尾水主洞钢模台车设计安装施工方案

尾水主洞钢模台车设计安装施工方案 1工程概况 尾水主洞由三条尾水支洞从主机组引出，尾 0+为1#尾岔分界点，主洞总长度为 1082.316m,尾0+为起坡点，纵向坡度为5%起点洞轴高程为，终点洞轴高程为。 尾 水主洞立面布置为缓坡洞，断面为圆形，衬砌后洞径为，全段采用钢筋混凝土衬砌，混 凝土标号为C30F6W5,衬砌厚度〜。 根据2016年进度调整计划，为加快确保施工进度，主洞增设 2台2/3边顶拱钢模 台车对隧洞进行衬砌混凝土浇筑，施工桩号为尾 0+005〜尾0+963。 2编制依据 (1) 厂家设计图纸《液压钢模台车结构设计图》 (2) 国标GB50231-98《机械设备安装工程施工及验收通用规范》 3钢模台车设计说明 钢模台车为全液压，自行式结构，行走电机四级电机四台台，液压站功率为。钢模 台车模板长度米，门架5榀，面板厚度10mm门架内可供施工设备通行，设计已充分考 虑隧道纵坡5%勺情况，通过四轮驱动来满足。 钢模台车具有对中、抗浮的功能，顶升油缸下置，整体强度、刚度较油缸上置优越。 台车增设“八”字千斤，防止模板与门架纵向位移，并配备的振捣器8台，每侧各4台。 为方便剩余部分的平移滑模施工，建议将剩余部分角度调整为 90度，上浮力减小，也 容易浇筑满。在转弯段时，台车拆分为米，两端加上楔形模板，模板就可以通过转弯段。 4钢模台车受力验算 钢模台车的整个荷载(混凝土、台车自重、混凝土侧压力、混凝土震动捣荷载及混 凝土入仓冲击荷载等)是以整个成型断面钢模板竖向、水平方向上各支承油缸及千斤传 向于支承门架。钢模板本身承受浇注混凝土时的面荷载；门架承受台车行走及工作时的 竖向及水平荷载(见台车总图)，各荷载分项系数，除新浇混凝土自重及模板自重取外， 其余施工荷载分项系数取。 台车结构受力分析应考虑工作及非工作两种情况下的荷载， 由于门架是主要的承重 物体，必须保证有足够的强度、刚度及稳定性。因此，强度校核时应以工作时的最大荷 载为设计计算依据；非工作时，台车只有自重，结构受力较小，此种情况作为台车的行 走校核及门架纵梁的强度验算，暂不考虑。 由于台车顶模、左右边模受力不同，其载荷分析可成两部分，然后再进行载荷组合， 对门架进行强度校核。 模板载荷分析 由于顶模受到混凝土自重、混凝土侧压力、混凝土震动捣荷载及混凝土入仓冲击荷 力等荷载的作用，其受力条件显然比其它部位的模板更复杂、受力更大、结构要求更高。 由于边模与顶模的设计结构一样，边模不受混凝土自重，载荷较小，因此对其强度分析 时只考虑顶模。 顶模板通过托架总成承受整个上部模板的载荷， 而托架纵梁由12支承点（8个螺旋 千斤、4个液压油缸）承受竖向载荷并传力于门架。 顶部模板承受的载荷按开挖米时的混凝土自重及注浆口封口时该处的挤压力。 由于 混凝土输送泵通过几十米的水平管道及竖直管道向台车输送混凝土， 与注浆口接口处的 局部挤压力较大，其它地方压力较小。因此，强度计算时，只考虑自重荷载的压力对模 板影响这在工程计算中是不可行的，在实际设计时，局部加强顶模及考虑一定的安全系 数。由于上部挤压应力没有确切的理证数据可作参考，台车设计一般根据国外类似结构 及经验加以考虑。 台车顶模沿洞轴方向看是一个圆柱壳，只不过它是由多个米高的圆柱形组合而成。 计算时，假设顶模下托架支承立柱的刚度是足够的（ 25#工字钢），而顶模最危险处应 在最顶部（由于灌注时的压力）。因此，其力学模型可取最顶部托架中间两根立柱间的 顶模长度、一块模板米宽的这部分进行受力分析及强度校核，其受力简图如下 4-1。 图4-1 分析部分受力简图 该部分载荷由两部分组成，一是砼的自重；二是注浆口封口时产生的较大挤压应力， 该值的取值是一个不确定的，它与灌注封口时的操作有极大关系。