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模板台车的现状与研究
煤科总院北京建井研究所 龙志阳
摘 要 全面介绍了模板台车现状，对现有模板台车进行分析对比，针对现有模板台车存在的问题，提出一种结构简单，性能可靠，操作快捷，重量轻，成本低，适用于各种断面的多功能模板台车
关键词 隧道 模板台车 多功能
一、国内外模板台车概况
1.国外概况
国外从50年代开始研制使用模板台车，一般大型水电隧洞，铁路、公路、隧道和城市地铁多采用模板台车，例如，日本、意大利、美国、英国均大量使用。
80年代以后，除少部分小型隧洞外，不同的洞型（园形、马蹄形、方园形）不同的断面尺寸（从f3m~f14.5,6´8.44m~17.5´23m）基本上都使用模板台车。浇筑工艺实现了机械化作业。
国外大型隧洞砼衬砌多采用模板台车，浇筑速度较快，如曼格拉。条隧洞，直径9.15m ，每个工作面配两套长9m模板台车平均月进尺118.3m，最高周进尺达73.2m，最高月进尺170.4m。苏联英古里电站引水遂洞，内径f9.5m，分二层开挖，顶拱砼月进尺为60m，边墙砼月进尺为120m，边顶拱一次浇筑时月进尺为120m，底部反拱砼浇筑月进尺达300m。
1）我国从1978年改革开放后开始引进国外模板台车设备及技术，1983年在京广大瑶山隧道引进日本105m3大断面模板的台车衬砌砼，该台车为穿行式，长8m，重约100t。而后，他们仿制了许多隧道模板台车，断面从30~80m2。
2）全断面针梁模板台车在鲁布革水电工程中首次应用，是日本承包商承建该工程的引水隧洞，衬砌砼时采用针梁模板台车，直径8m，后经学习、消化，研制出国内第一台全断面针梁模板台车，f5.8m´9m，成功地运用于鲁布革尾水洞混凝土衬砌。十余年来已积累了较丰富的经验，先后制造了f8m´12ｍ、f9m´12m、f9m´15m、f9.7m´15m等多套、多种直径的针梁模板台车，分别在方蓄等工程建设中发挥了重要的作用。
我国隧洞砼衬砌施工方法有：全断面一次成型，先浇底拱后浇边顶拱；先浇边顶拱后浇底拱；先顶拱后边墙及先边墙后顶拱等。园形隧洞使用模台车进行边顶初砌，有映秀湾引水隧洞，渔子溪一级引水隧洞，碧口泄洪洞，小浪底导流隧洞采用边顶拱一次浇筑。最大的为小浪底导流洞，尺寸为f14.5m，湖南黄岑引水隧洞（f3.2m），白山电站引水隧洞（f7.5m）使用拉模进行全面衬砌，平均拉滑速度为1.5m~2.0m/d。鲁布革电站引水隧洞，首次使用针梁式模板台车进行全断面一次浇筑，针梁模全长38m，每移动一次浇筑15m，平均月进尺达167m，最高月地尺270m。自鲁布革电站使用针梁式模板台车以后，很快在全国各工程中推广。目前已使用这种模板台车的洞径从4m~9.5m，针梁式模板台车的构造见图3-1。隔河岩引不隧洞使用的针梁模板台车，为我国目前已使用的最大直径针梁模板台车，直径为f9.5m。
3）北京地铁隧道在复八线施工中研制了新型穿行式分体模板台车，台车分4节，共长8m，一套液压脱模机构每次脱模1节2m，分4次移至下段立模，浇筑，每个衬砌循环在3天左右。浇筑的混凝土衬砌质量成型好。
二．国内模板台车使用情况分析
1．针梁式模板
针梁模板台车主要由三大部分组成：模板组、针梁、驱动装置。其原理为：由模板组提供衬砌模面，当模板组就位并完成这一个浇筑段后，模板组就向另一个工作面转移。先由驱动装置提供动力，针梁就可以向前（或向后）移动，这时模板组嵌在混凝土内，而针梁相当于一辆导轨车在模板里滑行换位；然后固定针梁，移动模板组。这时，针梁相当于简支梁，而包裹住它的模板组当于一辆跑车，在针梁导轨上滑行，从而实现模板的转移。
圆筒形的全断面模板组分为4块，每块之间用活动铰连接，模板在支撑调节机构的操纵下收启，以便脱离混凝土衬砌面，并且保证有足够的间隙使模板组表面和混凝土面上发生磨擦。
