摘要：简述了短小隧道多变化断面衬砌施工如何既通过衬砌台车的合理设计及应用来降低生产成本，又能确保衬砌施工质量的施工工艺。
关键词:多变截面 短小隧道 衬砌台车 设计 使用
宜万铁路W9标石垭子隧道全长121米，前接石垭子大桥（曲线桥），后接直线路基。隧道断面逐渐变化，经历6次变换断面线路，间距由4.93m逐步变到4.20m，给衬砌施工造成很大困难。本文主要阐述石垭子隧道在衬砌施工过程中通过如何调整衬砌台车来施工多断面衬砌工程，从而既能大大节约成本，又能避免更换台车而造成施工进度的耽搁。
1 工程概况
石垭子隧道为浅埋偏压、软弱围岩双线曲线隧道，起讫里DK151+065～DK151+186，处于缓和曲线YH与HY之间，曲线半径为3000m，曲线长度110m。隧道最大埋深不足20米，且处于岩层破碎带上，围岩基本为黏土夹孤石，施工难度大，机械利用率低。隧道短小但断面多变，全长121延米共计6个加宽断面，隧道断面设计线间距变化参见表1。
2 多变断面衬砌台车方案设计
2.1 多变断面衬砌台车设计方案的选择 由于石垭子隧道为双线大跨度隧道，衬砌断面类型多变，而且加宽幅度较大，给衬砌施工造成很大困难。对于短小隧道，购买成品的衬砌台车，一是成本价高，二是不能有效适应多变断面的衬砌类型施工要求。所以，经过我们深入分析、讨论，决定采用自行设计的多变断面衬砌台车，其优势主要体现在以下几点：①成本较低，经济划算。通过采购钢架、钢板等原材料，自行安装台车，成本费用大大节省。②多变断面衬砌施工时，台车转换方便，零件更换少，加宽条可提前计算预制，安装快捷，加宽断面无需推出台车，可直接在隧道内转换体系。③多变断面衬砌台车经过刚度和稳定性的科学验算，稳定性强，满足施工安全要求。通过施工验证，衬砌施工全部完成后衬砌台车也没有变形。④多变断面衬砌台车使用方便，能有效提高衬砌的施工效率，缩短工期。
2.2 多变断面衬砌台车设计思路 设计模板系统，首先要确定顶模与边模铰接点，铰接点位置的确定要满足两个条件：第一，要给衬砌台车脱模留下操作空间；第二，侧摸长度不要太长，以保证模板的整体刚度。通常的做法是台车下降10cm～20cm时确保脱模空间为5cm～10cm。如图1，利用CAD绘图模拟，铰接点确定在r2圆弧上的某一点。然而隧道断面曲线的圆弧半径值r2，r3、r4值是固定不变的，也就是说，所有隧道断面所用的衬砌台车的侧模是相同的。多变断面隧道衬砌台车模板的设计也主要归结在顶部模板的通用性上。只要顶模满足多变断面施工要求就达到了设计所需的效果。
2.3 多变断面衬砌台车设计 衬砌台车结构主要分电控系统、行走系统、液压系统、支撑系统、模板系统等五大系统。其中电控系统与行走系统在所有的台车中基本相同，本文就不作详细阐述。下面就针对剩余系统分别作详细介绍。
2.3.1 模板系统。根据断面模拟，对r3及r4圆弧进行合并，半径取大值r=r3=660，经模拟，合成弧度与原有弧度差值不足0.6cm，满足要求。这样，衬砌模板以加宽20cm最小断面为设计基准面，设计模板上、中、下三种共六块，模板间以M24×60螺栓连接，环向间距15cm。施工无加宽断面衬砌时台车直接使用。其他加宽断面施工时，将顶模从正中间分开，通过液压系统将两侧的顶、侧模同时移至相应的位置，中间安装加宽条，并与模板之间仍以M24×60螺栓连接，再通过液压、加高垫或两者结合将模板升至要求高度。经模拟测试，调整偏差很小，满足断面净空要求。