如果混凝土已经灌满， 而操作人员仍然由输送泵输送混凝土 ，由于输送泵的理论出口压力（cm2很大，就有 可能造成模板的变形破坏。由于输送管的长度及咼度的变化，注浆口接口处压力实际有 多大，目前没有理论及实验验证的数据可供参考。而台车模板设计制造只能根据经验及 类比结构，这在工程上是屡见不鲜的，但为了对模板设计有一个基本的掌握及满足顾客 要求，我们只能根据使用情况选用一个有待验证的值。据此情况，操作者就必须及时掌 握和控制灌注情况，根据操作经验判定已经灌满，并及时停止输送。 分析部分的混凝土自重P1 如图4-1，分析部分的长为1632mm宽为1500mm混凝土厚为，其密度为m3,则混 凝土自重W=xxx= 3 (t )。折算成单位面载荷P1 = 3/ m2 分析部分的挤压面载荷P2 该值取为m2,参考自日本歧阜工业公司提供的参数［1］。那么，这部分模板就受到 P1与P2的作用，两部分的合力 P= P1+P2= t/ m3+ t/ m2 = m2。 模板的弯曲应力 由于模板的内表面每隔 250mm有 一根加强角钢，因此，我们可以把它简化成每隔 250mm的梁单元来考虑。将宽为250mm的模板所受到的载荷折算成梁上线载荷。这是在 有限元单元处理中常用的方法。其翼缘板的宽度取它与之相邻筋板间距的 30% (参考自 ［2］中97页)，即250x = 75mm实际取值50mm偏于安全。 根据上述模板所受的面载荷为t/ m2那么在250mn宽，1500mn长的面积上所受到 的载荷为xx =，将此载荷作用在米长的梁上，则其线载荷 Q为=m 图4-2梁单元的横截面 如果对整个模板进行受力分析，就必须将整个模板等效成梁单元的空间框架结构， 利用有限元理论，通过电算进行有限元分析。这里，我们只能取一根梁进行分析，简化 后的梁单元力学模型按简支梁处理，这是因为两边有 250mn高的拱板及立柱支承。梁的 横截面如图4-2。 为计算梁的弯曲应力，必先计算该梁横截面的形心，该截面是由63X6的角钢及150 X 10的组合截面，根据图示坐标系，计算组合截面形心 00的X、Y坐标。 根据［3］中附1-4组合截面形心公式计算形心的 X、丫坐标。 x A X! / A y A1y1 / A 查表可知角钢63X 6的横截面积A= 879.7mm2惯性矩Ix=469500mm4 将各值代入，则 x =( 100X 8X 50+X) /(800+ =60.84mm y =( 100X8X79+X) /(800+ =48.47mm 根据组合截面的平行移轴公式计算组合截面的惯性矩： Ix = 100X 103/12 + 8X 100X + 469500+X =1897832.19mm4 抗弯截面模数 W二Ix/ = 45731mm3 简支梁受到均布载荷作用下的最大弯矩位于跨中，其值为： Mma治 ql2 =X 104X 8=X 103Nm 梁的最大弯曲应力Mmax/W =X 103/ X 10-6 =0 对 A3 钢，［(T s］ = 160 Mpa, 因为［c s］＞ c ,所以梁的强度通过. 板的最大位移 梁单元的最大变形量，即模板的最大位移。 根据公式［4］1-114中对应的受均布载荷简支梁的位移公式： fmax= 5ql4/384EI 式中，E—弹性模量，E=X 106 Mpa ; I —截面的惯性矩，I =x 10-6m4; q—梁受到的均布载荷，q=x 10-4N; l —梁的长度，I = 1.5m； 将各式代入上式： fmax= 5xx 104x( 384xx 1011 xx 10-6) =0.032m= 3.2mm 即模板的最大变形为3.2mm 通过上述的分析计算可知，整个模板的强度及刚度是够的，台车的使用是安全的。 竖向千斤强度校核 混凝土自重通过每边的6个支撑千斤及行走承受，并通过千斤及油缸传力于钢轨上。 