杭临1标衬砌台车设计方案(14页).doc

-杭临1标衬砌台车设计方案-第 12 页目 录1.编制依据、原则、范围11.1编制依据11.2编制原则11.3编制范围12.工程概况12.1线路概况12.2设计概况23.衬砌台车设计方案33.1台车的主要技术参数33.2主要结构及简述44.台车在衬砌施工所能达到的效果55.隧道台车力学计算65.1计算依据65.2侧模和顶模的检算85.3门架检算105.4下纵梁的检算125.5丝杆千斤的检算135.6总结141.编制依据、原则、范围1.1编制依据1）混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204-92）；2）路桥施工计算手册；3）上泉车辆段试车线矿山法隧道施工设计图纸和招投标相关文件； 4）隧道施工和整体施工安排需要； 5）我项目部相关资源配制和管理需要； 6）本企业类似工程的施工经验、施工技术能力和机械设备装备状况。1.2编制原则1）在充分理解设计意图的基础上，制定合理、操作性强的施工方案。 2） 组织机械化、专业化施工，力求施工组织科学、严密，施工进度快速、均衡、高效。3）全面履行工程合同，满足合同关于工期、安全、质量、环保等要求和相关规范要求。1.3编制范围本方案编制范围为上泉车辆段试车线矿山法隧道衬砌台车设计方案。2.工程概况2.1线路概况上泉车辆基地试车线矿山法隧道为单洞单线隧道，隧道长度629m。隧道起、终点里程分别为：SDK1+621、SDK2+250，位于直线上，设置纵坡为3的单面上坡，起点以竖井为洞口，竖井埋深约16m，终点位于山体中，隧道最大埋深约63.6m。隧道级围岩全长40m，开挖断面74.2，级围岩全长256m，开挖断面69.7，级围岩全长333m，开挖断面65.6。本隧道建筑限界根据地铁B型车限界进行绘制，最大行车速度100km/h，轨道以上净空面积为36.7，排烟道板以上净空面积7.51，隧道建筑限界及衬砌内轮廓详见下图。2.2设计概况隧道衬砌结构按新奥法原理进行设计，设计中考虑充分发挥围岩的自承能力，采用柔性支护体系的复合式衬砌结构，即以锚杆、喷射混凝土、钢架等为初期支护，以模筑混凝土为二次衬砌的复合式衬砌结构。在初期支护与二次衬砌之间敷设土工布加防水卷材作为防水层，二次衬砌采用防水砼，防止围岩水渗入隧道内。表2.2 复合式衬砌设计参数表断面形式 设计参数型断面型断面型断面初期支护喷射砼厚度（mm）拱、墙300250150仰拱300250150锚杆拱部/25组合中空锚杆边墙22砂浆锚杆22砂浆锚杆22砂浆锚杆长度（m）3.03.02.5间距（m）0.8(环)×0.5(纵)1.2(环)×1.0(纵)1.2(环)×1.0(纵)钢筋网双层8150×150单层8150×150单层8200×200钢架类型工20a工字钢C22格栅钢架/位置拱、墙、仰拱拱、墙、仰拱/间距（m）0.50.75/二次衬砌模筑C35砼（cm）拱、墙403535仰拱403535HRB400主筋C25200C22200C20200辅助措施超前管棚超前小导管洞口段108管棚单层超前小导管 42、t=3.5mm L=3m, 0.3(环)×1.5(纵)/3.衬砌台车设计方案根据隧道设计断面图和施工要求，台车长12m，门架净空高度和宽度能保证车辆通行；整机行走采用电机机械驱动；模板采用全液压操纵，利用液压缸支（收）模机械锁定。