CN103899335B - 同步隧道作业系统及仰拱同步衬砌的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仰拱衬砌台车同步作业系统和仰拱同步衬砌的方法。本发明旨在解决现有技术中对不同岩体状况适应性差、机器运行不稳定的问题。本发明在支架上安装有与其通过轨道滑动连接的皮带机、电缆、管道和液压装置，在框体内设有行走钢轨，且行走钢轨的两端设有相应的上坡轨和下坡轨，在框体的底部设有与其铰支连接的侧模，在框体的下方安装有与该仰拱衬砌台车所经过的岩体情况相对应长度的滑动收面板。有益效果在于：实现了与TBM配套的仰拱同步衬砌；能够针对隧道岩体情况，而对该更改后期混凝土的抹平做出适应性的调整；提供了一套系统的实现与TBM同步的仰拱浇筑混凝土的方法；提供了一套仰拱衬砌台车，能够保证高效平稳运行。

Description

同步隧道作业系统及仰拱同步衬砌的方法

技术领域

本发明涉及一种台车，确切来说涉及一种同步隧道作业系统及仰拱同步衬砌的方法。

背景技术

在路桥领域，隧道掘进机（TBM），是利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩并掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械；相对于目前常用的方法，TBM集钻、掘进、支护于一体，使用电子电气、液压、信息、遥测、遥控等高新技术对全部作业进行制导和监控，使掘进过程始终处于最佳状态。衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。衬砌技术通常是应用于隧道工程、水利渠道中。衬砌简单说来就是内衬，常见的就是用砌块衬砌，可以是预应力高压灌浆素混凝土衬砌。在隧道的挖掘中，为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构，是隧道结构的主要组成部分之一，通俗解释为向上仰的拱，即仰拱。

在当今的隧道施工中，隧道周边面的仰拱衬砌能够做到与TBM施工的同步，但是仰拱的做法，大多还是原有的普通混凝土浇筑的做法，施工成本高且施工缝多，不利于隧道防水质量的提高和降低施工成本。在当今的隧道施工中，边顶拱与TBM掘进同步衬砌技术已成熟，但均依托于底部仰拱预制块，施工成本较高；而常规的单工序作业是待TBM掘进贯通后统一施做仰拱，则不利于节约工期。

在保证施工安全的前提下，如何减少相互干扰，既能保证TBM快速掘进施工，又能保证衬砌施工质量是本工程的重点和难点。

公布号为CN103133012A的名为一种敞开式TBM现浇混凝土仰拱同步衬砌台车，解决了TBM掘进与现浇混凝土仰拱衬砌同步施工的问题，同时现浇混凝土仰拱衬砌施工基本上不影响有轨运输列车通行，现浇混凝土仰拱衬砌施工条件下的皮带机出渣不间断，现浇混凝土仰拱衬砌施工不影响TBM施工通风系统的正常运行。公布号为CN102528449A的名为铺设内弧面仰拱预制块隧道、洞TBM同步衬砌台车，主要解决隧道、洞采用开敞式TBM掘进、铺设内弧面仰拱预制块时的同步衬砌的问题。目前，国内工程兰渝铁路西秦岭隧道和吐库铁路二线中天山隧道均采用平底仰拱预制块的技术。

但是，上述技术方案都存在如下缺点：1.隧道的岩体情况在不同阶段有不同表现，现有技术难以针对不同阶段做出相应调整；2.现有技术中，台车的移动是通过电机驱动，台车在移动过程中，会出现不稳定的情况；3.上述两种技术方案都没有公开同步仰拱衬砌的方法；4.现有技术中为避免运输不畅，所有轨道都采用四轨三线制运输，该方法的缺点在于对台车的宽度有限制；5.现有技术中台车的上下坡轨是通过销钉坡度固定的，难以适应各个工况；6.初步规划但是没有合理的解决TBM掘进供风、供水、供电管线过台车的问题，特别是直径2.2m通风软管级皮带机过台车的问题，上述风管和皮带机过台车时，由于其自身没有稳固的固定，还是会对生产作业带来扰动。总结来说，现有技术中的隧道作业系统，生产效率低，成本高，对不同岩体状况适应性差，整机运行难以保持稳定。