通过结构受力分析可知，中间的6个千斤承受压力较两边的行走受力大，两边行走承受 的力只相当于一个千斤承受的力；因此，竖向千斤承受的轴向载荷为： P= 14= 竖向千斤采用矩形螺纹80x 10,螺杆及螺母均为15#钢，其c s = 360 Mpa [ c b] =180 Mpa, [ t ] = 108Mpa 安全系数为 2。 由于螺杆和螺母的材料相同，只需校核螺杆螺纹强度。 根据[1]12 — 7中螺杆弯曲强度公式： [c b]=3FH1/ n d3b2nW [ c b] 螺杆剪切强度公式： t = F/ n d3bnW [ t ] 式中：F—轴向载荷N, F=x 104; H1—基本牙型高度 mm H1= = 5mm d3=外螺纹小径，d3=69mm n=螺纹圈数，n= H/P，P为螺距，螺杆高度 H= 90mm 则 n = 9; b—螺纹牙根部的宽度 mm矩形螺纹b=，即卩b= 5mm 将各值代入上式：则c b = 3xx 104x 5/ nx 69x 5x 9 =52Mpav[c b] t = x 104/ nx 69 x 5x 9 =Mpa<[ t ] 因此，竖向千斤螺杆强度通过。 边模板载荷分析 台车边模板左右对称，结构及安全相同，由于模板下部向里靠拢，不承受混凝土自 重，因此自重载荷不必考虑，只考虑浇注砼时的挤压应力对其影响。 边墙的挤压压力选为 m2,该值取自日本歧阜工业公司12米液压台车的计算值[2]； 目前国内所有台车的设计皆参考自该公司的产品。 国内并没有台车设计的国家标准可参 考。 边模上部通过销轴于上模板连接，底部靠基脚千斤支撑于地面，中间通过四根千斤 连接梁的四个支撑点支撑。每边支撑千斤四排共 24个支撑点承担挤压力引起的水平载 荷，而挤压力引起的竖向载荷通过台车的自重（约 89吨）及抗浮千斤来稳定。为偏于 安全考虑，上部及下部假设不承受约束，整个水平方向上的载荷靠 24个支撑点（行走 及千斤）承受。 水平千斤的强度校核 水平千斤采用梯形螺纹 Tr60 X 9,螺纹高度H^ 80mm螺距P= 9mm则螺杆的弯曲 及剪切强度为： [（T b]=3FH1/ n d3b2nW [ c b] 螺杆剪切强度公式： t = F/ n d3bnW [ t ] 式中：F—轴向载荷N, F=X 104; H1—基本牙型高度 mm H1= = 4.5mm d3=外螺纹小径，d3= 50mm n二旋合圈数，n= H/P，P为螺距，螺杆高度 H= 80mm 则n=； b—螺纹牙根部的宽度 mm矩形螺纹b=，即卩b= 5.85mm 将各值代入上式：则c b = 3XX 104XnX 50XX =Mpa<[ c b] t= 45371 X 104/ nX 50XX =Mpa<[ t ] 因此，水平方向支撑千斤强度通过 门架结构的受力分析及强度校核 台车门架是一个空间的整体框架结构。 其主要水平及垂直方向的载荷靠五片门架承 受。为了保证整体结构的稳定性，两片门架横梁之间通过 9根18b的工字钢连接，各立 柱之间通过18b工字钢及75#角钢将其连接成整体。 在六片门架中，中间的门架受力最大。 门架横梁的强度计算 横梁的计算按简支梁考虑，偏于安全。 则横梁受到的应力为：c= N/A+Mmax/W 对于 A3钢，c s = 240 Mpa，安全系数取，[c s]=160 Mpa， 式中：N—横梁轴向压力 N,X 104N; A-横截面积，A= 300 X 12X 2 + 976 X 14 = 20864mm。 Mma—横梁受到的最大弯矩，Mma= F1X =X 104X =X 104Nm W—截面的抗弯模数 根据组合截面的惯性矩公式Ix = bh3/12 ([4]表1-1-77 )， Ix = 14X 9763/12+2 X( 300X 143/12+300X 14X 1932) =X 109mm4 W= Ix/200= X 106mm3 将上述各值代入应力公式： 则 c = X 104/20864+ X 104/ X 106=<[ c s]。