随着我国隧道建设需要不断增加，对隧道施工质量、效率、经济效益及美观提出更高要求。不论是铁路隧道还是公路隧道主要衬砌类型都是复合式衬砌(初期支护+防水层+二次衬砌)，二次衬砌既要承受隧道荷载又要为隧道安全运营提供保障，其施工质量尤为重要。而二衬在施工过程中由于台车选择原因会使其出现错台、不平整、背后空洞、注浆不饱满 ^[1]等问题，使得二衬质量大大降低。与此同时，对施工效率和经济效益的要求，使得传统模板台车的弊端更加明显，如有轨台车地形适用范围小、木端模繁琐的施工步骤、台车钢面板易锈蚀、耐久性差等，都会降低施工效率。

　　 为解决以上问题，采取对台车进行受力分析及优化的方法与技术 ^[2,3]。本文依托广东省南昆山隧道全液压无轨衬砌台车 ^[4]，从台车容许应力反算注浆工艺理论上所能达到的最大注浆压力建立台车二维模型，对实际注浆压力下台车的强度和变形进行校核，并提出台车端模加固措施，包括双铰式钢端模、复合式钢面板 ^[5]等，为二衬施工在理论上的支撑和实际工程中的可操作性提供了保障。

　　 南昆山隧道为分离式小间距3车道公路隧道，隧道坡度0.6%～2%，采用无轨式液压行走隧道衬砌模板台车，模板采用全液压操作，利用液压缸支(收)模板，机械丝杆机械固定，该台车行走方式结构简单，操作简捷，行走平稳精确，且能适于大角度纵向坡度隧道施工;台车平移空间更加灵活，不受平移油缸行程大小限制。

　　 衬砌台车宽15.688m、高8.175m、长12m，由行走系统、门架系统、钢模板、加固系统、液压系统等部分组成，具体如图1所示。模板由螺栓连接顶模和侧模组成，纵向分为6片，每片宽2m，面板采用10mm+2mm复合型钢板。台车门架设计共6榀，间距为2.28m，由双层门架横梁、上下纵梁、门架立柱、门架立柱连接梁、剪力架等部件组成，门架支承于行走轮架上，下纵梁安装基础顶撑。衬砌施工时，模板作为直接衬砌混凝土的部件将混凝土荷载传递到门架上，再传递到下纵梁，并分别通过行走轮和基础顶撑传至地面。

　　 面板强度、刚度与模板角钢刚度影响二衬浇筑质量，从而影响结构安全，因此对面板强度、刚度及模板角钢刚度进行校核，由衬砌台车的面板所能承受的刚度容许值，简化面板，选取二维基本模型计算面板在拱顶带模注浆时的安全性。校核模板角钢间隔是否满足要求，以保证注浆窗口密封和刚度，达到安全注浆要求。

　　 每块模板宽2 000mm，纵向加强角钢间隔250mm。根据实际结构，面板计算模型简化为四边固定模型，如图2所示。

　　 式中:α为比例系数，此时a/b=200/25=8，α取0.5;t为面板厚，t=1.2cm;b为角钢间隔宽度，b=25cm;[σ]为容许最大应力，[σ]=1 300kgf/cm²(1kgf/cm²=0.098 066 5MPa);q为混凝土自重中加0.5MPa的外荷载，取值5.507kgf/cm²。

　　 得到:

　　 面板满足强度要求。

　　 刚度模型与强度模型相同，如图2所示。

　　 公式如下:

　　 式中:β为比例系数，此时a/b=200/25=8，β取0.028 4;E为弹性模量，A3钢板取E=1.96×10⁶kgf/cm²;[ω]为法向容许最大位移，[ω]=0.033cm。

　　 得到:

　　 面板满足刚度要求。

　　 按简支梁计算。对钢模板本身和台车整体结构分析可知，2 000mm宽面板所受的荷载经由弧板传递到门架主体，所以对钢模的弧板做受力分析。

　　 公式如下:

　　 式中:q为混凝土自重+0.5MPa外荷载，取值5.507kgf/cm²。

　　 得到:

　　 由[σ]=1 300kgf/cm²，可得:

　　 通过计算可知，角钢间距≤373cm即可。

　　 一般的衬砌台车是木端模或钢木模组合型端模，当采取拱顶带模注浆时，木端模仅能提供约0.2MPa侧向压力，而与拱顶带模注浆设计的0.8MPa压力相差较大。端模处的混凝土会因木模不能提供较大的侧向压力和较多的拼接缝隙产生破坏。另外，破坏的端模混凝土会让注浆材料与外界贯通，造成注浆效果达不到预期效果。而较小的注浆压力既不能修复端模处混凝土的孔隙，也不能填充满二衬混凝土背后的孔洞。因此，为能使拱顶带模注浆产生较好的效果，对端模进行优化加固十分必要。

　　 本文提出2种衬砌台车加固措施，一种为对已经使用钢、木模组合型端模的衬砌台车进行改造，另一种为采用无轨行走台车。

　　 目前，国内大多隧道台车形式为木端模台车，然而木端模台车施工繁琐、效率低下，与之相比，钢端模台车施工便捷、效率高。

　　 就隧道环向施工缝止水带的安装来说，传统木端模台车止水带的安装总体来看较简单，制模简单但存在以下问题:(1)止水带固定不牢固，易出现漏浆现象;(2)木端模止水带安装需钢筋夹，不同施工单位对钢筋夹使用方法不同，有的甚至为加快施工速度，直接将止水带架在二衬绑扎钢筋上，导致止水带发生错位、扭转及不居中等问题，且施工不便;(3)拆模后不美观，止水带的错位、扭曲会影响止水带的防水效果。以上问题皆会影响止水带安装效果，造成安全隐患。钢端模衬砌台车通过合页固定中埋式止水带，再通过安装端头模板并加固可解决以上问题。