3.1台车的主要技术参数1）台车模板面板厚度：10mm2）台车重量及每延米重量：80吨，6.8吨/m3）台车类型：液压自行式4）台车运行速度：8m/min5）驱动电机功率：2X9.5KW6）液压电机功率：1X5.5KW,工作压力16MPa7）顶升油缸工作行程：400mm8）侧向油缸工作行程：350mm9）平移油缸工作行程：±150mm10）一次衬砌长度：12m11）行走方式：轨道自行式3.2主要结构及简述 台车由行走机构、台车门架、钢模板、钢模板垂直升降和侧向伸缩机构、液压系统、电气控制系统6部分组成。（1）行走机构行走机构由主动、被动两部分组成，共四套装置，分别安装于台车架两端的门架立柱下端，整机行走由两套主动行走机构完成，行走传动机构带有液压推杆制动器，以保证整机在坡道上仍能安全刹车。采用宽大行走轮，配32316轴承、20A链条、WX-6减速机以保证台车使用安全，避免了跳轨、变形、断链打滑等对衬砌施工的影响。（2）台车门架台车门架设计共8榀，由门架横梁、上下纵梁、门架立柱、连接梁、剪刀架等部件组成。门架立柱采用三角立柱结构，这样不仅加强立柱的强度阻止立柱向内弯曲，还加强立柱与门架横梁的接触面，减小门架横梁跨度，极大的减少了门架横梁的受力。门架的各个部件通过螺栓联为一体，两门架支撑于行走轮架上，中门架下端装有基础千斤，衬砌施工时，混凝土载荷通过模板传递到8个门架上，并分别通过行走轮和基础千斤传至轨道地面。在行走状态下，螺杆应缩回，门架上部前段装有操作平台，放置液压及电气装置。（3）模板模板宽度为1.5M，为保证模板有足够的强度，面板采用10mm，同时采用10#槽钢加强,间距300mm,并在每件模板里增加加强立板来保证强度，小曲墙一次成型，保证了降低衬砌劳动强度和提高工作效率和衬砌美观。在制作中为保证模板外表质量和外形尺寸精度高、采用合理的加工、焊接工艺，设计并加工专用拼装焊接胎模，有效保证整体外形尺寸的准确度，焊接变形小，外表面光滑，无凹凸等缺陷。采用过盈配合的稳定销将相邻模板的连接板固定为一体，有效控制了相邻模板的错台问题，能保证混凝土衬砌质量。(4)液压系统由电动机、液压泵、手动换向阀、垂直及侧向液压缸、液压锁、油箱及管路组成，其功用是快捷、方便的完成收（支）模，即顶模升降和支撑侧模。4.台车在衬砌施工所能达到的效果1）当隧道开挖偏离中心时，可通过台车的模板调整机构达到调中，能够满足设计和施工要求。2）台车由足够的强度和刚度，在液压缸和支撑丝杆的联合作用下，能抵抗混凝土强大的垂直和侧向压力，台车不发生变形，由于各支点设计布局合理，有效的利用了台车自身的重量和混凝土重量的压力，保证了台车浇注混凝土时克服混凝土的上浮作用。3）工作窗口布局合理，使台车便于涂抹脱模剂，方便两侧浇注混凝土和振捣作业，顶部设有注料口，注入混凝土方便，减轻了施工人员的劳动强度。4）每片钢模接缝严实，混凝土密实，无蜂窝、斑点、错台现象发生，表面光滑、平整、美观。5.隧道台车力学计算5.1计算依据长度为12m，模板面板厚度为10mm，门架采用400×400mm，门架腹板厚14mm。本计算书针对台车的主要受力构件的强度和刚度进行检算，以验证台车的力学性能能否满足要求。本文主要根据路桥施工计算手册与结构力学，借助结构力学求解器来对本台车进行结构检算。1）计算参数砼的重力密度为：24kN/m3;砼浇筑速度：2m/h；砼入模时的温度取20；掺外加剂。钢材取Q235钢，重力密度：78.5kN/m3；弹性模量为206Gpa，容许拉压应力为140Mpa，容许弯曲应力取181Mpa（1.25的提高系数）。有部分零件为45#钢，容许拉压应力为210Mpa。2）计算载荷（1）振动器产生的荷载：4.0kN/m2；或倾倒混凝土产生的冲击荷载：4.0kN/m2；二者不同时计算。