发明内容

本发明提供一种仰拱衬砌台车，旨在解决现有技术中对不同岩体状况适应性差、机器运行不稳定的技术问题，同时，公开了一种含该仰拱衬砌台车的同步隧道作业系统以及同步仰拱衬砌的方法。

为了完成上述技术方案，本发明的内容如下：

设计一种仰拱衬砌台车，包括上部台架和下部台架，在所述上部台架中间设置有通风管道预留口，在所述下部台架安装有驱动机构，所述下部台架包括框体和安装在框体侧面上方的支架，在所述支架上安装有与其通过轨道滑动连接的皮带机、电缆、管道和液压装置，在所述框体内部贯通有行走钢轨，且在该行走钢轨的两端设有相应的上坡轨和下坡轨，在所述框体的底部设有与其铰支连接的向框体两侧展开的侧模，在所述框体的下方安装有滑模，对应于该滑模设置有可调节长度的滑动收面板，该滑动收面板的长度与该仰拱衬砌台车所经过的岩体情况相对应。

优选的，该隧道作业系统中的仰拱衬砌台车，分为上部台架和下部台架，上部台架中间设置通风管道,下部台架安装有电机驱动装置，下部台架包括框体和支架，支架安装在框体的侧面，在支架上安装有与其滑动连接的皮带机、电缆、管道和液压装置，在框体内设有行走钢轨，且行走钢轨的两端设有相应的上坡轨和下坡轨，在框体的底部设有与其铰支连接的向框体两侧展开的侧模，在框体的下方安装有滑模，对应滑模设置有滑动收面板，该滑动收面板的长度与该仰拱衬砌台车所经过的岩体情况相对应。

优选的，仰拱衬砌台车的框体上还设有轨道架，在框体下方，与支架固定连接有轨排吊机，轨排吊机滑动嵌套在轨道架的轨道内。

优选的，在上坡轨、下坡轨和行走钢轨间设有调节上坡轨、下坡轨角度的液压调节装置。

优选的，在仰拱衬砌台车的支架上安装有支撑。

优选的，支撑为液压/气压支撑，支撑安装在仰拱衬砌台车全长方向的中部位置.

优选的，仰拱衬砌台车长度为81.604m。

一种带有仰拱衬砌台车的同步隧道作业系统，包括在轨道上依次设置的TBM、仰拱衬砌台车和边顶拱同步衬砌台车，所述轨道每隔1000～2000米,优选1500米，设有会车平台；该轨道在所述TBM和仰拱衬砌台车之间为对应设置的长度为20～40m，优选20米，的四轨三线运输线状浮放道岔，在所述边顶拱同步衬砌台车后为对应设置的长度为20～40m，优选40米，的单线运输线。

仰拱衬砌台车及系统的对应的仰拱同步衬砌的方法，包括如下步骤：

（1）准备工作：TBM处于施工段前方时，后方依次设置相应的轨道、轨道上依次设置仰拱衬砌台车、边顶拱衬砌台车和浮放道岔；

（2）掘进：TBM以20～30m/天的速度开始掘进作业进行，掘进产生的的石渣皮带机运出；

（3）衬砌的准备：衬砌开始前停止掘进，先组装仰拱衬砌台车及浮放道岔，待仰拱衬砌台车组装完毕后恢复掘进，开始仰拱同步衬砌；

（4）仰拱衬砌：

a.首先将轨排支架在轨道上滑动至做好的仰拱侧边，并以该侧边为支点，支撑台车进行浇筑作业；

b.当浇筑作业进行时，滑模根据施工情况落下，浇筑形成仰拱的弧面的面顶，完成混凝土浇筑；

c.轨排吊机不动，通过控制轨排吊机上的电机对完成过程的仰拱衬砌台车的控制，使仰拱衬砌台车移动到下一个工位；

d.在仰拱衬砌台车移动过程中，对混凝土进行平整化修整；待上述步骤重复循环施做3组后，仰拱衬砌台车向前行走，开始组装边顶拱同步衬砌台车；

（5）边顶拱同步衬砌：在隧道的周边同步衬砌厚度为300～350mm的混凝土层；

（6）材料运输：衬砌过程中，所需材料由施工中编组列车运入，施工后废料自编组列车运出或皮带机运出；

（7）衬砌段养护：仰拱衬砌台车施工时按照32m/天、16m/天交替作业、交替养护，当养护20h后强度达8MPa以上时,仰拱衬砌台车行走准备下一循环作业，边顶拱衬砌台车按照10～18m/2天施工，施工完毕后，进行20～30天的静置养护。