　　 另外，在施作二衬混凝土前的立模过程中，木端模通过木板将端头封闭，施工时间长，施工过程繁琐，效率低;与之相比，钢端模只需在两端头适当位置安装模板保证端头封闭性，时间短、效率高，所需人力少，相对经济。

　　 目前，国内台车行走系统主要有有轨和无轨2种形式。有轨行走台车在台车移动过程中会出现轨道偏移，从而使台车定位不准确，且修正困难，给施工带来诸多不便。与之相比，南昆山隧道采用无轨台车，其主要包括行走系统、门架系统、钢模板、加固系统、液压系统、电气控制系统、加固系统。纵向移动时，通过落下纵向滑移轮座，升起平移滑座，使台车悬空，之后在液压作用下使台车纵向移动，随后下落平移轮座，升起纵向滑移轮座，重复上述操作来实现台车的纵向移动。

　　 与有轨台车相比，无轨台车具有以下优势:(1)施工简便，无须人工搬运滑移轨道，提升施工效率，提高经济效益;(2)无轨台车在姿态调控上相比于有轨台车操作简便，通过横移系统和纵移系统调节台车偏移，使之满足设计与施工要求;(3)当遇到地形不平坦时，无轨台车由于无须铺设轨道，因此不用对地面进行硬化，对地面的硬度要求相对较小，且具有较强的爬坡能力，工况的适用范围更广(见图4)。

　　 目前，随着衬砌台车的技术发展，台车面板也由原来的普通钢板发展为复合式钢面板，本工程采用的复合式钢面板由不锈钢板和普通钢板整体压制而成。

　　 与以往的钢面板相比，复合钢面板具有以下优势:(1)复合式钢面板既有普通钢板刚度高的特性，也有不锈钢板抗锈蚀性优点，从而消除了因钢面板锈蚀所需人力、物力的消耗，且价格低廉，能在保证施工质量的前提下提高施工效率和经济效益;(2)复合式钢面板的数控化加工使得所浇筑出来的二衬混凝土表面光洁平整且较有效地避免了错台现象发生，进而提高了二衬混凝土质量，施工安全进一步得到保证;(3)复合式钢面板的使用寿命相对较长。

　　 为使在新型台车下浇筑的二衬混凝土有更高的质量和美观性，同时为满足二衬混凝土浇筑的质量并能做到一次成型保证浇筑的混凝土外观平整光滑、颜色均匀，本工程二衬混凝土采用清水自密实混凝土。在清水自密实混凝土的基础上对台车浇筑窗口进行合理优化。

　　 窗口沿隧道轴向每层布置3个注浆孔，共8层，每层错位布置并沿台车轴线对称布置且采用角钢加强。窗口横向间距为1.5m，纵向间隔如图5所示。共布置24个窗口，尺寸为500mm×500mm。

　　 与传统台车窗口布置相比，新型台车窗口布置较合理，注浆更方便，把握浇筑时间进而减少错台现象产生，保证施工质量。两侧对称浇筑提高施工效率，减轻工人工作强度。窗口整齐、严密，在周围用角钢进行加固，防止窗口变形，保证施工质量，并辅以自密实混凝土，提高二衬混凝土的浇筑饱满程度和施工质量。

　　 目前，大多数隧道的二次衬砌注浆会由各种原因导致二衬混凝土背后产生空洞现象，而空洞是安全隐患。为此，采用拱顶带模注浆技术进行弥补。而注浆困难在于，若二衬注浆孔与带模注浆孔为同一个孔，会发生二衬浇筑完后注浆孔堵塞问题。

　　 新型衬砌台车采用在台车顶部预留带模注浆孔来保证拱顶带模注浆的顺利进行，减少了工作量。在台车顶部设置3处注浆孔，中间1个，靠近台车两端部1m位置各设置1个，保证注浆饱满。通过对台车的改造，保证了拱顶带模注浆的顺利进行，且使得带模注浆操作更简便，减少了工作量，提高了工作效率。注浆孔的设置保证带模注浆饱满，提高了施工质量。

　　 南昆山隧道的实践证明，大断面新型衬砌台车的应用效果良好，在控制二衬质量方面效果明显，有良好的实践价值。新型台车的耐久性较传统台车有了提高，使用年限增加，为工程节省费用，提高经济效益。

　　 1)新型衬砌台车在结构受力上满足设计与施工要求。

　　 2)新型衬砌台车的双铰式钢端模避免了木端模繁琐的安装木板工作，避免了漏浆发生，同时使浇筑的二衬混凝土光滑平整，施工质量良好。

　　 3)无轨行走系统操作简便，地形适应能力强，无须搬运轨道，降低工人负担。无轨行走系统的横移系统和纵移系统对控制台车的偏移效果良好，提高施工效率。

　　 4)台车复合式钢面板刚度大，耐腐蚀且价格适中，耐久性好，并能提高二衬混凝土的浇筑质量，具有很好的市场优势。

　　 自密实混凝土从材料本身提高了二衬的浇筑质量，且一次成型，对环境相对友好，再辅以合理的浇筑方法使二衬浇筑质量得到进一步提高，从而提高工程质量。

　　 拱顶带模注浆的台车改造使得带模注浆更加简便易操作，提高施工效率。