大湖底、青良山隧道臺(tái)車方案

1、漳永高速公路漳州華安段路基土建工程A6合同段隧道臺(tái)車設(shè)計(jì)方案編制人：審核人：批準(zhǔn)人：中鐵九局集團(tuán)有限公司漳永高速公路漳州華安段A6項(xiàng)目經(jīng)理部 二一三 年 一 月 十一 日目 錄1.概述12.此臺(tái)車的主要技術(shù)參數(shù)23.臺(tái)車主要結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)述：24.臺(tái)車在工程襯砌中所能達(dá)到的效果45.隧道臺(tái)車力學(xué)計(jì)算書(shū)46.側(cè)模和頂模的檢算67.門架驗(yàn)算88.下縱梁的檢算119.絲桿千斤頂?shù)挠?jì)算1210.結(jié)論1311.方案附圖13漳永高速公路漳州華安段A6合同段隧道臺(tái)車設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一、 概述：大湖底隧道為雙洞分離式長(zhǎng)隧道。隧道左線起迄里程為ZK35+002ZK36+008，全長(zhǎng)1006米；隧道右線起迄里程為K35+00

2、5K36+052，全長(zhǎng)1047米。施工采用進(jìn)口掘進(jìn)，計(jì)劃襯砌臺(tái)車左右洞各1套。青良山隧道為雙洞分離式長(zhǎng)隧道。隧道左線起迄里程為ZK36+322ZK38+796，全長(zhǎng)2474米；隧道右線起迄里程為K36+315K38+814，全長(zhǎng)2499米。施工采用進(jìn)、出口掘進(jìn)，計(jì)劃襯砌臺(tái)車左右洞各2套。大湖底、青良山隧道模板加工廠家為“福建中天建工機(jī)械有限公司”和“洛陽(yáng)中鐵強(qiáng)力機(jī)械有限公司”。根據(jù)海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)高速公路網(wǎng)漳州至永安聯(lián)絡(luò)線漳州華安段A6合同段大湖底、青良山隧道施工設(shè)計(jì)圖及福建省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理指南（構(gòu)件具體尺寸見(jiàn)臺(tái)車總圖）。此臺(tái)車能保證邊開(kāi)挖邊襯砌，門架凈空高度和寬度能保證有軌和無(wú)軌車輛通

3、行；整機(jī)行走采用電機(jī)-機(jī)械驅(qū)動(dòng)；模板采用全液壓操縱，利用液壓缸支（收）模機(jī)械鎖定。在保證足夠的剛度和強(qiáng)度的前提下（具體見(jiàn)受力分析），盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化以減輕重量。在重要的鋼結(jié)構(gòu)方面，采用工裝模具，以確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，產(chǎn)品性能良好、結(jié)構(gòu)合理、襯砌質(zhì)量高。臺(tái)車設(shè)計(jì)說(shuō)明：二、 此臺(tái)車的主要技術(shù)參數(shù)：（1） 臺(tái)車類型：液壓自行式（2） 臺(tái)車運(yùn)行速度：6m/min（3） 臺(tái)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率：2x5.5kw（4） 液壓電機(jī)功率：1x5.5kw,工作壓力16MPa（5） 頂升油缸工作行程：180mm（實(shí)際達(dá)300mm）（6） 側(cè)向油缸工作行程：200mm(實(shí)際達(dá)350mm)（7） 平移油缸工作行程：100mm(