所述仰拱同步衬砌与TBM掘进同步进行，仰拱衬砌台车有效浇筑长度40～50m，具体为48米。

仰拱同步衬砌与TBM掘进同步进行。仰拱衬砌台车按有效浇筑长度48m（3组）设计。

本发明的优点在于：

1.滑动收面板的存在，实现了能够针对隧道岩体情况，对仰拱的浇筑做出适应各种情况的更改，而对该更改后期混凝土的抹平做出适应性的调整，不再是统一的长度，无需后期的加工，提高了生产效率；

2.实现了与TBM配套的仰拱同步衬砌，浮放道岔的设置方便洞内外的物资更好、更便捷的的流通，在边顶拱同步衬砌台车后设置25m浮放道岔，其中25m浮放道岔前端是四轨三线，浮放道岔后端为单线运输，道岔作用即单线变双线再变单线，实现仰拱浇筑与TBM掘进物料运输同步作业，轨道每隔1500米设有会车平台，不同于现有技术，前端的四轨三线和后端的单线运输结合使用，使运输物资时既不发生冲突，又节省了轨道的材料，提升了运输速度；

3.提供了一套系统的实现与TBM同步的仰拱浇筑混凝土的方法；

4.提供了一套仰拱衬砌台车，能够保证自身平稳运行，保证TBM施工列车编组顺利通行并尽量不移动风管、水管及电缆等管线，进一步提高了施工效率;

5.本工程采用的仰拱模板台车，移动快捷、方便、无施工干扰。

附图说明

图1为本发明的台车的整体架构示意图；

图2为图1中的A向剖视图；

图3为图1中的B向剖视图；

图4为图1中的C向剖视图；

图5为图1中的D向剖视图；

图6为图1中的E向剖视图；

图7为图1中的F向剖视图；

图8为图1中的G向剖视图；

图9为仰拱衬砌完成后，钢轨通过滑模前端的示意图；

图10为仰拱衬砌完成后，钢轨通过侧模的示意图；

图11为仰拱衬砌完成后，钢轨通过台车后端的示意图；

图12为仰拱现浇同步衬砌的工艺流程图；

图13为钢轨起吊装置示意图；

图14为图1中I的局部放大图；

图15为图2中H的局部放大图；

图16为图3中J的局部放大图；

图17为图8中M的局部放大图；

图18为图3中L的局部放大图；

图中各部件名称：1.电机驱动装置；2.滑轨；3.台车架；4.支撑；6.滑道；7.皮带机；8.仰拱周边；9.仰拱底；10.框体；11.轨排吊机；12.电缆；14.框架底部支撑；16.液压泵及控制柜；17.通风管道；19.运输车；20.滑模；21.侧模；22.钢轨；23.滑动收面板；24.支架；25.钢轨起吊装置吊架。

