一种连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车

(12)发明专利说明书

(21)申请号 CN201310060929.9 (22)申请日 2013.02.27

(71)申请人 中交隧道工程局有限公司;三明建翔科技工程材料有限公司 地址 100088 北京市西城区德胜门外大街85号A座1023室

(72)发明人 唐忠亮 严少发 边鹏飞 张伯阳 潘文祥 崔守远 吴元平 刘渊渊 王连庆 (74)专利代理机构 北京国林贸知识产权代理有限公司 代理人 李桂玲 (51)Int.CI

E21D11/10

权利要求说明书 说明书 幅图

(10)申请公布号 CN 1030278 A (43)申请公布日 2013.05.08

(54)发明名称

一种连续作业翻模对接式隧道衬砌

模板台车 (57)摘要

本发明涉及一种连续作业翻模对接

式隧道衬砌模板台车，进行隧道二次衬砌混凝土浇筑施工作业，包括平台框架、行走装置、液压驱动装置、支撑丝杠组、模板组；行走装置安装在平台框架的底部，行走装置驱动平台框架沿隧道掘进方向行进；液压驱动装置和支撑丝杠组安装在平

台框架上；有至少两组可沿隧道断面方向展开与收缩的所述模板组,收缩后的模板组的外轮廓尺寸小于展开的模板组的内轮廓尺寸、并能够从展开的模板组中穿过；本发明的有益效果是：利用一套行走支撑作业平台配合多套可自稳的模板组，可进行混凝土连续浇筑施工，实现多套模板组的循环流水化作业，从而避免错台和因搭接挤压破坏混凝土现象，保证了混凝土施工的质量，提高了施工效率。 法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态

权 利 要 求 说 明 书

1.一种连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车，进行隧道二次衬砌混凝土浇筑施工作业，包括平台框架、行走装置、液压驱动装置、支撑丝杠组、模板组；其特征在于，所述行走装置安装在所述平台框架的底部，行走装置驱动平台框架沿隧道掘进方向行进；所述液压驱动装置和支撑丝杠组安装在平台框架上；有至少两组可沿隧道断面方向展开与收缩的所述模板组,收缩后的模板组的外轮廓尺寸小于展开的模板组的内轮廓尺寸、并能够从展开的模板组中穿过，每套模板组能够通过支撑丝杠组和液压驱动装置与平台框架连接，模板组由液压驱动装置驱动展开和收缩、并由平台框架携带行进，模板组在展开后能够与平台框架分离、稳定支撑在隧道内。

2.根据权利要求1所述的一种连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车，其特征在于，所述行走装置是轮式轨道行走装置，行走装置设有两排车轮在沿隧道掘进方向铺设的轨道上行进。

3.根据权利要求2所述的一种连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车，其特征在于，所述行走装置由电机驱动，所述电机经行星摆针式减速器调速、通过链条带动车轮转动；在行走装置中设有刹车装置。

4.根据权利要求1所述的一种连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车，其特征在于，所述模板组包括顶模、边模、角边模，所述顶模、边模、角边模是具有弧形外表面的金属结构件，所述顶模与边模通过销轴方式连接，边模能够向隧道内侧方向折叠；

所述边模与角边模通过销轴方式连接，角边模能够向隧道内侧方向折叠；在所述顶模、边模、角边模两端部设有肋板，两组模板组之间设有定位销。

5.根据权利要求4所述的一种连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车，其特征在于，所述模板组包括一块顶模、两块边模、两块角边模；所述顶模位于两块边模之上，顶模两端分别与一块边模的一端连接，每块边模的另一端与一块所述角边模的一端连接，边模位于角边模之上；

所述液压驱动装置包括四只升降油缸、四只伸缩油缸，所述升降油缸垂直安装在所述平台框架的顶端，升降油缸的缸臂推动顶模在垂直方向移动；所述伸缩油缸安装在平台框架的两侧，伸缩油缸通过转轴与平台框架的侧面连接，伸缩油缸的缸臂与边模通过可拆装的转轴连接、并推动边模以与顶模连接的销轴为轴心转动；