4、實(shí)際達(dá)150mm)（8） 臺(tái)車長(zhǎng)度：12.0m（9） 行走方式：軌道自行式三、 臺(tái)車主要結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)述：本臺(tái)車由行走機(jī)構(gòu)、臺(tái)車門架、鋼模板、鋼模板垂直升降和側(cè)向升縮機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等6部分組成（具體見(jiàn)總圖）（1）行走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)由主動(dòng)行走、被動(dòng)行走兩部分組成，共四套裝置，分別安裝于臺(tái)車架兩端的門架立柱下端，整機(jī)行走由兩套主動(dòng)行走機(jī)構(gòu)完成，行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)自帶制動(dòng)器，以保證整機(jī)在坡道上仍能安全行車。臺(tái)車采用寬大行走輪，配7518E軸承、28A鏈條、BWD14-43減速機(jī)以保證臺(tái)車使用安全，避免了跳軌、變形、斷鏈打滑等對(duì)襯砌施工的影響。（2）臺(tái)車門架 臺(tái)車門架設(shè)計(jì)共5榀，由門架橫梁、上下縱梁

5、、門架立柱、連接梁、剪刀架等部分組成。門架的主要結(jié)構(gòu)件由鋼板焊接，橫梁和立柱為板焊工字鋼截面，縱梁采用箱形截面焊接而成，橫梁與立柱之間設(shè)有板焊工字形牛腿斜支撐。門架的各個(gè)部件通過(guò)螺栓連為一體，門架支撐于行走輪架上，中門架下端裝有基礎(chǔ)千斤，襯砌施工時(shí)，混凝土載荷通過(guò)模板傳遞到5個(gè)門架上，并分別通過(guò)行走輪和基礎(chǔ)千斤頂傳遞到軌道地面。在行走狀態(tài)下，螺桿應(yīng)收回，門架上部前后端裝有操作平臺(tái)，放置液壓及電器裝置。（3）模板 模板寬度為2m,為保證模板有足夠的強(qiáng)度，面板采用10mm,同時(shí)采用L90x56x6的角鋼加強(qiáng)，并在每件模板里增加加強(qiáng)立板來(lái)保證強(qiáng)度。板法蘭采用12mm的法蘭板。在制作過(guò)程中為保證模板外

6、表質(zhì)量和外形尺寸精度高，采用合理的加工、焊接工藝，設(shè)計(jì)并加工專用焊接胎膜，有效保證整體外形尺寸的準(zhǔn)確度，焊接變形小，外表光滑，無(wú)凹凸等缺陷。模板之間采用通梁固定為一體，有效控制了相鄰模板的錯(cuò)臺(tái)問(wèn)題，能保證混凝土襯砌質(zhì)量。（4）液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、液壓泵、手動(dòng)換向閥、垂直及側(cè)向液壓缸、機(jī)械鎖、油箱及管路組成，其功用是快捷、方便的完成收（支）模即頂模升降、模板平移和收支側(cè)模。（5）電氣系統(tǒng)電氣系統(tǒng)主要對(duì)行走電機(jī)的起、停及正、反向運(yùn)行進(jìn)行控制，并為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，行走電機(jī)設(shè)有正反轉(zhuǎn)控制及過(guò)載保護(hù)。 四、 臺(tái)車在工程襯砌中所能達(dá)到的效果：（1） 當(dāng)隧道開(kāi)挖偏離中心時(shí)，可通過(guò)模板平移調(diào)整機(jī)構(gòu)達(dá)

7、到調(diào)中，滿足了設(shè)計(jì)和施工要求。（2） 臺(tái)車有足夠的強(qiáng)度和剛度，在液壓缸和支撐絲桿的聯(lián)合作用下，能抵抗混凝土強(qiáng)大的垂直和側(cè)向壓力，臺(tái)車不發(fā)生變形，由于各支點(diǎn)設(shè)計(jì)合理，有效的利用了臺(tái)車自身的重量和混凝土的壓力，保證了臺(tái)車澆注混凝土?xí)r克服混凝土的上浮作用。（3） 工作窗口布局合理，使臺(tái)車便于涂抹脫模劑方便兩側(cè)澆注混凝土和振搗作業(yè)，頂部設(shè)有注漿口，注入混凝土方便，減輕施工人員強(qiáng)度。（4） 每片鋼模接縫嚴(yán)實(shí)，混凝土密實(shí)，無(wú)蜂窩、斑點(diǎn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象發(fā)生，表面光滑、平整、美觀。五、 隧道臺(tái)車力學(xué)計(jì)算書(shū)：漳永高速公路漳州華安段A6合同段隧道臺(tái)車，長(zhǎng)度為12m,模板面板厚度為10mm,模板寬度為2米/片，門架立柱、下

