隧道施工机械化进程不断加快，简易台架逐渐被取代。通过设计新型铺设设备，不仅能提高防水板铺设质量，还可减轻人员劳动强度，确保防水层铺设垂度适宜，使防水层与岩面松弛有度。同时，减少防水板焊接缝数量，降低漏水风险，实现宽幅挂设，提升铺设效率，并让设备更具人性化，达成防水板自动铺挂。
一、防水板铺设机设计的整体要求
防水板用于隧道防腐、防渗，采用厚度 2.5mm、宽度 6 米、单筒重量 550Kg 的高分子聚合防渗材料。其铺设设备需具备以下功能：
1. 台架能自行驱动，移动迅速且便捷。
2. 实现宽幅防水板的起吊及弧形运动，运动平稳，操作简便。
3. 实现防水板自动展开，铺设松弛有度、固定牢固，减少作业人员需求。
4. 实现防水板精准定位，环向对接均匀，布放弧长搭接匹配，自动焊接质量可靠，降低人工劳动强度。
5. 人员作业平台布局合理，操作空间舒适，无工作盲区。
二、防水板铺设机系统设计
（一）防水板铺设机工作原理
防水板铺设机可铺设宽幅 6 米的防水板（土工布），设备两侧设防水板放置平台，能同时存放 4 卷。防水板在平台上借助两侧起吊装置辅助安装，先固定到铺设小车上，小车由两台卷扬机驱动、钢丝绳牵引，沿前后两根环向轨道运动一周。铺设小车设钢丝绳断裂防溜车装置；两台卷扬机可远程单独及同步控制，通过人工控制按钮调整防水板铺设轴前后高差，实现精准定位与布放弧长搭接匹配。防水板铺设轴底部设自动展开装置，按隧道弧长同步展开防水板，实现布放弧长精确搭接。作业人员使用超声波爬焊机，让防水板与上一环搭接 200mm 焊接，所有作业区设作业平台与防护栏，保障人员作业安全。
（二）防水板铺设机结构组成
防水板铺设机主要由支撑架、行走系统、铺设小车、轨道、驱动系统、作业平台、电气系统、起吊系统、无线远程控制系统等构成。
（三）铺设机驱动系统的设计
驱动系统是实现宽幅防水板弧形运动的关键。根据防水板与铺设小车自重，采用 3T 卷扬机，形式为单轴双筒，左右钢丝绳分别顺逆时针缠绕。为保证钢丝绳收放速度同步，卷筒缠绕直径需相同。因小车运动一周长度 25m，卷扬机需定做，满足单筒单层容绳量 28m。初步选滚筒直径 340mm、钢丝绳直径 12mm 时，单筒最小长度：L = 28000 * 12 / 340п = 315mm，定做的卷扬机滚筒长度需大于 650mm。为保证钢丝绳同层收放，安装导向轮时，钢丝绳进入滚筒方向，滑轮与滚筒需成一定角度，使钢丝绳收放端头紧压上一环。张紧装置是牵引系统核心，分析小车运动轨迹，门架下端左右两侧张紧机构有三种状态：a. 小车上升，右侧钢丝绳拉力 F 克服整车自重及铺设张力，外力最大，右侧张紧机构无需外力，左侧张紧机构绷紧松边钢丝绳；b. 小车至轨道中部，两侧钢丝绳拉力 F 转换，长度变化；c. 小车下降，右侧钢丝绳拉力 F 基本为零，右侧张紧机构绷紧松边钢丝绳，左侧克服整车自重及铺设张力，外力最大。考虑轨道制造误差，设备采用重物垂吊方式张紧。结合三种状态分析，重物解决状态转换后钢丝绳长度变化，经调试确定重物自重 60kg，四周设上下限位装置，运动中平衡钢丝绳长度变化。控制系统采用远程遥控，实现铺设小车单控与联动，保证整车左右同步性。
（四）铺设机顶推装置的设计
为实现防水板自动展开且铺设松弛有度，设计弹性顶推机构，定制多组弹簧，使铺设小车后端顶推防水板，并提供外力将其顶压在土工布上。