（2）对侧模产生的压力砼对侧模产生的压力主要为侧压力，侧压力计算公式为：P=kh 当v/T<0.035时，h=0.22+24.9v/T；当v/T>0.035时，h=1.53+3.8v/T；式中：P-新浇混凝土对模板产生的最大侧压力(kPa)； h-有效压头高度（m）； v-混凝土浇筑速度(m/h)； T-混凝土入模时的温度(）； -混凝土的容重(kN/m3);K-外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取k=1.0，掺缓凝剂作用的外加剂时k=1.2；根据前述已知条件：因为：v/T=2/20=0.1>0.035,所以 h=1.53+3.8v/T=1.53+3.8×0.1=1.91m最大测压力为：P=kh =1.2×24×1.91=55kN/m2；检算强度时载荷设计值为：pa=1.2×50+1.4×4.0= 65.6kN/m2；（3）砼对顶模产生的压力砼对顶模产生的压力由砼的重力和灌注砼的测压力组成：重力p1=24kN/m3×0.5m=12kN/m2其中为浇注砼的厚度。由于圆弧坡度变小，取灌注为1m/h。因为：v/T=1/20=0.05>0.035所以 h=1.53+3.8v/T=1.53+3.8×0.05=1.72m侧压力为：p2=kh =1.2×24×1.72=49.5kN/m2p3=1.2×49.5+1.4×4.0=65kN/m2所以顶模受到的压力pb=p1+p2=12+49.5=61.5kN/m2可知pbpa，顶模和侧模受到的压力相当。（4)台车结构自重，影响不大，不计入检算载荷。5.2侧模和顶模的检算通过对侧模和顶模的面板和弧板的强度和刚度检算，来验证台车模板的强度和刚度是否满足受力要求。侧模面板和顶模面板的支撑结构相同，因为顶模面板受混凝土重力作用所受压力略大，所以只需检算顶模面板的强度和刚度是否能满足要求。面板由间距为30cm的槽钢支撑，因此可简化为跨度为0.3m的简支梁，来对面板进行分析。1）面板检算a 面板强度计算面板为厚度为10mm，面板受到的最大压力为p=pb=61.5kN/m2面板的抗弯模量w=bh2/6=(1/6)×1.5×0.012=2.5×10-5m3面板所受的最大弯矩为Mmax=ql2/8=(1/8)×(61.5×1.5)×0.32=1.04kN·m面板受到的弯曲应力为s= Mmax/w=1040/(2.5×12-5)=41.6MPa<s=181Mpa所以面板的强度满足要求。b 面板的刚度计算面板的惯性矩I=bh3/12=1.5×0.013/12=12.5×10-8m4 所以面板的刚度满足要求。2） 加强槽钢检算槽钢两端固支，受均布力q2=p×0.3=61.5×0.3=18.45kN/m最大弯矩在跨中，M=(1/29)×ql2=18.45×1.52/29=1.43kN·m加强槽钢采用63×40×4.8，抗弯模量查表得w=16.123×10-6m3槽钢所受最大弯曲应力s=Mmax/w=1.43×123/(16.123×10-6) =88.69MPa<s=181Mpa惯性矩查表得 I=50.786×10-8m4最大挠度3） 弧板检算弧板宽280，材料为12钢板，模板连接梁最大间距1850mm。弧板受力模型可设为受均布力的简支梁，跨距l=1.85m均布力q3=pa×1.5/2=65.6×1.5/2=49.2kN/m（有2片弧板，所以除2）抗弯模量w=bh2/6=0.012×0.282/6=1.57×10-4m3M=ql2/8=49.2×1.852/8=21kN·ms= Mmax/w=21×123/(1.57×10-4)=133.76MPa<s=181MpaI=bh3/12=0.012×0.283/12=2.2×10-5m45.3门架检算除了模板满足受力要求，要保证台车的强度和稳定性，门架也需满足受力要求。因此有必要对门架进行受力分析。