8、縱梁和橫梁面板及腹板厚12mm。計(jì)算書(shū)針對(duì)臺(tái)車的主要受力構(gòu)件的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行檢算，以驗(yàn)證臺(tái)車的力學(xué)性能能否滿足使用要求。主要根據(jù)與，借助結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器來(lái)對(duì)本臺(tái)車進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算。（1）計(jì)算參數(shù) 砼的重力密度為：24KN/m3;砼的澆注速度：2m/h；砼入模時(shí)的溫度取250C;摻外加劑。 鋼材取Q235鋼，重力密度78.5KN/m3;彈性模量為206GPa,容許拉壓應(yīng)力為140Ma，容許彎曲應(yīng)力取181Ma(1.25的提高系數(shù))。有部分零件為45鋼，容許拉壓應(yīng)力為210Ma。（2）計(jì)算載荷1）振動(dòng)器產(chǎn)生的荷載：4.0kN/m2；傾倒混凝土產(chǎn)生的沖擊載荷：4.0kN/m2；二者不同時(shí)計(jì)算。2）對(duì)側(cè)模產(chǎn)

9、生的壓力砼對(duì)側(cè)模產(chǎn)生的壓力主要為側(cè)壓力，側(cè)壓力的計(jì)算公式為P=kh當(dāng)v/T0.035時(shí)，h=1.53+3.8v/T;式中：P-新澆混凝土對(duì)模板產(chǎn)生的最大側(cè)壓力（kPa）; h-有效壓頭高度（m）; v-混凝土澆注速度（m/h）; T-混凝土入模時(shí)的溫度（0C）； -混凝土的容重（kN/m3）; K-外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)區(qū)K=1.0，摻外加劑時(shí)K=1.2；根據(jù)已知條件：因?yàn)関/T=2/25=0.080.035，所以h=1.53+3.8v/T=1.53+3.8*0.08=1.834m最大側(cè)壓力為：P=1.2*24*1.834=52.8 kN/m3；檢算強(qiáng)度時(shí)載荷設(shè)計(jì)值為：pa=1.2*

10、52.8+1.4*4.0=69 kN/m3.（3）砼對(duì)頂模產(chǎn)生的壓力砼對(duì)頂模產(chǎn)生的壓力由砼的重力和澆注的側(cè)壓力組成：重力P1=24 kN/m3*0.6m(最大值0.55m,按0.6m計(jì)算)=14.4 kN/m2，其中為澆注砼的厚度。由于圓弧坡度變小，取澆注速度為1m/h.因?yàn)関/T=1/25=0.040.035所以h=1.53+3.8v/T=1.53+3.8*0.04=1.68m側(cè)壓力為：P2=k=1.2*24*1.68= 48.4kN/m2P3=k=1.2*48.4+1.4*4.0= 63.7kN/m2所以頂模受到的壓力為Pb= P1 +P2=14.4+63.7=78.1 kN/m2可知Pb

11、Pa.（4）臺(tái)車的結(jié)構(gòu)自重，影響不大，不計(jì)入檢算載荷。六、 側(cè)模和頂模的檢算： 通過(guò)對(duì)側(cè)模和頂模的面板和弧板的強(qiáng)度和剛度檢算，來(lái)驗(yàn)證臺(tái)車模板的強(qiáng)度和剛度是否滿足受力要求。側(cè)模面板和頂模面板的支撐結(jié)構(gòu)相同，因?yàn)轫斈Ｃ姘迨芑炷林亓ψ饔盟軌毫β源?，所以只需檢算面板的強(qiáng)度和剛度是否滿足要求。面板由間距250mm的角鋼支撐，因此可以簡(jiǎn)化為0.25m的簡(jiǎn)支梁，來(lái)對(duì)面板進(jìn)行分析。 （1）面板驗(yàn)算1）面板強(qiáng)度計(jì)算面板厚度為10mm，面板受到的最大壓力為P=Pb=78.1 kN/m2面板的抗彎模量（一節(jié)模板寬2m） w =bh2/6=(1/6)*2*0.012=3.3*10-5m3面板所受的最大彎矩力為 I