横梁强度通过。 为了保证横梁的局部稳定性，横梁腹板布置加强筋板。 门架横梁下的斜支撑的强度校核 门架连接梁选用25b工字钢，其截面积A= 5350mm2斜支撑受到的轴向压力N=X 104N,则挤压应力： c = X 104/5350 X 10-6 = Mpa<[ c s] 由于横梁与斜支撑中间加强了 25b的工字钢，因此其稳定性也能保证。上式计算偏 于安全。 门架立柱的强度计算 门架立柱是非常重要的承力构件，为了保证台车绝对可靠的工作，对其计算采用压 杆稳定进行强度校核。立柱在轴向受到 F1的作用；在水平方向上，水平载荷靠横梁及 斜支撑承担；水平载荷靠模板下的 14个撑地千斤和门架纵梁承担(根据此处假设，每 边的7个撑地千斤必须撑紧地面，门架支撑轨道必须稳定)。 在中心受压实体构件的设计中，静强度及疲劳不是问题，主要应考虑构件的稳定性 和刚度两个方面。 1、立柱的稳定性计算 中心受压实体构件的总体稳定性计算公式： (T =N/ s ］ 式中：N—立柱轴向压力N, N=X 104N A—立柱横截面积，A=300X 12X 2+422X 14=12464mm2 横截面积的惯性矩公式Ix=bh3/12 lx = 14X4223/12+2 X( 300X 143/12+300X 14X 2182) =X 108 mm 4 W= Ix/225= X 106 (m 3) 截面的回转半径 rx= (Ix/A ) 1/2= (X 108/12464) 1/2=; 立柱的计算长度lx=2784 m； 计算长细比入=Ix/rx=2784/= m； 根据［3］表3 — 19a查得中心压杆稳定系数c 则立柱稳定性 c =X 104/ X 12464) =< ［(T s］ 所以立柱稳定性验算通过。 2、立柱的刚度验算 由表［3］5 — 1;查得［入］max=100,而计算长细比入=16.807mm所以，刚度验算通 过。 门架纵梁的强度计算 纵梁的计算按简支梁考虑，偏于安全。 则纵梁受到的应力为：c= N/A+Mmax/W 对于 A3钢，c s = 240 Mpa，安全系数取，［c s］=160 Mpa， 式中：N—横梁轴向压力 N,X 104N; 横截面积，A= 400X 14X 2+ 572X 14X 2 = 27216mm。 Mma—纵梁受到的最大弯矩，Mma= F1X =X 104 X =X 104Nm V—截面的抗弯模数 根据组合截面的惯性矩公式lx = bh3/12 ([4]表1-1-77 ), lx = 14X 5723/12+2 X( 400X 143/12+572X 14X 1932) =X 108mm4 W= Ix/200= X 106mm3 将上述各值代入应力公式： 则 c = X 104/27216+ X 104/ X 106=<[ c s]。纵梁强度通过。 为了保证纵梁的局部稳定性，横梁腹板布置加强筋板。 另，由上值可看出：纵梁强度的安全系数更高。这是因为纵梁的受力模式为简支梁， 并且在受力点的下部分别由下部千斤和行走承受，故纵梁主要考虑其稳定性，纵梁的最 小安全系数是在台车行走时，此时，下部千斤不受力，在立柱之间与门架之间的横梁与 斜拉杆存在的条件下，纵梁与门架立柱的整体性较高，在以往的使用经验和在 ANSY有 限元分析中纵梁的挠度在3mm以内，是满足使用要求的。 结论 根据上述的分析计算，台车门架结构及各受力千斤的强度是足够的。但在使用过程 中，应按照使用规范的要求和适当的浇注速度。衬砌厚度严格控制在米范围内并严格注 意封顶时输送泵的操作，严禁过度泵送造成浇注口附近局部模板下沉。 