有多组所述支撑丝杠组沿所述平台框架行进方向安装在平台框架上；每组支撑丝杠组包括三支顶模支撑丝杠、十二支边模支撑丝杠、两支角边模支撑丝杠；所述顶模支撑丝杠的一端通过可拆装的转轴与顶模连接，顶模支撑丝杠的另一端通过转轴与平台框架连接；每块边模与六支所述边模支撑丝杠通过可拆装的转轴连接，最下方的边模支撑丝杠的另一端与隧道的仰拱填充顶面支撑脚连接，其余五支边模支撑丝杠的另一端与通过转轴与平台框架连接；每块角边模与一支所述角边模支撑丝杠通过可拆装的转轴连接，角边模支撑丝杠的另一端与隧道的仰拱填充顶面支撑脚连接。

6.根据权利要求5所述的一种连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车，其特征在于，所述模板组的长度为9000mm；所述顶模由六块长度为1500mm的顶模板块组成，

所述顶模板块包括顶模面板、顶模拱板、顶模拱梁、顶模加劲肋板；所述顶模面板厚度为10mm、圆弧半径为5710mm、弧长为4800mm，所述顶模拱板是设置在顶模面板两端的12mm厚、200mm宽的钢板，所述顶模拱梁是设置在顶模面板中间的20a工字钢拱梁，在所述顶模拱板与顶模拱梁之间设有多条由75×50×5不等边角钢构成的顶模加劲肋板，所述顶模加劲肋板间距为346mm；

所述边模由六块长度为1500mm的边模板块组成，所述边模板块包括边模面板、边模拱板、边模拱梁、边模加劲肋板；所述边模面板厚度为10mm、圆弧半径为5710mm、弧长为7150mm，所述边模拱板是设置在边模面板两端的12mm厚、200mm宽的钢板，所述边模拱梁是设置在边模面板中间的20a工字钢拱梁，在所述边模拱板与边模拱梁之间设有多条由75×50×5不等边角钢构成的边模加劲肋板，所述边模加劲肋板间距为346mm；

连接顶模与边模的所述销轴的直径为36mm。

说 明 书

技术领域

本发明属于隧道施工设备，尤其涉及一种连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车。 背景技术

目前的高速铁路隧道、高速公路隧道绝大部分采用铁道部或交通部的标准设计图，采取统一的隧道结构形式和相同的半径，具有很强的通用性。《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010/J1149-2011）明确规定“软弱围岩及不良地质隧道的二次衬砌应及时施作，二次衬砌距掌子面的距离Ⅳ级围岩不得大于90m，Ⅴ、Ⅵ级围岩不得大于70m”，因此快速施工二衬和混凝土等强时间存在一个矛盾，混凝土强度不足不允许拆模，也就无法进入下一组施工。二次衬砌混凝土往往错台严重，由于新旧混凝土收缩情况不一致，因此很难避免错台现象。由于混凝土的搭接挤压，使搭接部分混凝土内部结构受到破坏，存在掉块隐患，危及运营安全，如果掉落在高速行走的高速列车或汽车上，将造成特别严重的后果。

目前已有的方案是在采取一套行走支撑作业平台配套相应的模板系统进行隧道二次衬砌混凝土浇筑施工作业，行走支撑系统与模板系统相互不可分割；这种系统的缺陷是：1、等强时间长，影响下一组衬砌施工；2、混凝土施工采取搭接，易产生错台和掉块现象；3、无法在同一隧道内同时使用多套模板施工，不能持续不间断施工，无法满足快速施工要求。 发明内容

本发明的目的是提出一种连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车的技术方案。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车，进行隧道二次衬砌混凝土浇筑施工作业，包括平台框架、行走装置、液压驱动装置、支撑丝杠组、模板组；所述行走装置安装在所述平台框架的底部，行走装置驱动平台框架沿隧道掘进方向行进；所述液压驱动装置和支撑丝杠组安装在平台框架上；有至少两组可沿隧道断面方向展开与收缩的所述模板组,收缩后的模板组的外轮廓尺寸小于展开的模板组的内轮廓尺寸、并能够从展开的模板组中穿过，每套模板组能够通过支撑丝杠组和液压驱动装置与平台框架连接，模板组由液压驱动装置驱动展开和收缩、并由平台框架携带行进，模板组在展开后能够与平台框架分离、稳定支撑在隧道内。

