学文网摘要：文章结合东莞轨道交通R2线2310标陈屋站～寮厦站区间矿山法隧道工程实例，详细介绍了二衬台车的设计及施工关键技术，对同类工程施工有一定参考意义。
关键词：矿山法；隧道；二衬台车；设计
东莞市城市快速轨道交通工程R2线【2310标】陈屋站～寮厦站矿山法区间区间东北起陈屋站、西南至寮厦站，单线全长为2144.528m。隧道采用双洞单线矿山法施工，二衬采用 C35、P12模筑钢筋砼，厚0.35m。本文主要介绍二衬全断面液体台车的设计，为类似工程提供参考。
1.二衬台车设计概况
1.1 台车长度的确定
根据计算得最小半径（1000m）圆曲线与10.5m直线弧弦距（矢距）H=8mm，考虑到台车净空尺寸放大5cm，现场采用10.5m长二衬台车能够满足设计及施工要求。
1.2 台车主要参数的确定
根据隧道设计衬砌断面和施工具体要求，以及根据我部砼的施工方法，制定台车具体方案如***1、2所示。台车采用电机驱动整体有轨行走，模板采用全液压操作，利用液压缸支（收）模板，机械丝杆机械固定。
台车基本技术参数
模板最大长度 L=10500mm
门架内净空高度 2880mm
台车轨距 B=2600mm
行走速度 6-8m/min
爬坡能力 3‰
电 源 3/1=380V/220V
总功率 20.5Kw
行走电机5.5KW*2=11KW 油泵电机5.5KW
液压系统压力 Pmax=16MPa
油缸技术参数：
顶升油缸 D180*d100*S300
边模油缸 D90*d50*S300
平移油缸 D100*d55*S200
***1 二衬台车结构尺寸示意***
***2 二衬台车侧视***
2.二衬台车的主要结构
二衬台车由行走系统、门架系统、钢模板、加固系统、液压系统、电气控制系统、加固系统等部分组成。
2.1 行走系统
行走系统采用2台7.5KW电机驱动，配32316轴承，20A链条驱动钢轮行走，共2套驱动装置，分别安装于台车门架立柱（下纵梁）下端，左右侧各一台，电机配减速齿轮箱，沿布好的轨道行走。
2.2 门架系统
台车门架设计共5榀，由双层门架横梁，上下纵梁，门架立柱，门架立柱连接梁，剪力架等部件组成。架体面板厚14cm。腹板厚12mm，能够保证足够强度。台车下不考虑行车，尽量减小门架横梁跨度，以减少门架横梁的受力，门架的各个部件通过螺栓连为一体，门架支撑于行走轮架上，下纵梁安装基础顶撑，衬砌施工时，混凝土载荷通过模板传递到门架上，在传递到下纵梁，并分别通过行走轮和基础顶撑传至轨道及地面，在行走状态下，基础顶撑应缩回，门架上部前段装有操作平台，放置液压及电气装置。
2.3 整体钢模面板
单块模板宽度为1.5m，为保证模板有足够的强度，面板采用10mm，同时采用75mm角钢加强，间距250mm，并在每件模板里增加加强弧立板来保证强度和曲度，以保证衬砌轮廓符合设计要求及衬砌美观。在制作过程中为保证模板外表质量和外形尺寸精度等，采用合理的加工，焊接工艺，设计并加工专用拼装焊接胎膜，有效保证整体外形尺寸的准确度，尽量减少焊接变形以及外表面凹凸等缺陷，采用过盈配合的稳定销，将相邻模板的连接板固定为一体，有效控制相邻模板的错台问题，最终保证混凝土的衬砌质量。
2.4 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、液压油箱及液压管路组成。
2.5 电气系统
主要由液压电机、行走电机、振动器、照明等组成。
2.6 加固系统
台车定位好之后，需对台车进行加固，主要包括纵梁横撑加固、面板丝杆支撑以及基础支撑。
3.二衬台车的力学计算
3.1 计算依据
本隧道台车长度为10.5m，模板面板厚度为10mm，门架面板16mm，门架腹板厚12mm，根据《机械设计手册第一卷》、《弹性和塑性力学中有限单元法》、《材料力学》与《结构力学》，对本台车进行结构检算，验证台车的力学性能能否满足要求。
3.2 计算参数
砼的重力密度为：24KN/m?，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/m?，弹性模量为206GPa，容许抗压应力为130MPa，容许弯曲应力取381MPa（1.25的提高系数）。
3.3 载荷计算及力学模型的建立
3.3.1 振动器产生的荷载
4.0KN/㎡或倾倒混凝土产生的冲击荷载：4.0KN/㎡，二者不同时计算。
3.3.2 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=kγh
当V/T
当V/T>0.035时，h=1.53+3.8V/T
式中：P-新浇筑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（℃）；γ-混凝土的容重（KN/m?）；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+3.8X0.1=1.91m
