鋼模臺車在南水北調(diào)洪河渠道倒虹吸工程中的應(yīng)用

王金英，王華僑

(1.中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066;2.中國水利水電第十三工程局有限公司，天津 300384)

1 工程概況

洪河渠道倒虹吸工程是南水北調(diào)總干渠中線工程安陽段三座大型渠渠交叉控制性構(gòu)筑物之一，屬于大型水工引水建筑物，具有深基坑作業(yè)、倉面大及大體積混凝土施工作業(yè)等特點。本工程為非汛期施工，設(shè)計枯水期為10月～次年5月。

洪河渠道倒虹吸水平投影長度為276 m，由進口漸變段、進口檢修閘、管身段、出口控制閘和出口漸變段組成?；炷?8835 m3，鋼筋2748 t。其中進口檢修閘長13 m，閘室共4孔，分為2聯(lián)，1聯(lián)2孔，單孔凈寬6.4 m，總寬36.4 m。閘室底板與閘墩為整體式澆筑;倒虹吸管身段水平投影長度為149 m，由2節(jié)進口管身段(坡比1∶4)、5節(jié)水平管身段、3節(jié)出口管身段(坡比1∶4.5)組成。管身結(jié)構(gòu)為箱型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共分兩聯(lián)，一聯(lián)兩孔，左右對稱布置。單孔過水?dāng)嗝?.4 m×6.4 m(寬×高)，底板厚1.25 m，頂板厚1.2 m，外墻高8.85 m，墻寬1～1.8 m，單聯(lián)寬度由16 m 漸變至18 m，分段長度最大為16 m;節(jié)制閘室段長23 m，閘室分為兩聯(lián)，一聯(lián)兩孔，單孔凈寬6.4 m，總寬36.4 m，為開敞式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。洪河渠道倒虹吸結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 洪河渠道倒虹吸結(jié)構(gòu)圖

2 管身段施工方案比選

方案1:按常規(guī)使用組合鋼模板，內(nèi)置滿堂紅支架。

優(yōu)點:可以跳倉作業(yè)，二至三個作業(yè)面同時施工，充分利用人力資源。

缺點:腳手架鋼管和模板投入大;頂板拆模難度大，安全系數(shù)低，循環(huán)周期長;模板拼縫多，混凝土外觀質(zhì)量不易保證;因加固需布置較密的對拉桿，外露拉桿孔多且難封堵，處理不好會造成引水工程防滲漏能力差;分期澆筑次數(shù)越多，水平施工縫越多，新老混凝土應(yīng)力變化不一致，容易產(chǎn)生裂縫。

方案2:鋼模臺車。

優(yōu)點:結(jié)構(gòu)可靠，操作方便，混凝土成型面好，混凝土外觀質(zhì)量易保障;人員投入大大減少，節(jié)省人工費用;單節(jié)管身施工周期縮短，進度加快，減少人員和設(shè)備長期投入;改善員工工作環(huán)境，提高施工安全系數(shù)，相應(yīng)安全投入減少。

缺點:一次性投入較大。

2005年我公司曾于南陽宛坪高速隧道工程中熟練應(yīng)用過隧道襯砌臺車內(nèi)襯工作，熟悉其工作原理和作業(yè)性能，經(jīng)綜合考慮并根據(jù)本工程要求選擇了方案二，由具備生產(chǎn)制造資質(zhì)的模板廠家生產(chǎn)兩架鋼模臺車應(yīng)用于洪河渠道倒虹吸工程中。

3 鋼模臺車構(gòu)造系統(tǒng)

3.1 鋼模臺車工作原理

鋼模臺車由模板系統(tǒng)和支撐行走系統(tǒng)兩部分組成。以管身設(shè)計分縫為準，臺車模板的長度正好等于(或大于)1節(jié)管身的長度，模板安裝在支撐系統(tǒng)上，支撐系統(tǒng)和行走系統(tǒng)組合在一起，模板的伸縮和支撐均為絲杠或千斤頂完成。在模板就位完成1節(jié)管身的混凝土澆筑后，根據(jù)模板拆除強度的要求確定脫模時間，將全部模板脫離混凝土面后再將臺車拉至新的澆筑位置就位進行下一位置的混凝土澆筑。

3.2 鋼模臺車構(gòu)造

鋼模臺車尺寸為16 m(長)×5.2 m(高)6.9 m(寬)，重量為46.8 t(單架);鋼模臺車主要由模板組、行走機構(gòu)、臺車架、撐桿系統(tǒng)及一些輔助設(shè)施構(gòu)成。

3.2.1 模板組

每架臺車模板組分為內(nèi)墻墻體、上腋角及頂板模板、外墻模板和端模三個部分。

(1)內(nèi)墻模板縱向分為8節(jié)，每節(jié)長2 m，面板鋼板厚6 mm，框板為6.3 mm×6 mm 角鋼，橫肋為8×8 mm 角鋼，豎肋為10#工字鋼，支撐背楞為10#槽鋼。

