隧道施工中防水板钢筋自动铺设台车的应用研究_陆波涌.pdf

运输经理世界隧道与桥梁工程0引言在现代化进程的不断推进下，铁路和公路建设速度逐渐提升，隧道施工机械化建设程度也在持续提高，更多施工企业需要专用设备作为辅助以满足施工要求。在隧道施工过程中，为了保护劳务人员安全、降低人工成本、缓解劳动强度、提高铺设质量，需要设计集机械化、自动化、智能化、一体化于一身的防水板钢筋自动铺设台车，以满足隧道施工需求。1工程案例概况本 文 以 某 铁 路 施 工 段 为 例，该 施 工 段 新 建 隧 道34966m，由于该地区地势条件不佳，施工人员劳动效率比较低，工作量比较大，同时用工成本也比较高。以往防水板铺设都是使用人工操作的简易平台进行，劳动量大，安全风险高。因此，在项目施工时需要使用机械化、自动化、智能化施工技术，为了配合该隧道防水板施工，工程技术人员专门设计了防水板钢筋自动铺设台车。2防水板钢筋自动铺设台车基本情况2.1 结构和原理防水板钢筋自动铺设台车包括门架总成、作业工作台、拱圈总成、行走系统、横移举升转向系统、钢筋定位和夹持装置、提升转动小车装置、平台伸缩装置、防水板服帖装置、电控和液压控制装置及其支架等部分1，具体如图 1 所示。门架总成是台车骨架结构，其材质为型钢，共 3榀，间距在 2m 左右，长度在 4m 左右，足够铺设防水板，为了能够使台车行走时保持平稳状态，需要安装足够间距的行走轮，其纵向和横向间距在 78m 之间。为了保证操作人员作业安全并避免频繁攀爬、降低施工强度，设计了一个悬挂式作业工作台以便于操作。该工作台位于爬行小车悬臂轴上，受重力影响，工作台处于竖直状态中。拱圈总成中，拱圈是由钢板焊接形成 II 字形，外部焊接齿圈，即爬行小车运行轨道，其腹部是小车钩轮轨道，可以确保小车行走稳定，具有良好的平面稳定性。行走系统中，行走小车轮箱内安装了 4 个小轮，在拱圈凹槽内镶嵌小轮，可以控制小车顺着拱圈运行，使用电机带动和齿条啮合小齿轮就能够做到小车爬升行走。行走系统使用的是电磁制动电机，其直流圆盘制动器位于电机非轴伸端端盖部位，连通电源，制动器即可运行，电磁铁所产生的磁力在吸取衔铁的同时压缩弹簧，此时制动盘和衔铁端盖脱离，推动小车自由行走。在电源彻底切断后磁力会消失，弹簧会推动吸盘将制动盘压紧，进而产生制动摩擦力，促使行走系统及时停止运行，构成了第一道安全制动防线。爬升机构上会安装气囊支架和防水板支架。图 1 台车结构示意图隧道施工中防水板钢筋自动铺设台车的应用研究陆波涌（甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃 兰州 730000）摘 要：为了解决隧道施工过程中防水板施工效率低、铺设质量不高、劳动强度大等问题，针对隧道施工中防水板钢筋自动铺设台车应用展开研究，首先介绍工程案例概况，其次对自动铺设台车的基本情况进行分析，最后介绍其具体应用，以供参考。关键词：隧道施工；防水板钢筋；自动铺设台车；机械化中图分类号：U453.6文献标识码：A119运输经理世界隧道与桥梁工程2.2 参数和规格该台车主要用于隧道铺设敷料以及横纵衬砌钢筋，其中横纵衬砌钢筋设置可以解决机械铺设二衬钢筋问题，可以同时铺设 2 根钢筋，大大节省了人力2。另外，新增了欠挖检测装置和压力检测自动伸缩装置，提高了该设备的机械化、自动化、智能化水平，确保防水板与隧道内壁完全贴合，同时防止防水板损坏，能够做到一次性铺设完好，提高了施工效率。该台车是一体机，其外形是根据双线高铁隧道断面图和相应的围岩等级断面尺寸进行设计的，次铺设防水板宽度为 4.8m，行驶速度为 6m/min，整机长度为 9m，设备总重低于 25t，动力条件为 AC380V/50Hz，采用遥控器+触摸屏+手动按钮控制方式。该台车的防水板铺设速度不小于 3m/min，钢筋铺设速度不小于 2 根/次；可以适应双线隧道断面使用要求，采用橡胶轮行走机构，底部为横移机构，有 4个伸缩装置，由液压缸负责驱动并配置了防水板提升装置，其中轴心管从防水板中心孔部位穿过，之后利用防水板提升装置将穿过轴心管的防水板从地面提升到防水板压紧系统中的防水板轴心管安装部位，之后 随 着 滑 车 旋 转 系 统 促 使 防 水 板 顺 着 轨 道 进 行 移动3。