基于SolidWorksSimulation的新型无轨式全自动隧道衬砌液压台车设计

设计计算

DESIGN & CALCULATION

基于SolidWorks Simulation的新型无轨式全自动

隧道衬砌液压台车设计

王松，喻致蓉

（平顶山平煤机煤矿机械装备有限公司，河南平顶山 467000）

［摘要］为解决隧道二衬施工中传统轨行式衬砌台车的弊端，以广州市轨道交通21号线工程13标金坑站-镇龙南站的暗挖山岭隧道二衬施工为例，采用对传动结构优化设计的方法，研发了新型无轨式隧道衬砌液压台车。重点介绍了无轨式衬砌台车设计原理及无轨式行进关键技术并利用有限元工具对台车主要结构进行了强度校核。

［关键词］无轨式台车；隧道衬砌；液压台车；二衬施工；二次注浆；堵头板模具

［中图分类号］U453 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2019）02-0046-06 Design and research of a new type trackless automatic tunnel lining hydraulic

trolley based on SolidWorks Simulation

WANG Song，YU Zhi-rong

广州市轨道交通21号线工程西起广州市

天河区，止于增城市荔城区增城广场，全长约

61.6km，其中山岭隧道6.8km。施工13标包含金坑

站-镇龙南站的暗挖山岭隧道、盾构区间的主体和

附属土建工程。山岭隧道部分临时通道纵坡5%，

采用传统的轨行式衬砌台车无法满足施工需求，因

此迫切需要研发一种能够满足大坡度施工条件且高效便捷的新型台车［1-4］。

1 新型无轨式隧道衬砌液压台车设计方案

1.1 新型台车总体设计

根据隧道施工条件，研发了采用液压传动的新型无轨式隧道衬砌液压台车。新型台车主要由门架系统、模板系统、行走系统、液压系统、电气系统、支撑系统、附属机构等七大部分组成，总重50t。总体结构如图1所示。

1.2 新型台车结构设计

（1）不锈钢复合钢板新材料作为台车模板面板。

在传统隧道施工中主要采用Q235钢板作为台车模板面板，在潮湿环境中钢板表面容易产生浮锈。目前主要解决措施是在衬砌过程中及时采用手

a 横向视图

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1. 横向滑移纠偏装置

2. 丝杠千斤顶

3. 门架

4. 顶升油缸

5. 侧模收放油缸

6. 模板系统

7. 水平纠偏装置

8. 拱架 9. 液压泵站 10. 操作平台 11. 门架纵

联 12. 门架剪力撑 13. 下纵梁 14. 纵向滑移油缸

15. 爬梯 16. 下纵梁丝杠千斤顶 17. 纵向滑移轮座

图1 隧道衬砌台车结构简图

DOI:10.14189/ki.cm1981.2019.02.002

［收稿日期］2018-09-03

［通讯地址］王松，河南省平顶山市郏县城凤翔大道东段

2019/02总第516期

持式抛光机去除钢板表面的铁锈并涂脱模剂；在长大隧道施工中，持续不断的反复涂装与清理，不但

过程繁琐、费工费时、施工效率低下，而且需要消耗大量的脱模剂，造成了较大的施工成本。针对上述难题，通过对多个隧道工程施工项目进行总结，最终通过引入8+2不锈钢复合钢板作为钢模台车的面板（8mmQ235+2mmS304），有效解决了传统台车面板易生锈，混凝土外观质量差的难题。同时由于不锈钢复合板兼具碳素钢和不锈钢的优点，强度较普通碳钢钢板有了较大提高，提高了台车表面的耐磨性，增加了台车周转次数和使用寿命［5］。

（2）新型注浆孔结构设计。

传统的注浆系统结构较为简单，注浆方向大多竖直向上直喷拱顶，注浆孔周围容易形成蜂窝麻面、衬砌空洞等混凝土浇筑缺陷［6］，注浆效果较差。本新型台车设计采用曲面旋转式结构，通过调节丝杠伸缩来开关注浆孔，砂浆喷射与模板形成一定的角度，改变了传统砌筑砂浆的垂直或水平输送模式，杜绝了注浆过程中漏浆、跑浆现象。结构如图2所示。

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3 1. 外斗部件 2. 内斗部件 3. 杠杆支座 4. 支座 5. 螺杆 6. 弹簧套筒 7. 杠杆座销轴 8. 螺杆销轴 9. 固定销轴 10. 支撑杆销轴 11. 纵向支撑板 12. 横向支撑

板 13. 安装板 14. 槽钢 15. 定位螺栓

图2 新型注浆孔结构图

（3）拱顶模板二次注浆结构。

针对传统台车可能存在的衬砌空洞缺陷，对注浆系统预留二次注浆机构。既作为浇筑混凝土排气作用，同时兼做检查拱顶混凝土是否饱满的观察

孔。混凝土灌注结束后，可利用预埋二次注浆管及时进行带模注浆，充填衬砌后的空洞、不密实部位，起到弥补或修复二衬混凝土缺陷的作用，提高衬砌混凝土的整体质量。结构如图3所示。

焊接后打磨平整

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5 1. 拱顶模板 2. 二次注浆堵头座 3. 二次注浆管

4. 锁止螺栓

5. 二次注浆孔堵芯图3 拱顶模板二次注浆结构图

（4）中埋式止水带堵头板模具。

传统施工中止水带施工质量主要依赖施工人员的作业水平和责任心，不重视固定工艺、随意穿孔固定、随意截断接续等情况经常发生，引起止水带被埋入混凝土里时固定不牢、浇筑过程中脱出混凝土、不居中、粘接质量不达标等质量问题，影响了止水带的防水效果。为解决现有止水带固定方式存在止水带固定质量不稳定、施工工序繁琐以及增加工程成本的问题，本台车设计了一套固定加装止水带的堵头板模具。结构如图4所示。

上模版

8

二衬混凝土

二衬混凝土

横木

50

模版台车

支撑杆座腰板后面加斜撑（型钢）焊到模版横筋（角钢或槽钢）上

模版台车

止水带

下模版

R 6700

图4 堵头板模具结构图