驱动装置实际为一双向同步卷扬机构，它固定在模板组里，通过针梁两端的转向滑轮由钢丝绳传输动力。
总之，针梁模板台车是靠针梁与模板组之间的相对位移来实现工作面的转移，全断面一次衬砌成形。衬砌表面光滑，成形好。它特别适应在圆形长遂洞快速施工中使用，广蓄电站尾水洞（f9.0m）曾创月浇筑洞长150m的纪录。已广泛运用于各水电工程建设中。
砼全断面一次衬砌成型针梁模板台车是日本国大成公司在承担鲁布革水电站引水系统工程时引入我国的施工设备。它的诸多优点很快就得到业内中国企业欢迎。
从针梁模板台车的实际使用情况看，它的应用洞径范围为4~10m，超出10m洞径、其针梁结构重量增长很快，使得其经济性下降，而小于4m的洞径采用针梁模板台车，其结构布置较为困难，操作空间更见狭小，因此也不常见。
针梁模板台车在推广应用的过程中，水电十四局、葛洲坝集团公司、水电六局对其结构均作了专门改进，使之或更先进，或更经济。
十三陵抽水蓄能电站尾长隧洞砼衬砌施工采用全断面针梁式模板台车。模板台车直径5.2m，全长12m，共分8段，每段长1.5m，可组成 6m， 9m和12m运行。砼衬砌厚度0.3m~0.8m，模板左右浇筑砼允许高差为0.8m。
模板台车每段由一块顶模，两块边模和一块底模组成一个圆形，用螺栓联成整体。在底模上设有矩形梁框，针梁就穿在梁框中，承受模板台车的自重和浇筑砼过程中产生的上托力和侧压力。
边模和底模采用轴联接，顶模与边模一侧采用螺旋推拉杆联接，用手动棘轮搬手操作。
针梁全长 32m，由三段组成，最大支承跨距 27m，采用双工字形板梁结构。两工字梁之间采用可拆卸的小片桁架联接，针梁主要供模板的定位、承载、脱模和运移之用。承受垂直荷载，当模板两侧砼浇筑出现高差时还要承受侧向荷载。在针梁的两端设有可以升降和左右移动的枕垫，供支承针梁承载和底模脱模之间。在针梁内设有电动的针梁模板牵引装置。
城门洞型、马蹄形的导流洞、泄洪洞、尾水洞等，用模板台车衬砌居多。洞宽10m以内，一般考虑整体式模板台车，即模板与台车一体，机械行走，全液压立模，边墙顶拱砼一次衬砌。如洞轴线较长，亦可采用分体式模板台车，即模板与台车分体，台车穿行，如紧水滩导流洞。洞宽15m，边顶拱采用桁架式可变曲率模板台车，下部高边墙采用模板台车，因台车用液压缸撑开收扰边墙板其状犹如张开的蝴蝶翅膀，故名早曰蝴蝶模台车。
模板台车往往结构庞大，造价不菲。如天生桥一级水电站导流洞采用修正马蹄形断面。洞宽13.5m ，设计的整体式液压模板台车一次衬砌长度12m，重量 200t，又如大朝山水电站导流洞为城门洞型，15´18m，模板一次衬砌长度12m，采用全液压（含行走系统），单套重达250t，根据目前的造价计，其价格都在 200~300万元人民币之间，其费用需在砼单位中摊销往往是困难的。因此，这就引发了几个问题：第一、必须千万百计降低台车重及制造成本，这对于衬砌长度短的隧洞施工尤为重要，水电六局在吉林安图县境内承担的两江电站泄洪洞，洞身长300m，其中有压段长130.1m，断面为标准城门洞型段长108.6m，衬砌半径 4.4m，边墙高4.4m，一般衬厚0.6m，显然，采用先进的模板台车在成本上难以消化，因此设计了结构简单，易于加工，适应性强，造介较低的钢木混合桁架式轻型模板台车。第二、为使模板台车实现二次或多次应用，应加强洞型与断面尺寸的规范化标准化设计，同时，模板台车的设计应向标准化，积木化方向发展，单台模板台车设计应考虑其应用的洞室尺寸有一定的覆盖范围，以便稍作修改，就可获得二次使用的机会。第三、组建模板台车专业公司，专业公司应全面考虑模板台车的系列化、标准化、积木化、工具化，从而可以将我国水电行业隧洞模板台车技术提高到一个新的水平。
3．穿行式模板台车