由于工况及操作的变化，在设计台车时对局部可能引起变形的地方作了必要的加 强，模板的横加强筋板及拱板都较一般台车作了加强。 因此该钢模台车的设计合理，使用安全可靠。 5钢模台车安装流程 门架系统安装流程 行走机构、下纵梁安装于轨道上 匚彩 门架、立柱、斜撑拼装成龙门架，吊装于下纵梁之上联接 门架之间纵向、横向联接 厂 \整个门架系统螺栓联接、检查、 拧紧 /1 L M上纵梁吊装在门架之上联接 〉上部台架各立柱、弦梁安装、联接 〉门架系统完成 6 施工准备 钢模台车的安装场地选取为尾水主洞尾 0+430〜尾0+410尾0+973〜尾0+963段, 要求做好洞安全防护措施，如发现洞壁上残存着松动的岩石，及时清除掉。根据钢模台 车长度在洞内准备安装场地，并对洞底部进行清底处理。台车安装前先将要施工的工作 面清理干净不得有钢筋、木块、水泥等杂物。在要安装的施工部位进行测量放点打出桩 号、轨道中心线及高程点以便进行安装。 洞室顶部上按厂家要求布置置多排锚杆， 承重不小于5T。工件采用葫芦在洞内进行 吊装，保证洞内足够照明；现场工作人员要求佩戴安全帽，高空作业要求佩带保险绳。 钢丝绳牢固要结实，吊装时，捆扎牢固，派人统一指挥。门架、平台走道上铺齐木板。 钢构件运输和存放 构件根据安装的顺序，分单元成套供给，运输构件时，根据钢构件的长度，重量选 用车辆；文明装卸，不准扔掷构件。构件存放在平整、坚实、无积水的场地上，构件按 种类、型号、安装顺序分开存放，钢构件底层垫枕有足够的支承面，保证支点不下沉。 相同型号的钢构件叠放时，各层钢构件的支点在同一直线上，以防止构件被压坏变形。 根据场地的实际情况及针梁台车的结构特点， 台车顶模、侧模和门架均须借助吊车、 行车、吊葫芦完成。首先在洞内的适当位置设置锚杆，以方便吊葫芦的使用；然后用随 车吊将针梁台车构件吊至在车上，拉至发尾水主洞安装位置。 安装 台车配年均采用随车吊运输到尾水主洞安装部位，门架采用 220挖掘机及50装载 机配合人工进行安装，安装就位后应紧固螺栓，斜撑部分也应安装到位。 模板采用顶部锚杆吊点安装，开动行走电机牵引台车架向前行走 5m使一圈模板组 装后，顶模能位于员点的正下方，依次组装顶模、两侧模，好定位销并紧固连接螺栓。 利用顶部两吊点用钢丝绳分别拴信顶模两吊耳， 220挖掘机用钢丝绳提住两侧模下部， 使模板缓慢直立，再用手拉葫芦将两侧模底部径向拉开，再运行台车架至模板下方，下 降模板，安装，紧固模板与承重梁连接螺栓，用手动撑杆支撑好模板，然后按同样方法 安装其它模板。 采用人工用麻绳将平台提升到侧模适当位置，焊于侧模腹板上，平台安装完成后， 再将栏杆、爬梯焊于平台相应位置。 按照液压系统布置图安装各油路分配器、控制阀、连接各油路；安装控制电路，启 动液压系统，依次调试各油缸，并安装于侧模支座上 。 卸下侧模手动撑杆，启动液压系统，调试、伸缩侧模油缸使侧模各油缸同步伸缩自 如；顶升、调试顶模油缸，使其伸缩自如；调整模移油缸，其伸缩行程应一致，启动行 走电机，使整套钢模台车在轨道上往返运行两个循环。 7主要资源配置 主要设备及工器具配置 表7-1 序号 设备名称 型号 单位 数量 备注 1 挖掘机 220 台 1 现场辅助安装 2 汽车吊 25t 台 1 吊装 3 全站仪 台 1 测量定位 4 自卸汽车 25t 台 1 倒运材料 5 随车吊 台 1 倒运材料 6 电焊机 台 3 焊接 7 专用工具 套 2 安装 劳动力计划表 7-2 工种 数量 工种 数量 安装工 5人 司机 3人 电焊工 3人 管理及技术人员 2人 起重工 1人 安全员 1人 电工 1人 辅助人员 1人 合计：16人 8质量、安全、文明施工措施 质量保证措施 1整个施工过程严格按设计及施工规范的要求进行施工。 2、 安装时严格按设计图纸以及GB50231-98机械设备安装工程施工及验收通用规 范标准执行。 