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衬砌台车制作工艺与质量控制李栋

发表时间：2020/5/6 来源：《基层建设》2020年第2期作者：李栋

[导读]

        中铁五局集团成都工程有限责任公司四川成都 610000
        近年来, 液压钢模隧道衬砌台车在高铁、公路、水利等建设领域的隧道施工中已经普及，采用衬砌台车施工可以有效提高混凝土衬砌质量，加快施工进度，降低劳动强度，提高工作效率的作用，随着隧道质量验收标准越来越高，对衬砌台车的加工制作尺寸精度和形位公差要求日益严格，如何改进台车的制作工艺，做好台车的质量控制工作成为台车制作过程中的关键。
        1、衬砌台车的设计方案
        衬砌台车的结构如图 1 所示,衬砌台车分为模板、台车大架部分（支撑体系），行走系统和液压控制系统四个部分组成。其中模板沿隧道断面一般分为 4 块, 两块顶模和两块侧模, 两块顶模之间采用螺栓连接, 顶模与两侧模之间用销轴连接。模板纵向方向根据板材尺寸一般为1.5米或者2米。顶模通过连接盒、小立柱上横梁固定在两根上纵梁上, 通过 4 个平移油缸、平移小车与门架横梁连接, 在使用过程中, 顶模只能左右和上下移动来完成对模; 侧模通过 4 个侧向油缸沿顶模铰接销轴旋转; 因此在模板加工过程中, 模板各个位置的连接尺寸要求精确，纵向各个模板直接的弧形与接缝要求精准无误，才可以最大程度保证二衬施工质量。
        台车大架部分是台车的主要受力结构，所以我们在制作过程中，保障台车门架支撑系统的强度、刚度、稳定性。台车大架部分主要采用螺栓孔连接，为保障装配应保障台车大架部分连接板钻孔的精度，除了要保证拼接时的尺寸精准外，还需采取一定工艺措施控制焊接变形。