3．1穿行式模板台车的原理与结构 穿行式模板台车的结构见图8-4。穿行式车通常由模板台车、台车与外部支撑三大部分组成。其原理是：台车穿行至第一段模板顶收缩边顶模；台车背负边顶模穿行至第二段模板上，其悬伸吊梁收拢第一段模板的车穿行至末段模板上，悬伸吊梁将第一段模板的底模送出安装就位，台车穿行至（新的位置）第一段模板的底模上，用千斤顶将边模撑开、安装就位，如此循环完毕，拆除与安装。
模板沿洞轴线方向的长度可根据洞轴线、施工工期、砼供料、钢筋绑扎能力综合板沿向分为边、顶模、底模，顶模通常为一块，边模两块，边顶模用活动铰联接据洞宽及台车结构布置可设计为一块，亦可为两块，底模上设有台车行走的轨道。
台车为门式结构，一般布置有台车机机械行走系统，千斤顶操作系统，悬伸吊梁车行走系统，外部支撑用于模板安装固定，并承担传递砼浇筑时的施工荷载。
三．模板台车研究开发
1. 新型模板台车的必要性
模板台车是铁路、公路、引水隧道、地铁隧道等工程中用于永久支护施工的关键设备。据统计全国铁路隧道到1998年底已达4000km，目前以每年100多公里速度建设，另外公路、水电引水、城市排污和地铁隧道等工程发展迅速，预计每年各类隧道工程在500 km左右，这些隧道永久支护主要是现浇钢筋混凝土和素混凝土，根据施工经验平均每1 km需要加工制造一台套模板台车，因此每年使用模板台车约400~500套，我国隧道砼衬砌施工方法分为：全断面一次成型，边顶底拱分次成型二种形式。由于各类隧道用途不同，隧道断面在20~100m2，模板台车长度 6~18m，重量在30~200 t。模板台车属于非标产品，每套模板台车都需要根据隧道施工情况单独设计加工。
国外从50年代开始研制使用模板台车，一般大型水电隧洞，铁路、公路隧道及城市地铁多采用模板台车，例如，日本、美国、意大利、英国等均大量使用。我国从1978年改革开放后开始引进国外模板台车设备及技术，1983年在京广大瑶山隧道引进日本105 m2大断面模板台车衬砌砼，该台车为整体式，长8m，重约100t。
我国目前使用的模板台车形式有三种：针梁式、整体式和穿行式。主要存在的问题是：
1．结构比较复杂、操作繁锁、重量较大（单位立模面积用钢180~300kg/m2）成本高。
2．模板台车承担混凝土浇筑荷载不合理，模板分为多块，用2~4个铰接构成一体，模板本身刚度小，整体式和针梁式模板台车主要靠台车和针梁承担衬砌混凝土浇筑荷载。无疑增加了台车和针梁重量。
3．脱模、运输和立模操作繁锁，特别是前端面封堵用小木版拼块封堵，费工费时，没有从根本上解决漏砼浆问题。
4．模板台车对中定位困难，有些需要打外部支撑，由于脱模、运输和立模慢，施工一个循环，一般在2~4天，为保证月衬砌进尺，只能增加模板台车一次衬砌长度，目前国内最长为18 m，因此又增加了重量和成本。
5．针梁式和穿行式模板台车，可以完成圆形全断面一次跷注砼，但是这两种模板台车在整个隧道开挖完成后方可衬砌，不能实现开挖与灌注平行作业。
2.模板台车结构形式和工作原理
2．1 结构形式
以全圆模板台车为例，模板台车包括模板主体和台车，台车由台车架体、迈步行走机构、前后支撑环、封堵环组成。模板主体由数段弧形模板块组成环状，模板在圆周上只设一个伸缩搭接缝，靠一组伸缩液压缸将整个模板主体直径收缩变小或变大恢复，从而实现脱模、立模。台车架体包括四根纵向支撑梁，分别连接前后支撑环，在上层梁设有工作台可完成绑扎钢筋。另有一个液压泵站和集中控制柜、操作整个模板液压系统。前端支撑环有数个液压缸微调装置能达到快速对中找正，确保模板一次到位浇注。台车的前端支撑环上有数个封堵气囊，充气后迅速将支撑环与岩壁密封，防止混凝土外泄，确保衬砌浇满。模板台车结构见图4、5所示。
主要技术指标：
小型 中型 大型
1.适用断面m2 20～30 40～60 70～100
2.模板台车总长度m 6～8 6～10 8～15
3.模板台车重量 t 30～40 50～60 70～100
4.衬砌混凝土厚度mm 200～400 300～600 400～800
