线定位；一端有铰耳，以定位孔定位。
面板长宽的误差要控制在要求的范围之内，如果面板有拼接现象，尽量放在顶模板上，外焊缝全焊后磨平。
（11）工作窗、注浆孔
工作窗、注浆孔的位置根据设计要求定。
工作窗窗口用0号割嘴采用半自动切割机切割，割线应平直，打磨光滑，与模板间隙错台在1mm以内。
注浆孔也要打磨光洁。
（12）修校模板
修校模板铰接端用面板，用冷校法校正，用拉线法检验，保证面板直线度误差≤±1mm。
模板除焊渣，去毛刺，涂防锈漆。
4.2.2门架
（1）立柱
1）下料
首先按照图纸设计长度尺寸划线、排料，下料时立柱的腹板、盖板、筋板长度尺寸要比设计尺寸0-2mm，连接板下料时保证设计尺寸和平整度，可采用单割炬或双割炬切割，调整割嘴与板面垂直，料下好后要进行校正，保证板面的平直度和直线度。
2）工装
按设计长度定尺寸，在工作平台上制作工装，测量相关尺寸误差在0.5mm之内，保证连接板与工作平台的垂直度和平行度，上下连接板以立柱内侧盖板作为基准定位、纵斜撑及短纵梁连接板以中心线定位。
3）点焊立柱
在点焊时，首先检查下好的料是否符合设计要求，连接板的孔位、大小是否正确，连接板以孔定位，打入定位销，螺栓紧固，点制。
4）施焊
为防止焊制梁弯曲、扭曲，可采用对称焊接。
为减小焊接变形，保证连接板平整度，连接板厚度加大到14mm，并布置筋板，焊接参数选择，应做焊接工艺性试验。
5）校正
采用热校法校正焊接变形。
6）划线、钻孔
以立柱的内侧中心线作为基准划出连接孔中心线，根据设计要求划出孔的相关尺寸，孔径的大小用划规划出孔线，并在圆周上涌样冲均布划出4个检查点，然后按划线进行钻孔。
可可以采用把相连接的连接板焊接后进行配钻。
保证孔位置、相关尺寸符合设计要求。
（2）底梁
1）下料
首先按照图纸设计长度尺寸划线、排料。
可采用单割炬或双割炬，调整割嘴与面板垂直，料下好后要进行校正，保证板面的平面度和直线度。
2）点焊底梁
按设计长度定尺寸，在工作平台上制作，保证相关尺寸符合设计要求。
3）施焊
为防止焊制梁弯曲、扭曲，可采用对称焊接，焊接焊缝表面无裂缝、气孔、夹渣和残留飞溅物等缺陷。
4）校正
采用热校法校正焊接变形。
5）划线、钻孔
以底梁的中心线作为基准划出连接孔中心线，根据设计要求划出孔的
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