更进一步，所述行走装置是轮式轨道行走装置，行走装置设有两排车轮在沿隧道掘进方向铺设的轨道上行进。

更进一步，所述行走装置由电机驱动，所述电机经行星摆针式减速器调速、通过链条带动车轮转动；在行走装置中设有刹车装置。

更进一步，所述模板组包括顶模、边模、角边模，所述顶模、边模、角边模是具有弧形外表面的金属结构件，所述顶模与边模通过销轴方式连接，边模能够向隧道内侧方向折叠；所述边模与角边模通过销轴方式连接，角边模能够向隧道内侧方向折

叠；在所述顶模、边模、角边模两端部设有肋板，两组模板组之间设有定位销。

更进一步，所述模板组包括一块顶模、两块边模、两块角边模；所述顶模位于两块边模之上，顶模两端分别与一块边模的一端连接，每块边模的另一端与一块所述角边模的一端连接，边模位于角边模之上；

所述液压驱动装置包括四只升降油缸、四只伸缩油缸，所述升降油缸垂直安装在所

述平台框架的顶端，升降油缸的缸臂推动顶模在垂直方向移动；所述伸缩油缸安装在平台框架的两侧，伸缩油缸通过转轴与平台框架的侧面连接，伸缩油缸的缸臂与边模通过可拆装的转轴连接、并推动边模以与顶模连接的销轴为轴心转动；

有多组所述支撑丝杠组沿所述平台框架行进方向安装在平台框架上；每组支撑丝杠组包括三支顶模支撑丝杠、十二支边模支撑丝杠、两支角边模支撑丝杠；所述顶模支撑丝杠的一端通过可拆装的转轴与顶模连接，顶模支撑丝杠的另一端通过转轴与平台框架连接；每块边模与六支所述边模支撑丝杠通过可拆装的转轴连接，最下方的边模支撑丝杠的另一端与隧道的仰拱填充顶面支撑脚连接，其余五支边模支撑丝杠的另一端与通过转轴与平台框架连接；每块角边模与一支所述角边模支撑丝杠通过可拆装的转轴连接，角边模支撑丝杠的另一端与隧道的仰拱填充顶面支撑脚连接。

更进一步，所述模板组的长度为9000mm；所述顶模由六块长度为1500mm的顶模板块组成，所述顶模板块包括顶模面板、顶模拱板、顶模拱梁、顶模加劲肋板；所述顶模面板厚度为10mm、圆弧半径为5710mm、弧长为4800mm，所述顶模拱板是设置在顶模面板两端的12mm厚、200mm宽的钢板，所述顶模拱梁是设置在顶模面板中间的20a工字钢拱梁，在所述顶模拱板与顶模拱梁之间设有多条由75×50×5不等边角钢构成的顶模加劲肋板，所述顶模加劲肋板间距为346mm；

所述边模由六块长度为1500mm的边模板块组成，所述边模板块包括边模面板、边模拱板、边模拱梁、边模加劲肋板；所述边模面板厚度为10mm、圆弧半径为5710mm、弧长为7150mm，所述边模拱板是设置在边模面板两端的12mm厚、200mm宽的钢板，所述边模拱梁是设置在边模面板中间的20a工字钢拱梁，在所述边模拱板与边模拱梁之间设有多条由75×50×5不等边角钢构成的边模加劲肋板，所述边模加劲肋板间距为346mm；

连接顶模与边模的所述销轴的直径为36mm。

本发明的有益效果是：利用一套行走支撑作业平台配合多套可自稳的模板系统进行隧道二次衬砌混凝土浇筑施工作业，模板组可展开和收缩、并可与平台框架连接或分离，模板组展开并与平台框架分离后能够单独受力自稳，模板组收缩后可由行走的平台框架携带穿过展开的模板组、并与展开的模板组对接，可进行混凝土连续浇筑施工，实现多套模板的循环流水化作业，从而避免错台和挤压破坏混凝土现象，保证了混凝土施工的质量，提高了施工效率。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。 附图说明

