无门架智能衬砌台车在高原铁路隧道的

无门架智能衬砌台车在高原铁路隧道的

袁江华

中铁十局集团第七工程有限公司  陕西西安  710065

一、应用背景

高原隧道具备海拔高、氧含量低、作业环境恶劣特点，人工和机械效率大打折扣，加上铁路项目施工要求和管理日趋严格，但施工管理存在诸多问题，主要有如下4方面。一是传统施工技术、落后工艺，质量标准不高，施工效率低；二是传统设备工装操作复杂，劳力投入多，成本居高不下，竞争力差，越来越难以适应市场和企业高质量发展需求；三是隧道质量通病问题未从根本上有效解决，施工过程中忽视产品细节和质量管理，验收后期缺陷整治费用巨大，给项目带来巨大经济负担和效益损失，严重损害企业信誉和形象；四是自动化、智能化使用程度低，高原隧道人工和传统工装施工效率低、质量不高。

上述问题对项目进度、质量安全、成本效益等产生较大影响。为改善高原隧道衬砌施工环境，提高衬砌施工效率和质量，在传统普通衬砌台车的基础上进行全面升级改进，应用无门架智能衬砌台车，增大台车的净空面积，改善现场作业环境，达到了隧道二衬施工关键浇筑数据信息及时检测预警和反馈，自动化升级智能化，实现施工监管更轻松且简单、实体质量更有保障。在西成铁路碌曲隧道和双岔隧道衬砌施工应用效果良好，可在其它高原铁路隧道推广应用。

二、无门架智能衬砌台车与传统有门架普通衬砌台车

（一）传统有门架普通衬砌台车存在的问题

1.结构缺点

传统有门架设计结构复杂，泵管、油缸及支撑拉杆等配置较多，工程形象差。模板强度差，容易变形，模板之间多为螺栓式连接，后期错台严重，容易产生“人”字坡冷缝、混凝土离析、“蜂窝麻面”等外观内在质量缺陷。强度低稳定性差，骨架系统作为主受力承载件，浇筑过程中易发生变形和跑模。立模收模需频繁调模、拆管换管繁琐，工人劳动强度大，二衬班组经常更换，留不住人。因为传统台车空间狭小，导致结构紧凑，布料系统管路空间不够且布置复杂，操作清洗麻烦，拱顶不能实现自动布料。传统台车行走用枕木，轨道需人工搬运、铺轨，增加工人劳动强度和作业人数。

2.无法实现智能数字化浇筑及管理溯源

传统有门架普通衬砌台车配置低，全靠人工操作和经验施工，不具备衬砌顶部空洞、衬砌顶部压力等信息化预警手段，不具备衬砌台车内部浇筑方位、施工砼数量、对各浇筑窗口流量温度及湿度、施工中衬砌顶部填充度等信息化数据收集反馈，施工不可控，出现质量问题无法准确追溯。

（二）无门架智能衬砌台车技术优势

1.结构优势

在整体受力上，智能衬砌台车较普通台车进行优化设计，大大改变了台车的结构，在整体布局上将受传力路线进行缩减，杜绝施工衬砌过程中出现跑模、变形；结构和附件进行模块化、标准化、通用化设计，精简了结构，方便了台车安装、拆卸、装车运输、零部件互换通用及管理；用于支撑的丝杆数量较普通台车减少50%，施工更简便，节约立模和收模时间，提高施工效率；台车上下及两侧空间更大，提高了台车有效通风面积，极大的改善了施工作业环境，隧道施工机械行驶更安全和快捷。

2.实现智能数字化浇筑及管理溯源

（1）衬砌台车顶部安装一台轨道砼布料浇筑系统，实现分层逐窗浇筑。布料系统实现衬砌顶部和两边的各层布料，每层设置4至5个浇筑窗口，大大提升了二衬施工功效和工艺质量。整个布料管路及系统实现拆接换及清洗环节减人，只需要1个作业人员就能遥控操作，即可实现分层逐窗浇筑。

（2）衬砌台车顶部配置高频插入式振捣器，通过PLC程序控制振捣，确保衬砌砼振捣更密实、也提升了衬砌强度。整个台车纵环向配置自动高频附着式、插入式振捣设备，操作手利用PLC程序控制振捣的几个关键工序，如振动的次数、振捣持续及间隔的时间等。实现各部位振捣全覆盖和振捣更充分，确保了衬砌实体质量。 

（3）衬砌台车改变传统台车行走方式，四个支腿配置自动液压升降和抓举装置，实现台车自动提轨行走、不需要人员配合，减低现场作业人员施工强度和作业人员数量。

（4）配置可视化封堵装置和软搭接技术。封堵装置采用新型耐用材料，采用轻量化、标准化设计，封堵装置各模块间密闭性高不遗浆，替代传统用木模封堵，拆卸方便快捷、周转使用次数多，提高施工效率和降低了施工成本。台车采用软搭接模技术，有效杜绝已施工部位混凝土缝隙开裂，同时也避免了漏浆造成的骨料离析等系列质量问题。

（5）配置信息化监控系统，实现浇筑数据信息及时检测预警和反馈。系统具备衬砌顶部防脱空监控预警、衬砌顶部压力监控预警、视频监控和数据分类图表生成等功能，同时还具备随时监测衬砌台车内部浇筑方位、施工砼数量、对各浇筑窗口流量温度及湿度、施工中衬砌顶部填充度等信息数据，监控数据都可联网传输和储存。

三、应用效果显著

铁路隧道施工管理及验收要求严格，受工装工艺影响，衬砌强度、脱空质量通病一直无法有效解决。“一冲到顶”工艺导致布料不均匀，易造成骨料离析，加上振捣不充分，衬砌不密实、裂缝、强度不达标情况时有发生，违反质量红线规定。脱空采取二次补注浆处理费时费力，验收整治往往要再花费巨额整治费用，加大项目成本支出，造成效益流失。无门架智能衬砌台车的设计充分考虑了以上问题现状，提供系统配套的解决方案。

分层浇筑系统能有效解决逐层分仓浇筑难题，实现对称分层浇筑和实时监控，大大提升了现场布料、浇筑、振捣控制水平，衬砌冷缝少、密实性好，内实外美，成优效果好。防脱空监测装置能有效的预防衬砌拱顶脱空问题。该装置通过拱部设置传感器和监测系统相连，冲顶完成至顶面后会将信号传导至控制箱，根据提示信息进行下步操作，有效减少冲顶施工不连续、不饱满等问题，大大降低拱顶脱空、夹层等质量通病。使用无门架、分层浇筑、自铺轨等结构系统，降低衬砌施工劳力20%以上。通过智能视频监控系统及防脱空装置，实时监测浇筑状态，确保连续作业，减少补方时间，实现用量准确控制，每板衬砌浇筑平均耗时9-10h，节约2-4h。经统计，已施做拱墙衬砌强度检测合格率达到100%。据测算，衬砌质量合格率大幅提升，减少后期整治难度和投入，间接节约整治费用1800余万元。

从应用情况看，无门架智能衬砌台车实用性较强，大大降低了劳力投入，提升效率和施工质量，整体应用效果较好，潜在效益不可估量，具备较好推广应用价值。