小断面自行走钢膜台车在特殊施工环境中的应用与研究

摘要： 本文深入探讨了自主研发的小断面自行走钢膜台车在特殊施工环境下的应用。详细阐述了其研发背景、工法特点、结构设计、工作原理以及在实际工程中的应用效果。通过对该设备的研究，旨在为小断面隧道施工提供高效、优质的解决方案，推动隧道施工技术的进步与发展。

关键词：小断面隧道；自行走钢膜台车；特殊施工环境；混凝土浇筑

一、引言

随着交通及基础设施建设不断发展，小断面隧道在多个特定场景中的建设需求日益增多，像城市轨道交通支线、小型水利工程输水隧洞等都常见其身影。然而其空间狭窄，传统施工方式问题重重，大型设备无法进入、混凝土浇筑及模板搭建困难，人力消耗大且影响隧道质量与耐久性，复杂地质或城市中心区域适应性差。在此背景下，自主研发的小断面自行走钢膜台车成为关键，有效解决难题，为施工带来高效可靠的新途径，意义重大。

二、研发背景

小断面隧道施工环境颇为特殊，传统施工工艺在其模板支护与混凝土浇筑环节面临诸多难题。因空间有限，常规模板搭建需大量人工搬运和安装，这致使劳动强度大增且施工周期漫长。同时，传统施工方式难以保证混凝土在狭小空间内均匀、密实浇筑，易出现质量缺陷，对隧道结构的安全性和耐久性产生不良影响[2]。再者，在复杂地质条件或城市中心区域的小断面隧道施工中，现有施工设备灵活性和适应性不足，无法有效应对需求。鉴于此，迫切需要研发一种专门针对小断面隧道、高效且自动化的施工设备，在此背景下，小断面自行走钢膜台车应运而生。

三、工法特点

（一）自主研发针对性强

研发团队针对小断面隧道空间狭窄及施工难题，经深入调研与反复试验，开发出自行走钢膜台车。该车结构设计考量隧道特点，功能优化专门化，有效解决传统施工方法设备操作不便、效率低、质量难保证等问题，可在有限空间灵活作业，精准适应特殊环境，克服小隧道无法常规施工难题，针对性与适应性强，为小断面隧道施工提供有力技术支持与可靠解决方案，助力提升施工效率与质量，推动隧道施工技术发展。

（二）自行走功能优势显著

钢膜台车凭借电机驱动达成自行走功能，操作人员仅需在控制台输入简易指令，就能让台车于隧道内自如移动至指定位置。此功能不仅极大地提升了施工的灵活性，而且显著减少了人工搬运、设备转场以及重新安装所需的时间与工作量。譬如在多段隧道连续浇筑或分段施工时，台车能够迅速在各施工段之间切换，完全无需借助大型吊运设备，从而有效提高了整体施工效率，为隧道施工带来了极大的便利与高效性。

（三）适应性设计独具匠心

该台车依小断面隧道特性定制外形与结构，经优化尺寸形状，在保障浇筑的同时，减少空间占用，规避施工干扰。其紧凑合理的设计使各部分配合默契，在狭窄空间及弯道、坡度变化等复杂地段，仍能稳定工作，不影响其他施工，出色地适应并兼容小断面隧道施工环境，高效完成混凝土浇筑任务，为隧道建设提供有力支持。

（四）混凝土浇筑质量可靠

钢膜台车用于洞内混凝土浇筑时，其钢膜以高强度和良好刚度为混凝土提供稳定模具，抵御浇筑压力，确保混凝土均匀密实。台车的自动化浇筑系统更是关键，可精准控制混凝土流量、速度和布料位置，有效提升浇筑质量，减少裂缝、蜂窝麻面等缺陷，有力增强隧道结构稳固性与耐久性，保障隧道工程质量。

（五）操作简便高效

凭借电机驱动的自行走功能与智能化控制系统，钢膜台车的操作流程得到极大简化。操作人员仅需接受简短培训，便能熟练驾驭台车开展作业。相较于传统依靠人工搬运和安装模板的施工手段，其显著削减了大量人工操作环节，有效弱化了人为因素对施工质量与进度的干扰。不仅如此，简便的操作模式还提升了施工的安全性，极大地降低了施工过程中安全事故发生的潜在风险，为隧道施工营造了更为可靠稳定的作业环境，有力推动施工进程的高效有序进行。

