王恒珂 刘 斌

1 中交武汉港湾工程设计研究院有限公司 武汉 430040

2 海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室 武汉 430040

3 交通运输行业交通基础设施智能制造技术研发中心 武汉 430040

0 引言

近年来，随着城市化进程的加快，为了使城与城之间联系更加紧密，促使道路隧道工程向更深、更长、更立体化方向发展[1]。过江、跨海等大型隧道的工程不断出现，其施工条件极其复杂，且工期较紧，对工程施工技术有更高要求。由工程实践经验可知，模板台车的施工方法不仅提高了混凝土的表观质量，还取得了较好的工期效益和经济效益。然而，传统模板台车结构复杂，自重较大，爬坡能力较差，且焊接工作量繁重，拼装拆卸速度较慢[1]。因此，本文结合大连湾海底隧道项目暗埋段施工工程，开展了隧道行车道顶模模板台车结构设计与应用研究。在结构和构造上进行创新，模块化设计，减少施工现场的焊接拼装工作，减轻台车自重，方便转场，并增强台车的工作性能和适用条件，提高施工功效，降低施工成本，取得了较好的社会经济效益，并为以后的台车结构设计提供参考。

1 工程概况

文中所述工程为海底隧道北侧陆域段，位于梭鱼湾北岸即大连港外轮航修厂内原码头附近，陆域段全长385 m（K0+355 ～K0+785 ），由北向南分别为敞开段、暗埋段，其中敞开段50 m，暗埋段380 m（含南端58 m、2 段止推段）。台车方案针对暗埋段进行设计，此段位于 K0+487.731 ～K0+785 之间，全长297.629 m，分成 10 个施工段，9 段为30 m，最后一段为 27.629 m，且浇筑方向有3.5%～4%的坡度。为方便暗埋段施工，每浇筑段浇筑长度为 30 m，整个暗埋段分 10 段浇筑。隧道断面图如图1 所示，隧道总体宽度41.3 m，总体高度11.4 m，双行车道左右净宽12.65 m，净高8.6 m；中间廊道净宽4.4 m，净高8.55 m；两侧廊道净宽2.9 m，净高8.5 m；墙身厚度为0.6 ～1.5m。具体施工时分为底板下部结构、隔墙结构、顶板与外墙体结构三部分分层浇筑，形成直线性流水作业。3 个作业段限界分明，互不干扰，可提高材料的周转率，节省材料的投入，保证施工空间的通行，为控制浇筑质量提供保障。如果工期要求紧，可安排两个流水段同时施工。

图1 隧道横断面图

2 模板台车结构设计

模板台车由轨道、台车骨架、行走装置、施工作业平台、开合模系统以及模板系统等组成。台车外形尺寸为36.8 m×12.65 m×6.2 m（长×宽×高），为了方便施工，提高施工效率，本工程模板台车采用工厂加工，现场拼装的方式。具体结构形式如图2 所示。

2.1 台车骨架设计

台车骨架三角撑的立柱采用250×250×6 的薄壁方钢，斜撑和横联均采用180×180×6 的薄壁方钢，横联通过销轴将立柱和斜撑连在一起形成一个固定的三角结构，并通过上横杆和连接丝杆连接两个三角撑间形成一片稳定的三角架，片与片之间间隔1.8 m，共有21 片。台车上下纵梁采用HW300×300 的型钢，两端的节长4.9 m，中间的节长5.4 m，节与节之间通过螺栓连接。台车行走方向通过立柱间斜撑和上下纵梁将每一片三角撑连接起来组成一个完整的模板台车骨架。三角形支撑结构简单，且比较稳定，受力明确，通过立柱和斜撑把混凝土压力以及结构自重传递到车轮上。

2.2 行走支撑装置设计

由于台车较长，为了方便行走，将台车分成3 段，每段设置一套主动行走轮，由行走电机带动车轮转动推动台车沿轨道行走。支撑装置由顶升和横移液压缸支撑系统以及地脚支撑系统组成，顶升和横移液压缸用来对整个台车进行调位，调位完成后由地脚支撑系统进行支撑和整体固定。

2.3 模板设计

考虑工程施工周期较长，模板周转次数较多，为防止模板在使用和周转过程发生较大变形和损坏进而影响施工质量，设计的模板自身刚度较大且为钢模。模板整体由两侧角模和中间大面模板组成，角模以双槽16 为围檩，槽8 为背楞，8 mm 厚钢板为面板拼装而成且转角位置为销轴连接可通过转动来进行转角处拆模和立模。中间大面模板以双槽32 为围檩，槽8 为背楞，8 mm 厚钢板为面板拼装而成。所有模板都将在现场预组装成模板单元，在应用时整块吊运，并通过螺栓连接组装成一个整体。这样能保证施工效率与质量，减少材料因转运造成的损耗，且这些材料也可用于其他施工段的施工。