最大侧压力为：P=kγh=1.2X24X1.9=55KN/㎡，所以侧模受到的压力P=55+4=59KN/㎡。
3.3.3 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侧压力组成：重力P1=γg=24KN/m?X0.35m=8.4KN/㎡，其中g为浇筑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+3.8X0.05=1.72m，侧压力为：P2=kγh=1.2X24X1.72=49.5KN/㎡，所以顶模受到的压力P=P1+P2=8.4+49.5+4=62KN/㎡。
3.3.4 力学模型建立
台车模板由宽1.5m、厚10mm的整块钢板冷弯拼接而成，根据以上计算，砼对顶模产生的压力最大，取台车最顶部2*1.5m部分，建立力学计算模型如下***。
3.3.4 模板的弯曲应力
由于模板的表面每隔250mm有一根背筋（加强角钢L75×6），因此我们可以把它简化成间隔250mm的梁单元来考虑。将宽度为250mm的模版所受到的荷载折算成梁上均布荷载，其翼缘板的宽度取它与之相邻筋板间距的30%（参考《弹性和塑性力学中有限单元法》中97页），即250×0.3=75mm，偏于安全。
根据上述模板所受的面载荷为6.2t/㎡，那么在250mm宽，1500mm长的面积上所受到的载荷为6.2×0.25×1.5=2.325t，将此载荷作用在1.5米长梁上，则其均布荷载q为2.325/1.5=1.55t/m。
将整个模板等效成梁单元的空间框架结构，利用有限原理理论，取一根梁进行分析，简化后梁单元力学模型按简支梁处理，其单元结构受力简***如***所示，这是因为两边有220mm高的拱板及立柱支撑，梁的截面如***所示。
为计算梁的弯曲应力，就必须先计算梁横断面的截面的形心，该截面是由L75×6mm的角钢及150×10mm的矩形组合截面，根据***示坐系，计算组合截面形心0的X＼Y坐标。
根据《材料力学》组合截形心公式计算形心X、Y的坐标，X=∑AiXi/∑Ai，Y=∑AiYi/∑Ai，
查表可知角钢75*6的横截积A=879.7mm2，惯性矩Ix=469500mm2。将各值代入，则：
X=（150*10*75+879.7*95.7）/（1200+879.7）=94.6mm
Y=（150*10*75+879.7*20.7）/（1200+879.7）=62.85mm
根据组合截面的平行移轴公式计算组合截面的惯性矩Lx：Ix=150*83/12+10*150*24.66?+469500+879.7*33.64?=2378223.05mm4。
抗弯截面模数W1=Ix/（85-62.85）=107369mm?
抗弯截面模数W2=Ix/62.85=37839.7 mm?
筒支梁受到均布载荷作用下的最大弯矩位于跨中，其值为：Mmax=ql?/8=1.55*10 *1.5?/8=3.5*10?N.m。梁的最大弯曲应力0=Mmax/W2=3.5*10?/3.784*10-5=92.5Mpa≤381 Mpa。所以模板强度满足要求。
3.3.5 模板的最大位移
梁单位的最大变形量，及模板的最大位移。根据受均布载荷简支梁的位移公式：fmax=5ql4/384EI；式中，E-弹性模量，E=2.1×10?MPa：I--截面的惯性矩，I=2.2×10-6 m4；q—梁受到的均布荷载，1.55×104N；l--梁的长度L=1.5m。
将以上各值代入：Fmax==2.4mm；即模板的最大变形为2.4mm
根据《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999可知，砼表面平整度要求5mm，大于2.4mm。即模板的刚度也同样满足要求。
3.3.6 门架验算
门架刚度、强度根据《机械设计手册第一卷》与《结构力学》中相关公式进行计算。
强度校核：
=（30x85^3-16x81.8^3）/（6x85）=18953cm3
M=561.3F=561.3x27195=15264553.5kgfcm
故： =15264553.5/18953=805.4kgf/cm2
故门架强度符合要求。
3.3.7 计算结果
台车所受的混凝土压力是以最大情况来设定的，通过以上的受力验算可知，模板厚10mm，背筋（加强角钢，为
4.结束语
本工程二衬施工前编制了详细的台车设计方案，并在施工中严格按照设计方案进行施工，对矿山法隧道的二衬施工起到了正确的指导作用，从而确保了本工程按计划安全、优质的完成。为整个工程项目的顺利完成打下了坚实的基础。
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