3、 施工时采取相应施工措施确保施工质量。 4、 安装时，严格按安装工序进行，前一道工序不合格，不得进入下道工序施工。 5、 控制点设置时，由安装单位配合我部进行测量，控制点应用红色喷漆做好标记， 所有安装控制点设置时必须采用同一系统的坐标，以确保安装精度。 6、 验收过程实行“三检一验”制，即每道工序须经班组自检、厂家复检、质检环 保部终检，监理工程师终验的控制程序，本道工序经验收合格后方可进行下道工序的施 工。 安全保证措施 1现场施工人员，特殊工种必须持证上岗，服从统一指挥，不得违章作业。 2、 安装施工现场，所有技术人员和施工人员必须戴好安全帽，系好帽带。高空作 业人员必须挂好安全带。 3、 施工现场起重工应对使用的钢丝绳、卡环经常性的检查，安装吊运时必须用指 挥旗和哨子同时进行指挥。 4、 脚手架和安装防护平台应用架子管搭设，用卡具固定保证安装施工人员的安全。 5、 施工用电线路必须按有关规定铺设，并严格按操作规程作业。 6、 施工现场要悬挂的安全警示标志。如：防止坠物，施工现场注意事项等。 7、 所有参加安装施工人员，严格按照各自的安全操作规程进行作业，服从分配， 听从指挥。 文明施工保证措施 1施工现场的材料、机械设备按施工现场地平面安放稳固，各种材料分门别类有 序堆放 2、 按施工规划实施布置管理，施工现场内所有临时设施按要求布置，使现场处于 整齐有序状态。 3、 合理安排施工顺序避免工序相互干扰，凡正道工序对上道工序会产生损伤或污 染的，要对上道工序采取保护或覆盖措施。 4、 施工用电线路，整齐有序的铺设，并固定牢靠。 5、 各项施工生产活动严格按照有关的规程规范作业，杜绝野蛮施工和盲目施工。 6、 施工完成后，按要求及时拆除所有安全防护设施和其它临时设施，并将工地及 周围环境清理整洁，做到工完、料清、场地净。 9安全风险评估 施工安全风险评估表 表10-1 序号 危害名称 风险种类 风险等级 风险控制措施 1 钢模台车失稳 坠落、物体打 击 低风险 严格按照厂家提供的说明书进 行台车操作，加强现场技术交 底；加强安全管理 2 高空作业时坠落 坠落 低风险 配备个人安全防护用品， 高空作 业时系好安全绳，塔架临边做好 防护栏 3 高空作业人员酒后、 病 后上岗作业 高空坠落、物 体打击 低风险 严禁酒后及病后初愈上岗作业 4 高空向上向下抛工具 或零件 物体打击 低风险 高空作业配发工具袋，随身工具 及零星物件应放在工具袋中 5 未上锁的电源箱 触电 低风险 操作电箱应上锁，安全员对电箱 进行上锁检查。 6 用电不安全 触电 低风险 从事电器作业人员要持证上岗， 非电工及无证人员禁止从事电 器作；并应符合规范 DL/T5370-2007第〜条款关于 现场施工用电的要求 7 车辆运输违早 冲撞 低风险 进行专人指挥；对现场车辆进行 监督检杳 8 垂直方向交叉施工 坠落、物体打 击 低风险 合理安排工作面，警戒区域红白 带围护，专人监督，禁止非作业 人员进入 9 高空作业机具存放不 当 物体打击 低风险 加强教育，提高施工人员自我防 护意识施工时；加强现场检杳， 高空作业配发工具袋，随身工具 及零星物件应放在工具袋中 10 咼处作业未佩戴安全 防护用具 坠落 中等风险 安装防护拦，系好安全带 11 工作平台物体掉落 打击 低风险 工作平台上不允许放置原材 料，要放置必须确保下方作业 安全，按规定要求设置安全防 护措施 12 支立模板时失稳 物体打击 低风险 严格按操作要求加固模板，专 人检杳 13 照明不足 摔拌、坠落 低风险 设足够照明和安全标志 14 不良的交通路况 交通意外 中等风险 定期对道路维护保养，设置道 路警示标志，车轮与危险边缘 保持安全距离 15 电焊弧光、焊渣 灼（烫）伤 低风险 操作人员穿戴好防护用具