具体实施方式

实施例1 一种同步隧道作业系统，参见图1至图8，依次包括在轨道上设置的TBM、仰拱衬砌台车（长度为81.604m）和设置于该仰拱衬砌台车之后的边顶拱同步衬砌台车，该仰拱衬砌台车分为上部台架和下部台架，上部台架中间设置通风管道17,下部台架安装有电机驱动装置1，下部台架包括框体10和支架24，支架24安装在框体10的侧面，在支架24上安装有皮带机7、电缆12、管道和液压装置，在框体10内设有行走钢轨，且行走钢轨的两端设有相应的上坡轨和下坡轨，在框体10的底部设有与其铰支连接的侧模21，在框体10的下方安装有滑模20，该滑模20的长度与该仰拱衬砌台车所经过的岩体情况相对应。仰拱衬砌台车的框体10上还设有轨道架，在框体10下方，与支架24固定连接有轨排吊机11，轨排吊机11滑动嵌套在轨道架的轨道内。在上坡轨、下坡轨和行走钢轨间设有调节上坡轨、下坡轨角度的液压调节装置。在仰拱衬砌台车的支架24上安装有支撑4。支撑4为液压/气压支撑，支撑4安装在仰拱衬砌台车全长方向的中部位置。隧道作业系统依次包括在轨道上设置的TBM、仰拱衬砌台车和边顶拱同步衬砌台车，在TBM和仰拱衬砌台车之间设置有35m浮放道岔，在仰拱衬砌台车后设置16m边顶拱同步衬砌台车，在16m边顶拱同步衬砌台车后设置25m浮放道岔，轨道每隔1500米设有会车平台。

利用上述同步隧道作业系统进行仰拱同步衬砌的方法，包括如下步骤：

（1）准备工作：TBM处于施工段前方时，后方依次设置相应的轨道、轨道上依次设置仰拱衬砌台车、边顶拱衬砌台车和浮放道岔；

（2）掘进：TBM以20～30m/天的速度开始掘进作业进行，掘进产生的的石渣通过皮带机运出；

（3）衬砌的准备：衬砌开始前停止掘进，先组装仰拱衬砌台车及浮放道岔，待仰拱衬砌台车组装完毕后恢复掘进，开始仰拱同步衬砌；

（4）仰拱衬砌：

a.首先将轨排支架在轨道上滑动至做好的仰拱侧边，并以该侧边为支点，支撑台车进行浇筑作业；

b.当浇筑作业进行时，滑模根据施工情况落下，浇筑形成仰拱的弧面的面顶，完成混凝土浇筑；

c.轨排吊机不动，通过控制轨排吊机上的电机对完成过程的仰拱衬砌台车的控制，使仰拱衬砌台车移动到下一个工位；

d.在仰拱衬砌台车移动过程中，对混凝土进行平整化修整；待上述步骤重复循环施做3组后，仰拱衬砌台车向前行走，开始组装边顶拱同步衬砌台车；

（5）边顶拱同步衬砌：在隧道的周边同步衬砌厚度为300～350mm的混凝土层；

（6）材料运输：衬砌过程中，所需材料由施工中编组列车运入，施工后废料自编组列车运出或皮带机运出；

（7）衬砌段养护：仰拱衬砌台车施工时按照32m/天、16m/天交替作业、交替养护，当养护20h后强度达8MPa以上时,仰拱衬砌台车行走准备下一循环作业，边顶拱衬砌台车按照10～18m/2天施工，施工完毕后，进行20～30天的静置养护。

仰拱同步衬砌与TBM掘进同步进行。仰拱衬砌台车按有效浇筑长度48m(3组)设计。

下面结合图1至图8对整体工作流程做出解释：

图1为整体台车的总装示意图，台车行进的方向自左向右，台车与洞底的仰拱底9的混凝土间设有框架底部支撑14，钢轨22与轨排吊机11相连，轨排吊机11的移动和电机驱动装置1的启动，控制仰拱衬砌台车总体的移动，轨排吊机11处于浇筑完毕的混凝土上，起到支点的作用，台车与轨排吊机11间存在相对移动。