5.气 压 MPa 0.6 0.6 0.6
6.油 压 MPa 32 32 32
2．2 工作原理
立模、灌注 、脱模、绑扎钢筋、移动模板到新位置。模板台车衬砌施工工艺如图6所示。
(1)第一段衬砌 （2）脱模移动端头封堵环 （3）第二段衬砌 图6模板台车施工工艺示意图；
1—砼衬砌短 2—端头封堵环 3—模板 4—台车车架 5—砼浇注口 6—砼输送泵
上述多功能模板台车在使用时，衬砌工艺步骤做进一步的说明。
1） 立模浇注
待开挖、清理衬砌段和绑扎钢筋后，首先立模，将前端支撑环按衬砌位置对中找正撑紧，伸缩液压缸将整个模板主体直径变大恢复衬砌尺寸，伸缩口定位置将模板锁定，以次浇注下部、两侧和拱顶。
2） 移动台车架体到衬砌位置
在模板主体未脱模前先将前后支撑环收缩，用迈步液压缸以模板主体为根基，推动台车架体移动到下一个衬砌位置撑紧。待砼达到脱模强度时
3） 绑扎钢筋
台车架体四根纵向支撑梁，分别连接前后支撑环，设有工作操作台可完成绑扎钢筋。
4） 脱模移动模板主体到衬砌位置
完成绑扎钢筋后，待砼达到脱模强度时，以台车架体为根基，用迈步液压缸拉动模板主体位置。
3.1先进性
1）模板台车衬砌作业稳定，实际砌筑砼支护效率高，简单可靠，其本身结构性能有创新。并且有较高的作业效率。立模、脱模、移模快捷，衬砌速度较现有模板台车提高1/3以上。
2）利用弹性变形脱模，能大大增加模板刚度，减少液压系统用液压缸数量，操作简单，新型端头封堵，能保证支模快，密封性能好，是国内第一次用机械化封堵端头。
3）投资少，适应性强，结构简单，比原有台车重量轻1/3，适用于中小型断面平巷，一般煤矿和施工单位均有能力加工使用，便于在国内大量推广使用。
4）可实现立模、脱模、移模全部机械化，浇注由砼输送泵来完成，因此支护工作基本没有重体力劳动，大大减少工人劳动强度。
3.2 创新点
1）模板由数段弧形模板块组成圆柱形钢筒结构，强度高、刚度好，承载能力强。
2）模板在圆周上只设一个伸缩搭接缝，靠一组伸缩液压缸控制模板收缩和伸展，实现快速脱模、立模。
3）台车架体设有工作台，便于浇筑振捣和绑扎钢筋。实现一套模板台车完成绑扎钢筋和衬砌混凝土两种功能。
4）端头采用气囊封堵，并设有数个液压缸微调装置能达到快速对中找正。
5）由于本模板台车中间留有空间，通过浮轨能实现开挖与灌注平行作业。
四、 结束语
全国九届人大三次全会通过加快西部大开发的决议，目前主要重点是基础设施建设，包括铁路、公路、、引水隧道、电讯、城市排污工程等建设，由于西部省市大部分是山区，预计各类隧道工程量急骤增加，每年使用模板台车有1000套左右。是千载难遇好机会，因此我们必须加快力度使模板台车专利技术尽快转化成生产力。为煤炭科学研究总院北京建井所（北京中煤矿山工程有限公司）今后从事隧道和平巷施工中利用多功能模板台车的技术和产品奠定基础，以提高投标技术含量，增加投标中标率，并且确保隧道施工速度和质量。
目前煤炭系统所属施工单位有50家具有施工隧道能力和急需模板台车技术进行隧道施工，铁路、公路、水电、城建系统也需要新的模板台车技术提高隧道施工速度和质量，因此这种新型模板台车研制是有巨大市场前景。
另外随着我国煤炭开采深度加深，许多矿务局的深部开采接近千米，如新汶、淮北、淮南采区巷道受采动压力不断增加，巷道维护，越来越困难，有些岩道要修复几次，利用原来锚喷支护加大厚度来抵抗来压，已出现回弹率高，锚喷砼质量难控制等问题新开采模板台，改变支护材料和形式是一个解决深井巷道的一种有效办法，通过科研，生产单位相结合的方式来研制新型模板台车，必将模索一条解决深井巷道支护的新途径，全国每年煤矿岩巷掘进大约1500公里，如果10%采用模板台车浇砼其产生的社会经济效益将会更大。。
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