2.3.2 支撑系统。支撑系统的作用是支撑整个模板系统，确保承受衬砌压力时模板不会发生变形与向内收缩。支撑系统主要构件有上下纵梁、门架横梁、立柱、八字支撑、纵向联接件、拱部横梁、拱部立柱、液压顶、丝杆、行走机构、平移机构等部件。首先，台车纵梁采用40型钢，型钢上门架采用35型钢组合等间距分布4榀，门架斜撑采用16工字钢焊接支撑。门架上设4个液压顶，顶上采用25型钢连接成平台，平台平面间采用18工字钢做主构件，上置φ10×φ8钢筋网，立柱24根（20型钢）支撑模板横梁。为了保证模板的可调节性，我们将模板横梁设计成可滑动性，如图2，利用滑槽调节配合评议油缸及评议拉杆来实现模板的水平位移。根据施工需要，丝杆与油缸要安装在立柱靠模板一侧上，立柱设计为H型，以便于安装侧向油缸与丝杆。由于加宽断面后，会造成油缸与丝杆的长度不够，因此立柱靠模板一侧还要设计可调长短、可拆装的活动支座，以满足不同加宽断面施工需求。
2.3.3 液压系统。随断面加宽，台车高度也跟着增加。因此，安装完加宽条后，台车达不到标高，要通过加高垫块或顶升油缸来实现，油缸行程也比一般台车要长。多变断面台车前后设计安装四个油缸，对应的也要增加油管、接头、换向阀这些小部件，以提高效率减轻劳动强度。另外，横向液压系统安装在门架立柱靠模板一侧即可，油缸行程也要比一般台车长。
3 多变断面衬砌台车的使用
近年来，衬砌台车尤其是全液压式自动衬砌台车在工程中都已得到广泛运用，其使用方法及操作注意事项也均已被操作技术人员熟习和掌握。多断面隧道衬砌台车的操作与普通衬砌台车操作大同小异，主要不同之处在于衬砌过程中的断面变换。下面针对如何进行断面变换操作进行阐述。①断面变换时先降低台车顶部油缸到最低点，使两边侧模着地，不能着地时可增设方木或工字钢。其目的是增大顶部空间，使顶模平移时更安全。②顶模链接螺栓、平移拉杆联接销以及拱部横梁螺栓要全部拆除，台车拱部两侧只保留四个油缸相连接，平移油缸也要安装到平移拉杆上。③启动油泵伸出油缸，若没有加宽条，则直接移到相应位置，若已经安装了加宽条，则伸出少许后将加宽条模板拆除后再将模板移到对应的位置。此时要顶模移动到位后，中间要保留比加宽条稍微宽点的距离，方便加宽条的安装。④加宽条模板安装，要采用螺栓与台车模板连接牢固，必要时采用人工配合，利用手拉葫芦控制模板活动，以确保操作安全。⑤顶模加宽条安装完毕后，安装各中加长螺杆，调平模板，拧紧螺栓。将平移拉杆连成整体，平移油缸恢复原位。⑥根据多变断面衬砌台车设计图纸安装或拆除侧模丝杆加长节，完成变断面转换。
4 总结
石垭子隧道设计的双线多变断面衬砌台车，长6米，在施工过程中充分体现了较好的强度、刚度和稳定性，而且操作简单，便于掌握。台车组装也较简单，利用吊车吊装大型框架、手拉葫芦吊装小型构件、整个组装过程在2天内顺利完成。施工过程中断面变换实现当天完成，而且成品衬砌平滑圆顺，施工错台在规范允许范围内，保证衬砌施工质量的同时也极大提高了多变断面衬砌的施工速度，节约成本的同时有效缩短了工期。多变断面隧道衬砌台车的设计要根据工程实际情况来确定设计的重点是在于确定模板加宽的具体方案，还是如何在隧道洞内进行截面变换两个方面。施工中要根据具体情况，结合生产成本进行综合分析，确定最佳的衬砌台车选定方案。
参考文献：
[1]曲俊英.谈机械设备的技术改造[J].山西建筑，2005，31(6):44245.
[2]刘素平.工程机械液压系统常见故障与排除[J].山西建筑，2006，32(16):25226.
[3]戴保民，陈炳祥，赵胜利.旗号岭隧道大跨度变截面衬砌台车设计、制造与应用[J].铁道标准设计，2003(增刊).