图2浇筑完毕后的截面，整个台车同时由多个支撑杆进行支撑4，滑模20处于混凝土上方。

图3为正在浇筑的截面，此时，侧模21下落，浇筑仰拱的仰拱周边8。

图4为正在浇筑仰拱底9，尚未浇筑仰拱周边8，连接板加工成长孔±40mm侧模21不在该图截面中。

图5为正在浇筑仰拱底9，尚未浇筑仰拱周边8，侧模21在该图截面中。

图6为尚未加工仰拱区域的截面，此时，台车底部铺设钢轨22以为仰拱底9的混凝土铺设做准备。

图7为仰拱底9铺设完毕，准备铺设仰拱周边8的截面示意图。

图8为仰拱底9铺设完毕，准备铺设仰拱周边8的截面示意图，该截面上不存在侧模21和滑模20，但是存在减轻台机整体挠度的支撑4。

本工程TBM施工段均设仰拱，仰拱同步衬砌与TBM掘进同步进行。仰拱衬砌台车按有效浇筑长度48m(3组)设计，施工时按照32m、16m交替作业，平均月进尺达720m。根据混凝土抗压强度试验，混凝土强度20小时可达到8MPa以上，满足台车走行要求。设计仰拱模板台车时，保证TBM施工列车编组顺利通行并尽量不移动通风管道17、水管及电缆12等管线，所以保证本工程采用的仰拱模板台车进行自主设计，按移动快捷、方便、无施工干扰为原则设计。

本实施例中，边顶拱台车的行走轨为洞内轨线两侧边轨即TBM后配套走行轨，通过控制台车行走电机进行台车走行，具体过程如下：

当台车穿越主洞连续皮带机7时：

台车设计时，在台车上设有固定皮带机7支架，保证皮带穿越台车时空间相对位置不变；在台车上的固定支架上设置滑道6，确保皮带机7与台车相对运动流畅。

台车走行前，将主洞皮带机7的三角形支架及托辊等拆除，将皮带机7转移至台车上固定的支架，并拆下的三脚架倒运至台车尾部，为安装已衬砌段皮带机7支架做准备。

进行台车走行，并观察皮带机7在台车支架托辊上的跑偏情况，若跑偏较严重，则通过轻微调整托皮带滚筒的左右位置进行调偏。与此同时，进行已衬砌段皮带机7支架的安装，皮带机7支架及托辊的安装与TBM掘进时的安装方法一致，支架固定的钻孔位置在台车测量定位的同时放线，标示在隧洞衬砌的边墙上；

当台车穿越通风管道17和水管时，通风管道17位于隧洞顶部位置，在台车设计时在顶部预留通风管道17通过位置，确保通风管道17可以顺直的通过台车；在台车即将走行至风管挂钩位置时，采用人工将风管挂钩拆除，同时在已衬砌段采用冲击钻打孔，安装膨胀螺栓作受力支点，将悬挂通风管道17的钢丝绳固定起来，完成通风管道17的穿越，进出水管在台车范围采用中间固定两端软管的形式与洞壁水管相接；

当台车穿越电缆12及通讯线时：

电缆12、皮带机7、TBM对外联络通信电线和隧洞照明电线的穿越通过采用在台车上设置绝缘胶管，在遇到电线支架的地方将隧洞边墙上的支架24从台车前端拆卸倒装在已衬砌段即可；TBM掘进与仰拱同步施工时，拟隔每1500m设置会车平台；仰拱作业面前后设置浮放道岔解决施工干扰，保证TBM的正常运输，确保同步施工。

当工程TBM施工段均设仰拱时，仰拱同步衬砌与TBM掘进同步进行。仰拱衬砌台车按有效浇筑长度48m（3组）设计，施工时按照32m、16m交替作业，平均月进尺达720m。根据混凝土抗压强度试验，混凝土强度20小时可达到8MPa以上，满足台车走行要求。设计仰拱模板台车时，保证TBM施工列车编组顺利通行并尽量不移动风管、水管及电缆12等管线，移动快捷、方便、无施工干扰。