图1是本发明主视图；

图2是本发明模板组收缩示意图；

图3是本发明侧视图；

图4是顶模展开图；

图5是顶模端面图；

图6是边模展开图；

图7是边模端面图；

图8是仅顶模受均布载荷作用力学模型；

图9是仅顶模均布载荷作用模板单元受力图；

图10是仅边模受均布载荷作用力学模型；

图11是仅边模均布载荷作用模板单元受力图；

图12是边模和顶模受均布载荷作用力学模型；

图13是边模和顶模均布载荷作用模板单元受力图。

具体实施方式

如图1、图2、图3，一种连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车，进行隧道二次衬砌混凝土浇筑施工作业，包括平台框架1、行走装置2、液压驱动装置、支撑丝杠组、模板组；所述行走装置安装在所述平台框架的底部，行走装置驱动平台框架沿隧道掘进方向行进；所述液压驱动装置和支撑丝杠组安装在平台框架上；采用三套可沿隧道断面方向展开与收缩的所述模板组,收缩后的模板组的外轮廓尺寸小于展开的模板组的内轮廓尺寸、并能够从展开的模板组中穿过(如图2所示)，每套模板组能够通过支撑丝杠组和液压驱动装置与平台框架连接，模板组由液压驱动装置驱动展开和收缩、并有平台框架携带行进，模板组在展开后能够与平台框架分离、稳定支撑在隧道内。

所述平台框架包括五个沿行走方向排列的门架1-1、1-2、1-3、1-4、1-5，在平台框架上设有操作平台1-6。

所述行走装置是轮式轨道行走装置，行走装置设有两排车轮2-1在沿隧道掘进方向铺设的轨道2-2上行进。

所述行走装置由电机驱动，所述电机经行星摆针式减速器调速、通过链条带动车轮转动；在行走装置中设有刹车装置。

所述模板组包括顶模3、边模4、角边模5，所述顶模、边模、角边模是具有弧形外表面的金属结构件，所述顶模与边模通过销轴6连接，边模能够向隧道内侧方向折叠；所述边模与角边模通过销轴7连接，角边模能够向隧道内侧方向折叠；在所述顶模、边模、角边模两端部设有肋板，两组模板组之间设有定位销。

所述模板组包括一块顶模、两块边模、两块角边模；所述顶模位于两块边模之上，顶模两端分别与一块边模的一端连接，每块边模的另一端与一块所述角边模的一端连接，边模位于角边模之上；

所述液压驱动装置包括四只升降油缸8、四只伸缩油缸9，所述升降油缸在所述平台框架第二门架1-2和第四门架1-4的顶端各垂直安装两只，升降油缸的缸臂推动顶模在垂直方向移动；在平台框架第二门架1-2和第四门架1-4的两侧各安装两支所述伸缩油缸，伸缩油缸通过转轴与平台框架的侧面连接，伸缩油缸的缸臂与边模通过可拆装的转轴连接、并推动边模以与顶模连接的销轴为轴心转动；

有五组所述支撑丝杠组安装在平台框架的五个门架上；每组支撑丝杠组包括三支顶模支撑丝杠10、十二支边模支撑丝杠11、两支角边模支撑丝杠12；所述顶模支撑丝杠的一端通过可拆装的转轴与顶模连接，顶模支撑丝杠的另一端通过转轴与平台框架连接；每块边模与六支所述边模支撑丝杠通过可拆装的转轴连接，最下方的边模支撑丝杠的另一端与隧道的仰拱填充顶面支撑脚13连接，其余五支边模支撑丝杠的另一端与通过转轴与平台框架连接；每块角边模与一支所述角边模支撑丝杠通过可拆装的转轴连接，角边模支撑丝杠的另一端与隧道的仰拱填充顶面支撑脚连接。

本实施例中，连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车的主要结构规格如下：

仰拱填充顶面距拱顶中心高度7523mm；

如图4、图5，顶模面板3-1弧长TL=4800mm，顶模面板圆弧半径TR=5710mm；顶模由六块长度TW=1500mm的顶模板块组成，顶模总长为9000mm；顶模模板厚度为10mm，每块顶模板块的两端设有12mm厚、200mm宽的拱板3-2，每块顶模板块的中心设有一条由20a工字钢构成的拱梁3-3，在所述拱板与拱梁之间设有多条由75×50×5不等边角钢构成的加劲肋板3-4，所述加劲肋板间距为346mm。

如图6、图7，边模面板4-1弧长SL=7150mm，边模面板圆弧半径SR=5710mm；边模由六块长度SW=1500mm的边模板块组成，边模总长为9000mm；边模模板厚度为10mm，每块边模板块的两端设有12mm厚、200mm宽的拱板4-2，每块边模板块的中心设有一条由20a工字钢构成的拱梁4-3，在所述拱板与拱梁之间设有多条由75×50×5不等边角钢构成的加劲肋板4-4，所述加劲肋板间距为346mm；

