“变形金刚”隧道衬砌显优势

陈慕蓉

图为新型台车在铜玉铁路铜仁一号隧道施工中大显身手。 李燕军 摄

“通过设备和工艺的革新，你们一举解决了多年来隧道衬砌施工质量、安全、进度的三大 ‘痛点’。你们的‘变形金刚’太厉害了１日前，几位来到中铁二十二局集团铜玉铁路项目部的参观者对项目部隧道施工质量赞不绝口。隧道衬砌表面光滑平整，即便是 “老大难”的变截面衬砌施工也是如此。一位老技术员说： “干了这么多年的隧道，我还是第一次看见这么漂亮的。”

“变形金刚”是项目部采用自行研制的铰接式多功能变截面隧道衬砌台车 （以下称 “新型台车”）。这项创新成果突破了多年来我国高质量衬砌台车靠进口的瓶颈，获得国家实用新型技术专利和国家发明专利。

目前，铜玉铁路项目部投入16台新型衬砌台车，已完成16.57公里的隧道衬砌施工。运用新型台车施工，包括变截面段在内的所有衬砌都能一次成型，无需后期装修便可达到“内实外美”的质量要求。项目部承担施工的隧道因此成为了全线高标准施工的亮丽名片。去年8月，业主组织全线设计、监理、施工单位在项目部召开了现场观摩会，“没想到”“变革”“巨大突破”成为观摩会上出现频率最高的词汇，大家希望对他们的创新成果予以推广。

衬砌是隧道开挖工序完毕后，为防止开挖段变形或坍塌，用混凝土等材料修建的永久性支护结构。作为隧道二次衬砌不可或缺的设备，质量要求高的隧道施工多采用进口台车，价格昂贵、备件采购周期长、维护保养成本高、故障维修不便，并且只能适应一种隧道尺寸，不能重复使用。

工欲善其事，必先利其器。集团沪昆高铁工程指挥部同样深受台车弊病困扰。机械制造专业出身的指挥长司尚荣迸发出一个大胆的想法：为什么不自己制造出高品质的台车呢？得到集团领导的支持后，由司尚荣牵头的项目技术班子、经验丰富的现场施工员、外聘的机械设计专家以及台车生产人员组成的技术攻关小组成立。

2012年4月的一天晚上，指挥部会议室里灯火通明，长长的会议桌上摆满了图纸和数据。从分析国外先进台车的结构图开始，结合隧道施工图和施工工艺，运用结构力学、材料力学等方面的知识，他们一点点开始啃这块硬骨头。

据分管沪昆高铁项目物资设备的副指挥长蔺清君介绍，为了不影响白天正常施工管理工作，他们尽量选择晚上进行台车的革新研讨。司尚荣等人提出了台车的设计改革思路，设备专家进行各类数据测算。经过50多次的反复论证，他们从6个方案中比选敲定了最终的台车设计方案。3个多月后，每天近20小时的连轴转没有白费，他们完成了铰接式多功能变截面隧道衬砌台车的设计制造。

2012年8月，新型台车投入试点使用。一年后，除施工中人为因素外，台车各构件节点无开焊、脱缝掉栓现象，面板无翘鼓塌陷，台车行走未发生任何扭曲掉道，所有衬砌施工未发生任何变形跑模现象，拼缝连接成环，无漏浆、错台。新型台车首战告捷。

在铜玉铁路项目部，新型台车展现出了它最大的创新优势——变截面衬砌施工。以往的台车模板尺寸固定，隧道截面一旦变化，就得重新定制台车，而新型台车的变截面设计将模板变为7块，通过更换不同宽度的中间模板，调节两侧支撑丝杠，便能适应5.5米至6.8米范围内各种隧道断面的衬砌施工且一次成型，截面交界处过渡自然，外观圆顺。

新型台车的稳定性和安全性尤其受到现场作业人员的好评。“在衬砌混凝土灌注过程中，台车要受很大的力，容易被压垮。这种新台车我们用了两年多了，罩得住，我们蛮有安全感的１有近10年隧道二衬施工经验的夏小居告诉笔者。这得益于新型台车的结构设计。设计团队通过建立合理的受力模型及科学的受力计算，让新型台车的支撑结构由门式刚性台架改进为三角形柔性台架，针对模板拱顶范围、起拱线附近、边墙底部等不同的受力位置确定不同的用钢设计，使台车自重减轻，抗压力提高3倍以上；在三角支架顶部最大受力处设置了横撑，强化模板的局部刚度，防止模板产生变形。另外，新型台车液压驱动可根据监测压力调整灌入混凝土的分配比例，保持结构受力平衡，使左右两侧的灌注量基本相同，消除偏压造成跑模或错台等质量缺陷，避免发生顶部模板受压变形甚至被打塌的现象，为台车安全性提供了多重保障。

据介绍，新型衬砌台车将加工生产周期和现场拼装速度提升了65%，二衬浇筑工效提高了30%，台车自重降低近25%，制作成本降低17%，运输成本降低50%。

司尚荣从另一个层面介绍了新型台车的价值和意义。新型台车每台可节约钢材用量25吨，如果按照全国每年新建隧道5000公里计算，则每年全国台车生产可节约钢材12.5万吨。台车重复使用一次可以再节约钢材37.5万吨。 “目前，国内台车制造行业标准尚未出台，我们将变截面模板及其他构件设计为标准件，通过实现集约化、标准化生产，减少分散式小作坊生产的浪费和产品残次，不仅具有良好的经济效益，还符合国家节能减排的政策和环保设计的发展趋势，如推广应用，很可能带来衬砌台车行业的变革，意义重大。”司尚荣说。