工作时，仰供台车每个循环衬砌长度为16米，32米养生段，台车在衬砌时，前端可以同时绑扎钢筋网，与后端刚衬砌好的混凝土等强，模板台车模板定位及脱模采用液压泵及控制柜16控制，液压系统额定压力16MPa，工作压力12MPa；台车主升降油缸行程800mm，辅助升降油缸行程350mm，侧模21横移油缸行程±80mm，侧模21回收油缸行程700mm，起吊钢轨起吊梁行程400mm，破桥升降油缸行程300mm。台车行走自行驱动行走，台车行走轨距为2910mm。行走速度为6.7m/min；台车前端行走轨道放置在特殊枕木上，后端行走轨道放置在已衬砌好仰拱上。台车在衬砌的时候不影响盾构掘进后配套运输车19的通过；台车前后段都有一爬坡轨与后配套轨相连接，爬坡轨与台车之间铰接连接；清理爬坡轨下方的渣土时利用油缸将爬坡轨吊起沿铰接位置向上翻起再清理下方的渣土；清理爬坡轨下方渣土、仰拱衬砌台车脱模、台车行走、起吊行走钢轨等时间段，运输车19辆不能通过仰拱衬砌台车；前后爬坡轨坡度为4%，其和既有轨过渡时，两端高差175mm。单台混凝土罐车30吨对混凝土压强为1.5MPa。主梁两侧设计有支撑螺杆。台车主梁中部设计有支撑4，也就是辅助升降油缸，可调整主梁起升高度。台车额定承载能力100吨，正常过车时，禁止两列编组同时在台车上。台车底部滑模20采用自制卷扬机牵引，模板上振捣器工地自备。钢轨起吊梁组装时现场焊接，葫芦中心距可通过电机控制调节。单台混凝土罐车30吨对混凝土压强为1.5MPa。台车自重155吨。

具体工作中，皮带机7、风水管、电缆12穿行模式与边顶拱同步衬砌台车相同。台车两侧每隔4.5m设置支撑靴，也就是支撑4，解决长主梁挠度问题，通过受力验算，满足要求。

48米仰拱栈桥主梁结构设计计算及校核：

主梁总长为53560mm，为方便运输，其分成五段制作，梁主要采用HW300×300×10mm型材焊接而成，主梁截面外形尺寸为：3210×2800mm，考虑主梁较长，主梁结构设计时，在主梁侧部间距3000mm左右设计一个辅助支腿，并在主梁中间设计一个辅助油缸，其结构强度和行走支撑4点基本相同，因此，对栈桥主梁结构强度校核时，在不考虑主梁两侧辅助支腿的情况下，可简化成两段对称的简支梁，梁体前后支点的中心间距为26780m，当车辆通过栈桥时，主梁为主要受力部件，因此只需对针梁进行强度校核。在一列列车，正常通过栈桥时，主梁是栈桥的主要受力部件，在列车运行过程中，主梁最大受力状态包括：

a：允许通过最大车辆重量p=100t；

b：主梁本身总重量G=86T；

其中：a：载荷a简化为三处集中载荷，每处间距按照7米计算，集中载荷F=P/3=33.3T

b：载荷b简化为均布载荷，

均布载荷集度：q=b/L=86/27=3.2(T/m)

其中：L为主梁受力模型两支点间距离；

当允许通过的最重车辆，也就是载荷b处于栈桥主梁中间时，栈桥此时为最大受力状态：

主梁最大弯矩发生在主梁的中间部位，此截面也就是针梁的危险截面。由针梁弯矩图可知此位置弯矩为针梁的最大弯矩：

M_max=13276KN.m

假设针梁截面为等截面梁，计算得其抗弯系数W=105248.1cm³

则此截面的弯曲应力应为：

σ= M_max/W=13276000/105248.1=126.14 MPa

主梁所用材料为Q235，其极限应力σ_s=235MPa，取其安全系数n_s=1.8，则其许用应力［σ］=σ_s/n_s=130MPa

所以σ<［σ］

故：主梁强度是满足施工使用要求的。

刚度验算：V＝40mm<L250=60mm,满足要求

48米仰拱栈桥主梁与底部横梁端板连接螺栓强度计算：

底部横梁与主梁都采用分段制作，最短一段主梁与底部横梁间连接法兰共10块，每块连接法兰上设计有12个M20螺栓，根据栈桥承受集中载荷为100T，均分到每个螺栓上承受的剪切力为：

T=100/12×10=0.83T

假设：螺栓残余预紧力系数 K = 1.6，螺栓机械性能等级为4.8级，螺栓相对刚度λ= 0.25，经查表可知：螺栓屈服强度 σs =320MPa，取安全系数 Ss1 = 3则：螺栓许用应力[σ] = 192MPa