角边模面板弧长10mm，角边模面板圆弧半径5710mm；

连接顶模与边模销轴6和连接边模与角边模的销轴7的直径为30mm；

平台框架长度为9000mm；

行走装置驱动电机功率7.5kw，最大行走速度8m/min；

升降油缸行程为650mm；伸缩油缸行程为320mm。

模板组的数量依据隧道的开挖进度和安全步距确定。

连续作业翻模对接式隧道衬砌模板台车的工作方式是：

平台框架将第一组模板组送至设定位置，液压驱动装置将模板组展开，支撑丝杠组将模板组定位并固定在平台框架和仰拱填充顶面支撑脚上，进行隧道二次衬砌模注

混凝土施工，当二次衬砌混凝土浇筑完成、且混凝土达到初凝状态后，解除支撑丝杠组和液压液油缸与模板组的连接，平台框架与第一组模板组脱离，与隧道的仰拱填充顶面支撑脚连接的支撑丝杠继续支撑模板组保持自稳；

平台框架携带第二组处于收缩状态的模板组从第一组模板组内侧穿过，液压驱动装置将模板组展开并调整位置，通过定位销使第二组模板组与第一组模板组在端面对接，支撑丝杠组将第二组模板组定位并固定在平台框架和仰拱填充顶面支撑脚上，进行隧道二次衬砌模注混凝土施工，当二次衬砌混凝土浇筑完成、且混凝土达到初凝状态后，解除第二组模板组与支撑丝杠组和液压液油缸连接，平台框架与第二组模板组脱离，与隧道的仰拱填充顶面支撑脚连接的支撑丝杠继续支撑第二组模板组保持自稳；

按照相同过程将第三组模板组与第二组模板组对接并进行隧道二次衬砌模筑混凝土施工；

当第三组模板组的二次衬砌混凝土达到初凝状态、且第一组模板组的二次衬砌混凝土达到强度要求后，解除第三组模板组与支撑丝杠组和液压液油缸连接，平台框架与第三组模板组脱离，与隧道的仰拱填充顶面支撑脚连接的支撑丝杠继续支撑第三组模板组保持自稳；

平台框架后移至第一组模板组的位置，将液压驱动装置与第一组模板组连接、并支承第一组模板组，解除第一组模板组与第二组模板组对接定位销，解除第一组模板组与隧道的仰拱填充顶面支撑脚连接的支撑丝杠，升降油缸下行30mm、平台框架方向行进50mm，使混凝土脱模，然后收起角边模，伸缩油缸收回边模，升降油缸将顶模下降至平台框架支承，第一组模板组处于收缩状态；

平台框架携带处于收缩状态的第一组模板组从第二组和第三组模板组内侧穿过，按照上述过程将第一组模板组与第三组模板组对接并进行隧道二次衬砌模筑混凝土施

工；如此循环进行隧道二次衬砌施工。

液压驱动装置只作为脱模及调模使用，在浇筑混凝土时不作为受力杆件，支撑丝杠用于模板组的定位和支撑模板组承受混凝土浇筑时产生的压力。

本发明实现多套模板的循环流水化作业的必要条件是所述模板组的结构具有足够的强度和刚性，能够自稳定在隧道内支撑初凝状态的浇筑混凝土；同时，模板组的结构尺寸使其能够在收缩状态下穿过其它处于展开状态的模板组。

模板组的力学计算方法如下：

边模主要受混凝土浇筑的侧压力，顶模承受混凝土自重荷载，局部超挖荷载，施工荷载等作用。顶模受力远比边模受力复杂，对顶模受力进行检算，考虑面板与拱板、拱梁共同受力。采用10mm钢板，考虑二衬混凝土厚度50cm，混凝土自重按24KN/立方米计算，取局部最大超挖50cm进行检算，混凝土注入口附近的冲击力考虑注浆口处混凝土对模板的挤压力按47KN/平方米。通过检算，面板、肋板的强度及挠度满足要求，同时拱板强度和拱梁挠度亦满足要求。