爬行楼梯有扶手，滑车传动采用链轮链条传动，设置了双排带耳链条，在固定弧形轨道上进行焊接和栓接，钢材选用 Q235 材质，并在滑车上设置了制动电机刹车装置，台车上配置伸缩作业台，使用人工进行驱动。3防水板钢筋自动铺设台车具体应用3.1 操作过程操作人员在操作该台车时，只需要按下 13kW 按钮即可控制台车行走，运行到挂设防水板下方。之后举升液压缸，将马镫落下，而在举升和平移液压缸的时候需要先将 5.5kW 油泵打开，运行后将操作杆扳动进行上下前后移动。台车在运行到指定地点之后支撑好液压缸，此时台车就位，之后启动 5.5kW 电机，按下正反转按钮，将爬行小车落至安装一侧4。在起升杆上绑扎土工布后带到平台上，推出二层平台，在土工布中间孔部位穿入 70#钢管，确保防水板和台车吊挂系统安装牢固。而防水板台车吊挂系统在启动后，滑车自动提高防水板一端将防水板打开，顺着防水板台车外滑架行走到达台车一端，直到拉到另一端为止。防水板铺满台车外部骨架之后开启液压系统，此时防水板抬升到与拱顶初支面距离大约 50cm 部位，两边的边墙则顶推到与初支面距离大约 60cm 部位。作业平台焊接时，操作人员使用热熔焊枪焊接热熔垫圈和防水板，按照左侧边墙拱顶右侧边墙的流程焊接。焊接完成后进行充气检验，查看有无漏焊现象，及时补焊，保证其质量符合要求。安装完防水板之后，将焊接完成的钢筋从侧边插入紧固器内，紧固扳手，启动爬行小车连带钢筋共同上行，直到另一侧 之 后，将 钢 筋 放 置 在 托 架 上，每 层 托 架 放 置 45根，启动小液压缸油泵，使用遥控抬升直到绑扎部位后进行固定以及绑扎，最后落下遥控液压缸。之后，开启新一轮运送钢筋操作5。钢筋绑扎完成后将举升液压缸落下，启动大车行到下一工位。3.2 注意事项施工时需要注意以下要点。一是防水板固定时根据初期支护面平整度预留富余量，避免过紧而导致其被混凝土挤破。为了焊接好防水板接头，防水板每环需要铺设一定长度，对比衬砌长度超过 2m，确保预留搭接长度足够。铺设完防水板后做好工序衔接，尽快进行钢筋绑扎操作，并灌注混凝土。软弱围堰地段初衬紧贴开挖面，初衬端部预留一定防水板接头进行防护，避免撑子面爆破时，砸破防水板6。衬砌需要安装加强钢筋，设置预埋件，同时注意安装挡头模板和泵送混凝土振捣作业时避免防水板被破坏。二是防水板铺设时，需要注意从一端扁平铺设到另一端边墙，保证松紧适度，并留有余量，实铺长度和初期支护比例在 108 左右，并保证浇筑混凝土之后防水板表层紧贴基面。防水板在固定时需要使用电热压焊器热熔缓冲层、塑性垫圈，将彼此熔化黏结为一体，加固处理之后的防水板用手上托或挤压，防水板不会出现紧绷或是破损现象，以保证混凝土浇筑完成后能够紧贴初期支护表层7。三是在防水板搭接时，两幅防水板搭接宽度应超过 15cm，分段铺设的防水板边缘部位要预留不低于60cm 的搭接余量，同时保护好预留边缘部位。热合机不容易焊接的部位可采用手持焊枪进行焊接，并保证搭接质量。防水板接缝部位需要与初衬施工缝大约错开 12m。四是焊接防水板时，需要清理干净接缝部位，并平整接缝接头，避免出现褶皱和空隙。采用热焊机焊接防水板需要由专业人员操作，以确保焊接质量。焊接前需要进行焊接试验，把控好焊接温度以及行走速度。防水板焊接应使用双面焊，选用调温、调速热楔式自动爬行式热合机热熔焊接方式，焊楔温度较高时焊机行走保持慢速；而细部位置或是修补处理时则使用手持焊枪进行焊接8。单条焊缝焊接宽度不低于15cm，保持严密焊接，不可出现焊焦、焊穿问题。洞内焊 接 过 程 中，需 要 定 位 防 水 板 铺 挂，端 头 分 别 预 留20cm 左右，其中一个操作人员在焊机前大约 50cm 处扶正两侧的防水板，而另一个操作人员则使用焊机并将其放置在距离基面大约 510cm 的空中，通过调试保持恒定速度往前走，中途不可停止，实现整条焊缝一气呵成焊接完成。