螺栓许用切应力 [τ] = 96.00 MPa；

螺栓承受总载荷：F0 =8.3×1.6+1= 21.58 kN；

螺栓预紧力：Fp = 48.88 kN ；

螺栓计算压应力 σp = 43.23 MPa；

螺栓计算切应力 τ = 73.62 MPa；

校核计算结果： σ≤[σ] ，τ≤[τ]满足要求。

应选用的螺栓：螺栓公称尺寸为M16， 螺栓小径 d₁ = 13.835mm ，

考虑列车编组在通过栈桥时，有一定的振动，为提高其安全性，设计时，横梁连接法兰采用M20螺栓，经过上述计算，其强度完全能够满足使用要求。

48米仰拱栈桥液压系统的校核：

结合仰拱栈桥结构形式及使用工况，仰拱栈桥液压系统采用一套泵站，分别用于仰拱模板定位、脱模、栈桥整体的升降和前后破桥的升降，液压系统工作压力设计为12MPa；用于仰拱模板脱模的油缸油缸型号为：HSG90/45-400mm，横移油缸型号为：HSG90/45-160mm，用于栈桥整体升降油缸型号为：HSG250/125- 800mm，主梁辅助升降油缸型号为：HSG200/100-350mm，钢轨22起吊油缸型号为：HSG90/45-400mm；每种油缸别由手动换向阀控制。由计算可知，升降油缸在系统压力为12MPa的情况下，单条升降油缸和辅助升降油缸提供的推力分别为58.8T、37.7T，栈桥自重按照160T计算，台车放置在隧道上，4条升降油缸及2条辅助升降油缸完全能满足使用要求。

仰拱栈桥设计具备如下功能：

1、底部设计有衬砌长度为16m仰拱模板，仰拱模板后端主架预留32m养生段 ；

2、在衬砌一环仰拱后，其前端可以同时绑扎钢筋网，后端已衬砌好的混凝土可等强；

3、移动采用电机驱动，前端行走轨道放置在特殊枕木上，后端行走轨道放置在已衬砌好仰拱上，栈桥行走过程中不破坏已衬砌仰拱;

4、仰供栈桥在仰拱衬砌及养生过程中，不影响盾构掘进后配套运输车19辆的正常通行；

5、仰供栈桥仰拱模板脱模和定位采用液压控制，液压系统可操作性强；

6、仰拱同步衬砌采用分层衬砌，先衬砌底部，然后衬砌两侧弧面，底部仰拱采用自制卷扬机牵引滑模20，滑模20上配备有振捣器;

7、仰供栈桥前后段都设计有爬坡轨与后配套轨相连接，爬坡轨与栈桥之间采用铰接销连接；清理爬坡轨下方的渣土时，设计有油缸将爬坡轨吊起沿铰接位置向上翻起再清理下方的渣土；

8、仰供栈桥清理爬坡轨下方渣土、仰拱衬砌台车脱模、台车行走、起吊行走钢轨等时间段，运输车19辆不能通行；

9、仰供栈桥前后爬坡轨坡度不得大于4%，其和既有轨过渡时，前后端，轨面高差控制在175mm以内;

10、仰供栈桥主梁额定承载能力按照集中载荷100吨设计，正常运行时，禁止两列编组同时在栈桥上。

设计的轨排吊机11，可将台车下部钢轨22及轨排横梁整体起吊，移动至浇筑完毕的混凝土面上。在混凝土浇筑完毕后，台车自带的滑动收面板23，该滑动收面板23宽60cm，上附附着式振捣器，自一端向另一端缓慢滑动收面，在滑动收面的同时，完成仰拱底9的平整，如图5所示。

连接板加工成长孔可调节，以适应滑动收面板23在不同工况下的可调节。

当仰拱衬砌完成，也就是在混凝土浇筑完毕后，如图9中所示，钢轨22通过台车前段仰拱未衬砌处，台车整体上升300mm，钢轨起吊油缸伸长300mm，钢轨吊机挂钢轨22通过滑模20状态。如图10，起吊钢轨通过滑模20后，钢轨起吊油缸缩回300mm，如图11所示，当起吊钢轨22通过滑模20侧模21后，起吊钢轨行走至后端与钢轨连接。

Claims (8)