混凝土浇筑中拱顶混凝土将灌注满时，需进行看模，避免混凝土浇筑过程中过大的挤压力造成模板破坏。

混凝土浇筑完成后模板强度的计算：

a) 假定混凝土浇筑后模板组立即与模板台车分离。

混凝土浇筑完成后，平台框架脱离模板，面板承担混凝土荷载及自身重量，拱板上混凝土自重荷载完全由拱板承担，边板承受混凝土侧压力，以此对模板进行检算。

将模板视为圆心以下固定，边模与顶模之间铰接，受垂直于面板方向均布何载作用，将模板受力情况简化为长度约1米的单元建立模型，则模板各部位承受的弯矩如图8、图9、图10，图11。

若仅考虑顶模受单位力作用，则模板各部位承受的载荷如图8，模板各部位承受的弯矩如图9；

在单位均布荷载作用下，计算模型中杆端内力值为 ( 单位均布荷载q = 1)

若仅考虑边模受单位力作用，则模板各部位承受的载荷如图10，模板各部位承受的弯矩如图11；

在单位均布荷载作用下，计算模型中杆端内力值为 ( 单位均布荷载q = 1)

通过上述两个计算模型，假定混凝土混凝土浇筑完立即拆除行走支撑作业平台，顶模主要承受混凝土重力，边模混凝土未凝固，主要受混凝土侧压力，因此顶模取1米厚混凝土的自重荷载q1=24KN/m²，边模取最大侧压力q2=51.5KN/m²进行组合，模板幅宽1.5米。

边模圆心处：M1=(24×0.8498+51.5×(-4.0633))×1.5=-283.29KN.m

边模中部4单元：M2=(24×(-1.9943)+51.5×0.6809)×1.5=-19.2KN.m

边模中部5单元：M3=(24×(-1.8675)+51.5×1.0818)×1.5=16.347KN.m

顶模中部：M4=(24×1.7043+51.5×(-1.3605))×1.5=-43.74KN.m

边模最不利截面在圆心高度处，最大弯矩283.29KN，顶模中心最大弯矩43.74KN.m，模板的惯性矩I=3970cm4,形心距Z=10cm

由此计算边模承受最大应力

σ=M.Zx/I=283.29×10³×0.1/(3970×10^-8)=713.6MPa > [σ]=170MPa，

混凝土浇筑完毕立即拆除行走支撑作业平台，则边模强度不能满足要求。

顶模中心最大应力为：

σ=M.Zx/I=43.74×10³×0.1/(3970×10^-8)=110.2MPa <[σ]=170MPa，

混凝土浇筑完毕拆除顶模，在拱部混凝土厚度1米情况下，顶模强度满足要求。

通过上述计算，混凝土浇筑完成后，不能立即拆除行走支撑作业平台，需要等待混凝土初凝。

b) 假定混凝土初凝后模板组立即与模板台车分离。

假定边模混凝土浇筑时间3～4小时，顶模混凝土浇筑时间3～4小时，顶模混凝土浇筑完毕后2小时行走支撑作业平台与模板脱离。混凝土初凝时间5小时，则行走支撑作业平台与模板脱离时，边模混凝土已经完全初凝，不再产生侧压力。假定边模、顶模全部都只承受混凝土自重，承受相同的均布荷载；则模板各部位承受的载荷如图12，模板各部位承受的弯矩如图13，计算模型如下：

在单位均布荷载作用下，计算模型中杆端内力值为 ( 单位均布荷载q = 1)