门架横梁与门架立柱之间用螺栓紧固，不仅传递集中力而且传递弯矩，因此作为一个整体的分析。门架所示竖向力是由竖向千斤和油缸传递下来，门架宽6.7m，竖向力也主要是由6.7m范围内的模板传递下来。12m台车总共传递的竖向力为F总=61.5kN/m2×12m×6.7m=4944.6kN，共5榀门架，每榀门架有3个竖向受力点，则每个受力点传递的力F=4944.6/15=329.64kN。侧向力由侧模传至千斤，侧模高度4.88m，则F=65.6kN/m2×12m×4.88m=3841kN，共有千斤数量30件，则每个千斤传递的侧向力F=3841/30=128kN。由以上分析，根据台车门架尺寸，得出检算模型如下图所示求解得到弯矩图1）强度检算由弯矩图可知门架最大弯矩发生在横梁中心，对比门架横梁和立柱截面可知，该处也是最危险的点。门架横梁高H=0.8m，宽b=0.4m其截面特性强度：s=M/w=329.64/3.27=100.807Mpa<s=181Mpa门架横梁的强度满足要求，因此门架的强度满足受力要求。2）刚度检算由弯矩图可知最大挠度发生在横梁中心处，该处3 m范围内无支撑。则以3 米简支梁受集中力329.64kN计算。 所以门架横梁刚度满足要求。5.4下纵梁的检算观察台车侧视图可知，下纵梁受门架传递的向下的力，同时受到行走和基础千斤的支撑。门架传递的竖向压力为F=4944.6/10=494.46kN。基础千斤顶采用的是114×6的无缝钢管（45钢），钢管截面积为2.037×10-3m2，能够提供的支撑力为F=2.037×210=427.77kN。因此下纵梁受力模型可简化为下图所示分析得到弯矩图下纵梁梁高0.5m，宽0.5m，截面特性：下纵梁弯曲应力：s=M/w=233.69/4.15=56.31Mpa<s=181Mpa最大挠度发生在下纵梁中心处，以两个基础千斤间距离3m，受集中力616计算：5.5丝杆千斤的检算丝杆千斤容易发生的破坏为压杆失稳，即无缝钢管受力弯曲导致丝杆千斤的破坏。本节主要分析无缝钢管压杆的稳定性，来验证丝杆千斤的受力是否满足要求。台车千斤有三种：基础千斤，竖向千斤和侧向千斤。基础千斤较短，工作长度仅为500，不易发生压杆失稳，因此主要分析竖向千斤和侧向千斤的压杆稳定性。1） 竖向千斤的稳定性采用的是114×6的无缝钢管，工作长度约为0.8m，每个竖向千斤受力为F1=329.64kN。根据路桥施工计算手册第12章1.2节表12-2轴心受压稳定性计算公式为N/Am1N/Am=329.64/2.037=161.826MPa由长细比=l0/rr=(I/A)0.5=0.0491(.1144-.1024)/（0.0572-0.0512）0.5 =0.038m=l0/r=0.8/0.038=21.1，查表得1=0.91=0.9×210=189，可得N/Am1因此竖向千斤压杆稳定性满足要求。2）侧向千斤的稳定性在门架检算时，已得到侧向千斤所受轴力为128KN。采用的是114×6的无缝钢管，单独受力的侧向千斤最长工作长度为162mm。N/Am=128/2.037=62.84MPa由长细比=l0/rr=(I/A)0.5=0.0491(0.1144-0.1024)/(0.0572-0.05120.5 =0.038m=l0/r=1.62/0.038=42.63，查表得1=0.8041=0.804×210=169，可得N/Am1因此侧向千斤压杆稳定性满足要求。5.6总结台车的所受的混凝土压力是以最大情况来设定的，以上力学分析过程中所采用的受力模型均采用结果偏于安全的简化方法计算。本文分析了台车的主要受力部件和容易破坏的部位，经过以上分析，各个部件均能够满足受力要求，因此本台车能够满足施工的受力要求。