12、=ql2/8=(1/8)*(78.1*2)*0.252=1.22KN.m面板受到的彎曲應(yīng)力為 = Mmax/w=1220/(3.3*10-5)=36.6Mpa181Mpa所以面板的強(qiáng)度滿足使用要求。2）面板的剛度計(jì)算 面板的慣性矩 I=bh3/12=2*0.013/12=2.5*10-7 m4 fmax =(ql4)/(384Elx)=( 78.1* 103 *24)/(384*2.06*1011*2.5*10-7)=0.063(L/400)=0.625mm 所以面板的剛度滿足要求。（2）加強(qiáng)角鋼檢算 角鋼的兩端固支，受均力q2=p*0.25=19.5KN/m; 最大彎矩在跨中，M=(1/24

13、)*ql2=19.5*22/24=3.25kNm 加強(qiáng)角鋼采用L90*56*6，抗彎模量查表得w=11.74*10-6m3角鋼所受的最大彎曲應(yīng)力= Mmax/w=3250/(11.74*10-6)=153Mpa181Mpa角鋼慣性矩查表得I=71.03*10-8 m4最大撓度 fmax =(ql4)/(384Elx)=( 19.5* 103 *24)/(384*2.06*1011*71.03*10-8)=2.1mm(L/400)=3.75mm所以角鋼的撓度滿足要求。（3）弧板檢算 弧板寬260mm，材料為12鋼板，模板連接梁最大間距為1874mm.弧板受力模型可設(shè)為受均布力的簡(jiǎn)支梁，跨距l(xiāng)=1

14、.9m, 均布力q3=pa*2/2=69kN/m 抗彎模量w=bh2/6=0.012*0.26/6=5.2*10-4m3 M=ql2/8=69*1.92/8=31.1kNm = Mmax/w=31100/(5.2*10-4)=59.8Mpa181Mpa因此弧板的強(qiáng)度滿足要求。 I=bh3/12=0.012*0.263/12=1.8*10-6 m4 fmax =(5ql4)/(384Elx)=2.1mm(L/400)=3.75mm 因此弧板的剛度滿足要求。七、 門架驗(yàn)算：除了模板要滿足受力要求，要保證臺(tái)車的強(qiáng)度和剛度要求，門架也需要滿足受力要求。因此有必要對(duì)門架進(jìn)行受力分析。門架橫梁與立柱之間用

15、螺栓緊固，不僅傳遞集中力而且傳遞彎矩，因此作為一個(gè)整體分析。門架所示豎向力是由豎向千斤頂和油缸傳遞下來(lái)，門架寬7m，豎向力也主要是由7m范圍內(nèi)的模板傳遞下來(lái)。12m臺(tái)車總共傳遞的豎向力F總=78.1*12*7=6560kN,共5榀門架，每榀門架上有4個(gè)受力點(diǎn)，則每個(gè)受力點(diǎn)傳遞的力為F=6560/20=328kN.側(cè)向力由側(cè)模傳至千斤頂，側(cè)模高度5.777m,則F=69*12*5.777=4783kN,共有千斤20件，則每個(gè)千斤所受力為F=4783/20=239kN,由以上分析，根據(jù)臺(tái)車尺寸，得出檢驗(yàn)?zāi)Ｐ腿缦拢呵蠼獾玫綇澗貓D（1）強(qiáng)度計(jì)算 由彎矩圖可知門架的最大彎矩發(fā)生在橫梁中間，最大彎矩為42