由此可看出边模最不利截面在圆心高度处，顶模最不利截面在顶部中心，计算边模、顶模最不利截面处的弯矩为：

边模圆心处：M1=24× (-3.2134)×1.5=-115.68KN.m

顶模中部：M2=24×0.3439×1.5=12.38KN.m

考虑模板的面板、拱板、拱梁及两侧6mm厚贴钢板共同作用，计算模板的惯性矩为：I=2370+1600+491+12.5=4473.5cm4

强度计算：

边模承受最大应力：

σ=M.Zx/I=115.68×10³×0.1/(4473.5×10^-8)=258.6 MPa

σ>[σ]=170MPa，

顶模承受最大应力

σ=M.Zx/I=12.38×10³×0.1/(4473.5×10^-8)=27.7 MPa<[σ]=170MPa，

由此的知，顶模在行走支撑作业平台脱离后强度满足要求，边模强度不足，需要提高边模板的刚度。

若考虑边模混凝土完全凝固，只受顶模混凝土自重传递的力的作用， 由前面计算可得。

单块边模承受最大弯矩为：Mmax=1.9943×1.5×24=71.8KN.m

边模承受最大应力

σ=M.Zx/I=71.8×10³×0.1/(4473.5×10^-8)=160.5 MPa<[σ]=170MPa

即不考虑边模承受混凝土荷载，仅考虑顶模传递荷载作用下，边模应力已接近极限应力。因此应提高边模的弯曲刚度。

挠度计算：

在单位荷载作用下，计算模型各部位的变形为：

则顶板最大竖直位移为：

δ=-0.00000033×24×10³×1.5=-0.01188m=11.9mm

连接销轴强度计算：

顶模与边模采用直径36mm的销轴连接，铰耳板采用16mm钢板，每块模板设3组铰耳，每组饺耳2块板，连接铰处荷载全部作用到销轴上，钢材的极限剪切应力τu=200MPa。

由前面模板内力计算中得出，连接铰处受到的切向力为：

Fp= -4.82470806×24×1.5=-173.69KN （切向压力）

法向力为：

Fs=0.618073×24×1.5 =22.28KN，

连接铰处的切向力和法向力对于间接铰均为剪力。

连接铰处切向、法向的合力为：

F=175.11KN

铰耳板上承受的剪力为：

τ=F/A=175.11×10³/（3.6×1.6×2×3×10^-4）=50.67MPa<τu=200MPa

销轴上承受的剪力为：

τ=F/A=175.11×10³/（3.14×1.6^2×3×10^-4）=72.61MPa<τu=200MPa。

铰耳和销轴强度满足要求。

通过检算：行走支撑作业平台在现已完成的门架基础上，立柱间在离地面4.3米高度处增设双I20a工字钢撑杆情况下，混凝土浇筑速度不超过2m/h，混凝土初凝时间为5小时情况下，结构满足要求；在浇筑混凝土过程中面板满足要求。

在混凝土浇筑完毕，行走支撑作业平台脱离模板时，须待混凝土终凝以后，并增大边模刚度保证施工安全。

角边模的受力面和截面尺寸大大小于边模和顶模，因此省略对角边模的力学计算。

根据计算结果，模板组在混凝土处于初凝状态后，具有满足要求的强度和刚性，能够自稳定在隧道内支撑初凝状态的浇筑混凝土；同时，模板组的结构尺寸使其能够在收缩状态下穿过其它处于展开状态的模板组，如图2所示。

《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010/J1149-2011）明确规定“二次衬砌在初期支护变形稳定前施工的，拆模时的混凝土强度应达到设计强度的100%；在初期支护变形稳定后施工的，拆模时的混凝土强度应达到8Mpa，拆模后应及时保湿养护”，混凝土强度增长与环境温度湿度等外界条件等有关，强度未达到要求，不得进行拆模，否则混凝土无法自稳影响结构受力，由于隧道空间的又很难同时满足2套以上模板台车施工，也就无法在未拆模的情况下进行下一组混凝土施工。混凝土施工时传统均是采取搭接施工，由于新旧混凝土施工的时间不同，因此混凝土的收缩变形亦不一样，易产生错台现象。混凝土采取搭接施工时，为了确保搭接密贴无间隙，必须在其上用液压油缸进行挤压受力才能达到要求，而搭接混凝土为局部混凝土，受力易产生内部结构破坏，从而可能发生掉块现象，从而危及运营安全。针对这些缺点，本发明实现了等强时间与下一组施工同时进行，实现流水化作业快速衬砌，彻底改变传统的混凝土搭接施工方法，避免因搭接引起的问题。

如果按照普通模板台车进行二衬施工每月正常指标为10组，每组为9m即90m/月，而采用本发明的模板台车进行二衬施工每月正常指标为15组，每组为9m即135m/月，即每月能比普通台车多施工45m，为正常工效的1.5倍，大大加快了施工速度和节约了管理成本，确保了隧道安全步距不超标。本台车可根据现场施工需要随时增加模板系统的套数，而普通得模板台车无法实现。另外普通模板台车存在破坏混凝土产生掉块和错台问题，而本台车能避免此类问题。