3 台车结构分析

整个台车设计荷载包括台车结构自重、模板自重载荷170 kg/m2、混凝土浇筑侧压力载荷50 kN/m2、顶板混凝土压力载荷2.4 t/m3、混凝土倾倒和振捣荷载、施工人员及设备载荷1.5 kN/m2。暗埋段施工条件下，风载荷和温度荷载对结构产生的影响较小，故计算时不考虑风和温度载荷的影响。台车在使用过程中主要考虑三种工况[2]。

图2 海底隧道行车道顶模模板台车结构图

顶板混凝土浇筑工况（工况一）：此时整个结构由地脚支撑系统支撑。此时载荷有模板及结构自重载荷、顶板混凝土压力载荷、混凝土侧压力载荷、混凝土倾倒和振捣荷载、施工人员及设备载荷等，以此来计算结构的受力与变形。

液压缸顶升工况（工况二）：整个结构的支撑系统开始通过液压缸由轮轨支撑切换成地脚支撑。此时载荷为模板及结构的自重载荷、设备载荷等，以此来计算结构的受力与变形。

行走工况（工况三）：整个结构的支撑系统为轮轨支撑。行走时的载荷为模板及结构的自重载荷、设备载荷等，以此来计算结构的受力与变形。

在Ansys 软件中建立模板台车结构的有限元模型，采用极限状态法对结构进行分析，结果如表1 所示。由分析可知，工况一为最危险工况，分析结果如图3 所示。由分析结果可知，台车整体受力比较均匀且最大应力为51 MPa ≤215 MPa，整体变形为1.87 mm，能满足设计使用要求。

表1 台车各工况计算结果表

图3 工况一条件下台车整体结构应力云图和位移云图

4 台车施工工艺及技术要点

4.1 台车组装

为减少现场拼装工作，台车小的、能够在工厂组装且方便运输的部件先在工厂进行组装，组装完成后再运往现场进行整体拼装。拼装采用塔式起重机配合汽车起重机进行，其拼装流程为：测量放线→导轨铺设→行走及支撑装置就位→下部连接盘及下纵梁安装→三角撑安装→顶部连接盘及上纵梁横梁、斜撑梁安装→操作平台安装→模板安装→调试及试行走。

4.2 施工工艺流程

施工工艺流程[3]为：施工前准备工作→台车行走到特定位置→测量调位（通过横移液压缸可以对台车进行横向调位）→支撑体系转换（通过顶升液压缸由轮轨接触转换为地脚支撑提高台车结构整体稳定性）→台车面板处理、涂脱模剂→尺寸检查→支承丝杆锁定→混凝土浇筑→脱模行走（脱模时先通过调整角模丝杆脱开角模，然后台车由地脚支撑先转换为竖向液压缸支撑，收起地脚支撑，液压缸回油整个台车依靠结构自重进行脱模，脱模完成后台车再由液压缸支撑转换为轮轨支撑，然后行走到下一个工位）→混凝土养护。

4.3 台车使用注意事项[4]

1）模板台车在投入使用后，需定期检查整车紧固件是否松动，并作相应紧固（建议两周一次）。每两个月对台车结构进行全面检查，需要维修更换的零部件及时进行维修更换。

2）保持台车整体结构清洁，对散落的混凝土渣和油污及时清理，并根据使用周期对关键部位进行清理、润滑。

3）不间断施工时，若台车不需要反复行走，请关闭油泵，以延长油泵及液压部件的使用寿命。

4）液压油应定期更换，更换周期一般为半年。

5）施工过程中如遇任何紧急情况，第一时间启动安全制动装置并关闭电源开关。

5 台车应用效果分析

1) 台车整体结构有足够的强度、刚度和稳定性。

2) 台车可以自由组合成不同的长度，增大了台车的适用范围。

3) 台车为工人提供了较大的操作空间，且整体行走、支撑、调位机构都在台车底部，方便操作，并保障了操作工人的安全性。

4) 钢模板之间拼缝严密性好，混凝土表面平整光亮、无明显错缝。

5) 台车结构设计创新，构件简单，模块化设计，拼装拆卸周转方便，大大提高了施工效率。

6 结论

1）台车整体采用杆系结构，相比传统的箱形框架结构来说，虽然组装连接起来相对比较繁琐，但整个台车的结构质量减少了很多，而且采用模块化设计，大部分连接工作在出厂前即已完成，减少了施工现场的拼装工序和劳动强度。

2）在施工操作空间方面，虽然没有传统的箱形框架结构的空间大，但这种新型结构形式相比之前的杆系结构台车留出的操作空间更大，更便于施工。对于操作空间要求不是特别大的工程，该台车具有较大优势。

3)该台车行走系统、调位系统、支撑系统等集中可视化，且均布置于台车结构底部，方便布线、操作、检修等。

4）该台车的模板结构设计刚度较大，施工时主要依靠模板主背楞抗弯，既能防止施工时模板出现较大变形和损坏，也能减少台车结构本身的抗弯能力，使台车杆系结构只承受拉压载荷，不承受弯曲载荷，受力较好。由计算结果可知，整个台车结构的应力较小说明这种方式也可以进一步做到结构的轻量化，台车结构仍有进一步的优化空间。