        2、台车加工过程简介
        （1）台车模板制作工程为下弧形筋板、弧形筋板校正、弧形筋板打磨、筋板钻孔、顶模放样、连接板打磨钻孔、利用工装焊接焦耳、模板框架制作、台车对模、拼接方钢。其中弧形筋板下料、弧形筋板打磨，模板框架制作、台车对模是控制台车模板加工质量的关键工序，应着重进行卡控。
        （2）台车大架部分制作过程为材料下料、连接板钻孔或冲孔、工装放样、拼装固定、焊接、焊渣打磨。其中工装放样和焊接为关键工序，应着重进行卡控。
        3、台车加工质量关键工序控制要点
        3.1弧形筋板下料：目前普遍采用的是火焰切割机进行下料，为保证弧形精度，我们弧形筋板采用一次下料，吊装时应保证板在火焰切割机平台上平整，对拱起不平的现象要进行调整，钢板需要进行拼接的，应注意钢板拼接的平整。起火点的设置要求远离弧形筋板的工作面（即以后焊接面板的面），避免对筋板表面进行烧伤。一般选用0#割嘴，调整数控的割炬垂直于下料面，调整合适的火焰大小与枪距，下料时控制割炬行走的速度，过快则容易弧度变平直，过慢则容易融化筋板的边角，一般我们控制在500--600mm/min。
        3.2：弧形筋板的校正与打磨，弧形筋板由于钢板本身平整度加之下料时产生的热变形，下料完成后进行清渣，然后采用机械法校正，通常采用锤击法，校正后保证筋板平直，将筋板依次靠在放样完成后的桩点上，一台12米台车每组通常为16块筋板，对一组筋板进行焊接加固。为保证一组筋板孔眼位置一致，一组筋板要放到平台上一同钻眼，钻孔位置要避开连接盒位置。钻眼完成后，要对主筋板进行打磨，打磨筋板要以筋板一头为基准，以第一个孔与筋板角度的距离来控制基准线，用油漆笔划出基准线，并引到筋板侧面。每隔50mm用石笔划一条直线，要保证每个连接孔上部都有划线，并用角尺靠出高低位置，并对较低位置进行电焊加高。然后进行打磨，打磨以每隔50mm的点位都打磨光滑为基准，这一步比较费工费时，但是也是至关重要的一步。
        3.3 模板框架的制作，模板压制前，先复核模板面板的尺寸，长宽与对角线，误差控制在1mm以内，在面板上划出天窗位置，钻出天窗四个孔，在平行模板方向用半自动跑轨机切割天窗位置线，由于天窗位置切割工艺直接决定了天窗质量的好坏，切割天窗时必须采用割嘴孔眼为0.5mm的00#割嘴，调整好火焰，控制切割缝隙小于1mm。在面板上划出连接焦耳槽钢位置线，角铁位置线，角铁焊接位置线，压板时以主筋板打磨基准线为起点，压制过程中应严格注意，主筋板与面板边沿一致，不得有筋板突出面板现象，并时刻用角尺控制筋板与面板的垂直，筋板与面板接缝不得有未压实现象。
        3.4 台车对模是将台车顶模与侧模拼接到一起，首先根据地上放样的台车弧形，和侧模与顶模组成的弦长定出侧模与顶模位置，并用角铁或小钢板电焊在工作台上定出位置，放样时侧模位置往内收50mm，这样在实际使用中，侧模与顶模接缝更加严实，衬砌质量也更高。侧模与顶模对好位置以后，采用，焊接侧模焦耳，侧模焦耳受力较大，所以焊接质量要求高，焊缝高度保证12mm以上。侧模与顶模接缝位置有错缝，毛边等要进行打磨。此处应严格检查天窗位置、天窗方向、注浆孔位置、角铁焊接方向是否正确，天窗接缝和模板接缝位置是否如有错缝应处理完毕。加强角铁和加强筋等要焊接良好，如有漏焊虚焊要进行补焊。
        3.5 台车工装放样是将大架部分同样尺寸的产品，制作共用的工装来卡控尺寸，由于大架是以螺栓连接为主，螺栓孔的中线是我们放样的基准线，工装架设立好后，我们应严格校核工装架的尺寸距离，平面位置、两块连接板之间的平行度，垂直部件还需效验垂直度。工装应进行有效加固，防止由于碰撞等产生移位。
        3.6 台车焊接质量控制，钢结构制作过程中，焊接应用的非常广泛，二衬台车焊接量大，强度要求高，我们优先选用二氧化碳气体保护焊接，二氧化碳具有焊接引弧性能好、速度快、操作简单、焊接质量好等优点。台车焊接过程中，一是保证焊接的强度，二是控制焊接热变形。保证焊接强度从控制焊缝高度，提升焊接质量入手。焊接电压与电流需调整匹配，主要受力部位不得采用立向下焊。焊接变形控制首先我们从设计方案入手，尽量采用型材替代板材的拼接，保证强度的同时，减少焊接数量，焊接的位置优先设计在结构的中性轴附近，焊缝优先对称布置，抵消部分焊接的变形。其次焊接的构件长度较长时，通常指焊缝超过1米时，如图2所示，我们改变焊接顺序，采用偶数焊工对称焊接的方式，同时施焊，使两侧受热均匀，抵消焊接变形。必要时可以采用机械校正或者火焰加热校正方法来进行校正。

        图2
        4、新工艺、新设备在衬砌台车在衬砌台车制作中的应用
        目前我们普遍采用的是火焰切割机或者等离子切割机进行下料，较为先进的工艺已经引进了激光切割机下料，光切割机是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹做相对运动，从而形成一定形状的切缝。激光切割工艺具有切割精度高、切缝小、变形量小、切割面光滑等优点。采用激光切割下出来的材料精度可以极大提高，接缝更加美观，有效的提升隧道二次衬砌质量，也可省去校正和打磨花费的大量人力物力。