防水板的纵向和环形搭接部位在常规施工之后，还需要覆盖同类防水板材，并使用热熔焊接方法进行焊接；而在环向搭接时出于下层防120运输经理世界隧道与桥梁工程水需要，应将上层防水板压住再进行焊接。在焊接多层防水板时需要错开搭接部位焊缝，焊缝重叠不可超过 3 层，接头呈 T 字形。焊缝如有漏焊和假焊现象则需要及时补焊，若是有烤焦现象、焊穿部位以及外露固定点则需要使用塑料片进行覆盖焊接9。附属洞外铺设防水时先要根据附属洞室实际情况进行防水板加工，同时与边墙防水板焊接形成整体，如果附属洞室成型质量不佳则需要使用同级混凝土进行修补，平顺外观之后铺设防水板。五是台车行走时，需要注意控制台车中心线以及隧道中心重合情况，以保证钢轨平直度以及轨距符合要求，钢轨接缝保持平滑，不可出现高低错台问题，防止台车行走受到阻碍。行走过程注意台车是否出现剐蹭现象，及时将前方道路清理干净以保持运行顺利。另外，还需要注意爬升小车运行情况，若是出现异常则需要及时停车，以便排除故障。确保爬升机构的机械制动装置连接正确、可靠，避免非行走情况下台车爬升机构出现下滑现象，并连接好夹轨器，避免台车轨面不平的情况下出现自动滑行问题。六是对台车、轴承以及齿轮等部件需要做好定期保养，尤其是保证其润滑度，防止出现干摩擦现象。而在铺设防水板之前，需要仔细检查台车初支锚杆外漏长度，不可露出初支面超过 10mm。工作平台上不可放置杂物，载重量控制在 300kg 以内，门架上需要设置反光警示标志，避免其被碰撞，而台车内部则需要配置灭火器并将其固定好。3.3 方案实现该台车包括主体及其下方的行走装置、顺着隧道轮廓线设置的圆弧形轨道、铺设的驱动装置、爬升小车等部件。两辆爬升小车固定在门架中心，贯穿防水板孔芯，采用布料杆连接，带动防水板顺着弧形轨道作环向运动。爬升车与隧道初支面距离较远的情况下，工人无法进行操作，可以使用伸缩杆对防水板和隧道初支面距离进行调节，以便人工操作。防水板钢筋自动铺设台车本身带有行走系统，轨距和二衬台车轨距有着一样的数值，无须另设轨道。在铺设防水板时，采用提升装置可以调整防水板到适当位置进行铺设，无须配备装载机等设备。顺着隧道内轮廓面，铺设装置作环向运动，铺开防水板，作业人员选择合适位置焊接即可，可以降低劳动强度。该台车可以解决当前防水板铺设面临的机械化水平低、劳动强度大、安全性不佳等问题，铺设装置之间彼此相互连接配合，大大提高了防水板施工机械化、自动化、智能化水平，提高施工安全性和施工质量，提高作业水平和运行功效。4结语综上所述，防水板钢筋自动铺设台车可以方便地进行焊接、松弛度控制、平稳铺设和防水板保护等作业。该台车采用液压电动行走方式，可以做到标准化、机械化、自动化、智能化运行，设计先进，结构科学完善，工艺精致，可以提高防水板施工质量和铺设效率，降低劳动强度和施工成本，在隧道防水板铺设施工中占据了重要地位，发挥着积极的作用。参考文献：1曹战锋.浅谈隧道防水板铺设台车技术创新应用J.中国设备工程，2019（24）：137-140.2李湘陵.野马梁隧道防水板铺设台车的研制与应用J.机械管理开发，2016（3）：72-74+113.3李颖，李社斌，陈奇.一种多功能防水板铺设台车J.工程机械，2019（5）：12-16.4李颖，李社斌，陈奇.防水板铺设台车在隧道施工中的应用J.价值工程，2018（11）：131-132.5范瑾.防水板自动铺设台车在高原隧道施工中的应用J.价值工程，2022（28）：72-74.6中铁二十局集团有限公司.隧道防水板铺设台车P.中国：CN202022218606.6，2021-06-11.7中铁二十一局集团第三工程有限公司.隧道内的 自 行 链 式 防 水 板 铺 设 台 车 P.中 国：CN202011492725.9，2021-04-02.8张慧杰，康鹏桂，陈菁.基于隧道施工的防水板铺 设 装 置 结 构 设 计 J.机 械 管 理 开 发，2022（3）：127-128.9张慧杰，李明涛，安健涛.大长隧道用防水板铺设装置液压系统的设计J.机械管理开发，2022（4）：102-103+106.作者简介：陆波涌（1988-），男，湖南衡阳人，本科，工程师，从事公路工程施工管理工作121