16、1.65kN.m.對(duì)比門架橫梁和立柱截面可知，該出為最危險(xiǎn)的點(diǎn)。門架橫梁高H=0.6m,寬B=0.25m,起截面特性：W=bH3-(b-)h3/6H=0.25*0.63-(0.25-0.012)(0.6-0.028)3/(6*0.6)=2.73*10-3m3I=bH3-(a-)h3/12 =0.25*0.63-(0.25-0.012)(0.6-0.028)3/12 =8.2*10-4m3強(qiáng)度：= M/w=421.65/2.73=154 Mpa181Mpa門架橫梁的強(qiáng)度滿足要求，因此門架的強(qiáng)度滿足要求。（2）剛度檢算由彎矩圖可知最大撓度發(fā)生在橫梁中心處，該處2.5m范圍內(nèi)無(wú)支撐。則以2.5m簡(jiǎn)支

17、梁受集中力393.63kN計(jì)算。f=(FL3)/（48EI） =（421.65*103*2.53）/（48*2.06*1011*8.2*10-4） =8.12*10-4mL/400=6.25*10-3m所以門架橫梁剛度滿足要求。八、 下縱梁的檢算：觀察臺(tái)車的側(cè)視圖可知，下縱梁受門架傳遞向下的力，同時(shí)受到行走和基礎(chǔ)千斤頂?shù)闹巍ｉT架傳遞的豎向壓力為F=6560/10=656kN基礎(chǔ)千斤頂采用108*8的無(wú)縫鋼管，鋼管截面為2.513*10-3m3,能夠提供的支撐力為2.513*210=528kN。因此下縱梁受力模型可簡(jiǎn)化為下圖所示： 分析得到彎矩圖下縱梁高0.45m,寬0.45m，截面特性：w=

18、bH3-(b-)h3/6H=0.45*0.453-(0.45-0.024)(0.45-0.024)3/(6*0.45)=2.96*10-3m3I=bH3-(a-)h3/12 =0.45*0.453-(0.45-0.024)(0.45-0.024)3/12=6.66*10-4m3下縱梁彎曲應(yīng)力：= M/w=272.56/2.96=92Mpa181Mpa下縱梁的強(qiáng)度滿足要求。最大撓度發(fā)生在下縱梁中心處，以兩個(gè)基礎(chǔ)千斤之間的間距為2.475m,受集中力656kN計(jì)算：f=(FL3)/（48EI） =（547*103*2.4753）/（48*2.06*1011*6.66*10-4） =2.3*10-3mL/400=7.125*10-3m所以下縱梁剛度滿足要求。九、 絲桿千斤頂?shù)挠?jì)算：絲桿千斤頂容易發(fā)生的破壞為壓桿失穩(wěn)，即無(wú)縫鋼管受力彎曲導(dǎo)致絲桿千斤頂?shù)钠茐?，主要分析無(wú)縫鋼管壓桿的穩(wěn)定性，來(lái)驗(yàn)證絲桿千斤頂?shù)氖芰κ欠駶M足使用要求。臺(tái)車千斤頂有三種：基礎(chǔ)千斤頂、側(cè)向千斤頂、豎向基礎(chǔ)千斤頂和豎向千斤頂較短，不易發(fā)生壓桿失穩(wěn)，因此主要分析側(cè)向千斤頂?shù)膲簵U穩(wěn)定性。側(cè)向絲桿的穩(wěn)定性在門架檢算時(shí)，已得到側(cè)向絲桿的所受軸力為239kN。采用的是89*6的無(wú)縫鋼管，單獨(dú)受力的側(cè)向千斤頂最長(zhǎng)工作長(zhǎng)度為1.5m.N/Am=239/1.734=138MPa由長(zhǎng)細(xì)比