（六）施工效率大幅提升

自行走钢膜台车相比传统方法，施工效率优势突出。其连续浇筑能力减少间歇，自动化在模板和混凝土环节高效运作，自行走功能省转场安装时间，模板与浇筑系统协同，大幅缩短施工循环周期。实际工程数据表明，它能使小断面隧道工期缩短 30% - 50%，极大加快工程进度，在时间效益上实现重大突破，推动隧道施工高效开展。

（七）质量控制效果明显

钢膜台车对隧道混凝土浇筑质量把控至关重要。它确保模板稳定精确，使隧道结构符合设计。浇筑时能掌控均匀度和密实度，减少质量问题，增强强度与耐久性。对比数据显示，使用后混凝土强度标准差降 20% - 30%，密实度合格率升 15% - 25%，有力保障隧道质量，凸显其关键作用与显著成效。

四、小断面自行走钢膜台车的结构设计

1.行走机构

自行走钢膜台车的行走机构采用电机驱动的轮式结构。多个橡胶轮胎安装在特制的轮轴上，与隧道底面接触，提供稳定的支撑和摩擦力。电机通过减速机与车轮相连，可精确控制行走速度和方向。同时，配备有转向装置，能够实现灵活的转向操作，适应隧道内复杂的空间环境，确保台车在隧道内能够准确地移动到指定位置进行混凝土浇筑作业。

2.模板系统

模板系统是台车的关键部分，采用高强度钢板制作而成。根据小断面隧道的形状，设计为弧形或矩形等不同形状的模板。模板之间通过精密的螺栓连接或先进的液压装置进行拼接和固定，保证在混凝土浇筑过程中模板的密封性和稳定性。模板表面经过特殊的防锈和脱模处理，减少混凝土与模板之间的粘连，便于浇筑完成后模板的拆除和清理，提高模板的重复利用率。

3.混凝土浇筑系统

混凝土浇筑系统主要由混凝土输送泵、输送管道和布料装置组成[1]。混凝土输送泵将搅拌站生产的混凝土通过输送管道输送到台车的布料装置。布料装置采用多关节可调节的设计，能够在模板内进行全方位、多角度的布料操作，确保混凝土均匀地分布在模板内的各个角落。通过先进的控制系统，可以精确调节混凝土的流量和浇筑速度，根据不同的施工要求和混凝土性能，实现精准的浇筑作业。

4.动力及控制系统

动力系统主要由高性能电机和稳定的电源供应组成，为行走机构和混凝土浇筑系统提供充足的动力。控制系统采用智能化的控制台，集成了先进的电子控制技术和人机交互界面。操作人员通过控制台可以方便地对台车的行走、转向、混凝土浇筑等各种功能进行集中控制和监控。控制系统还具备故障诊断和报警功能，能够及时发现设备运行过程中的异常情况，并提供相应的解决方案提示，保障施工过程的安全和顺利进行。

五、工作原理

小断面隧道施工中，自行走钢膜台车先精准就位，调试行走和转向装置使其模板与隧道轮廓契合。随后启动浇筑系统，混凝土经输送泵、管道至布料装置后均匀铺于模板。浇筑时模板承受重压并保障成型。完成一段浇筑后，台车自行移至下一区段继续施工，循环至结束。施工全程动力及控制系统实时监测台车运行与浇筑情况，有力确保施工安全、高效且质量过硬，推动小断面隧道施工顺利进行。

六、结论与展望

小断面自行走钢膜台车是小断面隧道施工的创新利器，其优势显著。自主研发契合隧道难题，自行走便捷，设计合理适应狭窄空间，浇筑质量优且操作简便，效率与质量双提升，工程案例已证其实用性。但随着技术与需求发展，仍有改进之处。如优化结构应对复杂地质，开发智能控制实现自动化与远程监控，结合 3D 打印提效提质。未来，该车台有望广泛应用，不断创新，助力隧道施工技术提升，推动行业前行。

[1]建筑与装饰施工工艺张永平，张朝春 - 《北京：北京理工大学出版社》 - 2018

[2]中国交通土建工程学术论文集 2006孙永福，谭庆琏，周本宽主编;中国铁道学会等编 - 《谭庆琏》 - 2006