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探索隧道衬砌台车设计与受力
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改革开放以来,我国的交通运输行业在经济发展的快速促进下,已经发生了质的飞跃。隧道工程建设,历来都是公路施工建设的重点和难点,无论是施工所需时间,还是工人的劳动强度以及施工技术难度都比其他公路施工建设要大得多。隧道衬砌台车的加入,为施工争取了很多宝贵的时间,并大大降低了工人的劳动强度,因此,对于该类设备的研究
工作对于工程建设是非常重要的。本文针对隧道衬砌台车的设计与受力进行分析。
一、隧道衬砌台车的设计
隧道衬砌台车的设计要充分考虑到断面的尺寸,考虑到在混凝土一次性浇注施工荷载作用下,台车的整体刚度、稳定性和强度,同时还考虑了操作的安全、便捷。为了降低施工成本,本文重点介绍了变截面衬砌台车的设计。衬砌台车主要包括模板系统、支撑系统和液压系统。
(一)模板系统的设计
模板系统主要由顶模、边模组成。其中顶模与支撑系统顶升油缸以上部分螺栓连接,侧模与支撑系统门架部分通过侧向油缸或丝杆铰接。在设计模板系统时,先要确定顶模与边模铰接点,此时,既要保证台车有一定的脱模空间,又要控制边模的长度以免其而影响整体刚度。我国单线铁路隧道断面尺寸已经标准化,由三个半径圆弧组成,其中顶部圆弧半径是一个变化尺寸,用来调节断面加宽。另外两个半径以及圆弧夹角是固定不变的。因此,不同断面台车侧模是相同的。设计多断面隧道衬砌台车模板系统只需要考虑顶模的通用性即可。
(二)支持系统的设计
支撑系统的作用是支撑整个模板系统与承受衬砌时压力防止模板变形与向内收缩。支撑系统主要有上下纵梁、立柱、门架横梁、纵向联接件、八字支撑、拱部横梁、拱部小立柱、丝杆、油缸、平移机构、行走机构等部件。设计时要注意:立柱靠模板一侧必须设计有可拆装、可调长短的支座,以满足不同加宽要求;当台车要求加宽的较大时,门架横梁必须加长;拱部横梁要设计成段;两端拱部小立柱上设计有油缸安装铰耳;尽可能使螺杆长度较大,当加宽梯度较大时,可设计另配螺母与钢管以满足加长要求。
(三)液压系统的设计
在位于隧道的变截面处,为了提高衬砌台车的效率,同时降低工人的劳动强度,应在台车的前后分别设计一个油缸,同时相应地增加油管和接头的数量,并将换向阀设计为十联阀。
二、衬砌台车的受力分析
(一)模板受力分析
在衬砌混凝土施工过程中,衬砌台车模板直接承受新灌注混凝土重力、灌注冲击力和振捣混凝土的力,这些作用力对直边墙部分的模板产生侧压力,对曲边墙部分的模板和拱部模板也产生垂直压力和侧压力,对正拱顶模板只产生垂直压力。随着新灌注混凝土数量和高度的不断增加,模板所承受的压力从开始为零逐步加大到某一最大值(Pmax)。这一最大值(Pmax)的大小与混凝土容重(∮)混凝土的塌落度、灌注速度(V)、入模温度(T)、入模方式、水泥初凝时间、采用的振捣方式密切相关,而且不同位置的模板最大值也是不同的。
(二)模板支架受力分析
模板支架不但具有起拆、立模调节作用,同时也将会来自于模板的力通过可调式联结杆件传递给台车主承力框架。模板支架的受力计算模式,在直墙时为沿墙高方向的多跨连续梁超静定结构,曲墙时为沿墙高方向的多跨连续桁架超静定结构,拱部为单跨两端悬臂桁架拱结构。当采用组合拼装式钢模插入式振捣方式时,其受力计算相对简便,而且由振捣混凝土产生的震动能在模板简支处化解;当采用大块整体式模板附着式振捣方式时,由于模板支架与模板已连为一体,其受力计算相对复杂,而且多台附着式振捣器同时振动产生的震动力直接作用在模板支架上,同时又通过可调式结杆件传给台车主承力框架,不但增大了模板支架的内力和计算难度,而且极易损坏可调式联结杆件,又给主承力框架增加了震动力。
(三)主承力框架受力分析
主承力框架作为衬砌台车的末端受力结构,通过门式框架将模板支架传来的力传到被约束的下纵梁,形成刚架受力计算模式。因此,我们可以了解到,衬砌台车的整体稳定性不仅受到门式框架的刚度影响,还会因为纵梁的位移产生重大变化。在施工现场,很多因素都会对其产生影响,对台车下纵梁的约束只能通过支垫和提前设置受拉预埋件来实现。因此,约束反力的增加将使对台车下纵梁约束的困难程度增加。从模板和模板支架的受力分析可知,采用大块整体式钢模板附着式振捣方式时,就会对台车的主承力框架的指点产生更多的约束反力,增加指点的支持难度,于此同时,门式框架的结构刚度也必须大范围的增加。否则,就会导致其受到损害。
三、小结
随着我国工程建设事业的不断发展,相关的施工技术不断更新以及设备的不断改进,我国的公路施工建设已经取得了很好的成绩,隧道施工历来都是一个耗时耗力,技术难度大的施工类别,但是,从全国范围来看,我国很多地区,尤其是西南一些边远山区,其山峰俊秀而挺拔,尽管非常适合与旅游业的发展,但是,给人们的出行带来了极大的不便,因此,在这些地区开通隧道已经成为开发西部的当务之急。为了更好的促进这些地区的经济发展,我国隧道建设工作人员必须更加的努力工作,提高生产技术,多设计出像隧道衬砌台车那样的生产工具,使得我国的经济发展能够稳步前进。
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