1.一种同步隧道作业系统，其特征在于：包括在轨道上依次设置的TBM、仰拱衬砌台车和边顶拱同步衬砌台车，所述仰拱衬砌台车包括上部台架和下部台架，在所述上部台架中间设置有通风管道预留口，在所述下部台架安装有驱动机构，所述下部台架包括框体（10）和安装在框体（10）侧面上方的支架（24），在所述支架（24）上安装有与其通过轨道滑动连接的皮带机（7）、电缆、管道和液压装置，在所述框体（10）内部贯通有行走钢轨，且在该行走钢轨的两端设有相应的上坡轨和下坡轨，在所述框体（10）的底部设有与其铰支连接的向框体（10）两侧展开的侧模（21），在所述框体（10）的下方安装有滑模（20），对应于该滑模（20）设置有可调节长度的滑动收面板（23），该滑动收面板（23）的长度与该仰拱衬砌台车所经过的岩体尺寸情况相对应，所述轨道每隔1000～2000米设有会车平台；该轨道在所述TBM和仰拱衬砌台车之间为对应设置的长度为20～40m的四轨三线运输线状浮放道岔，在所述边顶拱同步衬砌台车后为对应设置的长度为20～40m的单线运输线。

2.如权利要求1所述的同步隧道作业系统，其特征在于：在所述仰拱衬砌台车的框体（10）下方还设有轨道架；在所述框体（10）下方、与支架固定连接有轨排吊机（11），所述轨排吊机（11）滑动嵌套在所述轨道架的轨道内。

3.如权利要求2所述的同步隧道作业系统，其特征在于：在所述上坡轨、下坡轨和所述行走钢轨间设有调节所述上坡轨、下坡轨角度的液压调节装置。

4.如权利要求3所述的同步隧道作业系统，其特征在于：在所述仰拱衬砌台车的支架和岩层间安装有支撑（4）。

5.如权利要求4所述的同步隧道作业系统，其特征在于：所述支撑（4）为液压/气压支撑，安装在所述仰拱衬砌台车全长方向的中部位置。

6.如权利要求5所述的同步隧道作业系统，其特征在于：所述仰拱衬砌台车长度为80～90m。

7.利用权利要求1所述的同步隧道作业系统进行仰拱同步衬砌的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）准备工作：TBM处于施工段前方时，后方依次设置相应的轨道、轨道上依次设置仰拱衬砌台车、边顶拱衬砌台车和浮放道岔；

（2）掘进：TBM以20～30m/天的速度开始掘进作业进行，掘进产生的的石渣通过权利要求1中所述皮带机运出；

（3）衬砌的准备：衬砌开始前停止掘进，先组装仰拱衬砌台车及浮放道岔，待仰拱衬砌台车组装完毕后恢复掘进，开始仰拱同步衬砌；

（4）仰拱衬砌：

a.首先将轨排支架在轨道上滑动至做好的仰拱侧边，并以该侧边为支点，支撑台车进行浇筑作业；

b.当浇筑作业进行时，滑模根据施工情况落下，浇筑形成仰拱的弧面的面顶，完成混凝土浇筑；

c.轨排吊机不动，通过控制轨排吊机上的电机对完成过程的仰拱衬砌台车的控制，使仰拱衬砌台车移动到下一个工位；

d.在仰拱衬砌台车移动过程中，对混凝土进行平整化修整；待步骤a、步骤b、步骤c依次重复循环施做3组后，仰拱衬砌台车向前行走，开始组装边顶拱同步衬砌台车；

（5）边顶拱同步衬砌：在隧道的周边同步衬砌厚度为300～350mm的混凝土层；

（6）材料运输：衬砌过程中，所需材料由施工中编组列车运入，施工后废料自编组列车运出或皮带机运出；

（7）衬砌段养护：仰拱衬砌台车施工时按照32m/天、16m/天交替作业、交替养护，当养护20h后强度达8MPa以上时,仰拱衬砌台车行走准备下一循环作业，边顶拱衬砌台车按照10～18m/2天施工，施工完毕后，进行20～30天的静置养护。

8.如权利要求7所述的仰拱同步衬砌的方法，其特征在于：所述仰拱同步衬砌与TBM掘进同步进行，仰拱衬砌台车有效浇筑长度40～50m。