頂板模板面板厚6 mm，框板為6.3 mm×6 mm 角鋼，橫肋為80 mm×42 mm×6 mm 矩形鋼，豎肋為10#工字鋼，支架背楞為10#槽鋼。

(2)內(nèi)側(cè)墻身模板及上腋角下半部分為一整體，頂板及上腋角上半部分為一整體，二者用65 cm(長)×10 cm(寬)×2.5 cm(厚)鋼板通過螺栓和豎肋10#工字鋼連接為整體板。

(3)外側(cè)墻身模板(大型鋼模板為3.85 m×2.55 m)面板厚6 mm，框板為6.3 mm×6 mm 角鋼，橫肋為8 mm×8 mm 角鋼，豎肋為10#工字鋼，支架背楞為10#槽鋼。

(4)內(nèi)墻墻體及頂板模板均采用相對應(yīng)絲杠系統(tǒng)固定支撐，外側(cè)墻身模板依據(jù)支撐桁架加固。外側(cè)墻身側(cè)模(大型鋼模板為3.85 m×2.55 m)與鋼模臺車內(nèi)模選用一種適宜的對拉拉桿(φ20通扣螺栓)，共分三節(jié)組成，中間部分為錐體雙向絲杠，長度與墻體厚度相同;內(nèi)外側(cè)拉絲均穿入絲杠內(nèi)，兩頭長度為40 cm，用錐體螺母連接并起到內(nèi)部固定墻模的作用;外側(cè)與模板固定均采用方板支墊和山字母固定在支架背肋上，形成整體對拉連接。澆筑混凝土達到拆模強度后，按照上述順序的反順序拆模，錐體螺母拆除后在混凝土墻體上留下的孔洞采用微膨脹砂漿填補。拆模后錐體螺母和兩頭螺栓重復(fù)利用，止水效果比普通拉條好，費用與普通拉條相當(dāng)。

3.2.2 行走機構(gòu)

每架臺車行走機構(gòu)均設(shè)置了帶有自鎖裝置的車輪8個，并由卷揚機牽引整車行走，行走控制速度均勻緩慢。行走軌道采用14#工字鋼，按照設(shè)計位置鋪設(shè)在已澆筑管節(jié)底板混凝土面上，采用預(yù)埋鋼板和螺栓固定。軌道間距為2.2 m，安裝誤差控制在2 mm 范圍內(nèi)。

3.2.3 臺車架

每架臺車架主要由門架上下橫梁、門架立柱、上下縱梁、門架斜撐組成，各部分通過螺栓連接組合成臺車架總體，各橫梁及立柱之間通過連接梁和斜拉桿連接?？梢苑纸鉃?0個門架，各個門架均螺接在下縱梁上，每側(cè)下縱梁底面裝有4個支承千斤，內(nèi)置行走輪。軌道與下縱梁間配備了10組液壓千斤頂。混凝土澆筑時，混凝土荷載通過頂板底模傳遞至門架上，并分別通過基礎(chǔ)千斤、行走輪和液壓千斤頂傳遞到軌道——底板。門架為臺車的主要承重支構(gòu)體，均采用20#B 槽鋼。同時，為了保證整個門架的強度、剛度和穩(wěn)定性，在立柱與上橫梁、相鄰門架之間增加了門架斜撐，采用12#槽鋼，這樣做既能保證立柱的壓桿穩(wěn)定性，又能在側(cè)向壓力之下使門架有足夠的剛度。門架斜撐采用單、雙斜撐、X 型斜撐三種形式。

3.2.4 撐桿系統(tǒng)

鋼模臺車撐桿系統(tǒng)采用絲杠支撐系統(tǒng)，由錨栓連接在模板組和門架之間。臺車門架立柱左右撐桿系統(tǒng)設(shè)置4組，每組10支絲杠(φ55);臺車架上部撐桿系統(tǒng)設(shè)置2組，每組10支絲杠，等距布置在上橫梁上。整個臺車架和模板組通過其聯(lián)接成為一個剛性受力整體。鋼筋臺車端面見圖2。

圖2 鋼筋臺車端面示意圖

4 洪河渠道倒虹吸工程分部施工順序

總施工順序:管身段(一期)工程→節(jié)制控制閘→管身段(二期)工程→進口檢修閘。

管身段(一期)施工順序:6號管→7→8→9→10號管;先右聯(lián)，再左聯(lián)。

管身段(二期)施工順序:5號管→4→3→2→1號管;先右聯(lián)，再左聯(lián)。

5 管身段施工工藝流程

管身段采用先底板、后墻頂一次澆筑的順序進行施工。為滿足施工進度安排及本工程本身的特點，每孔各配置了一部鋼模臺車，一聯(lián)兩孔同時對稱施工。

管身段混凝土分兩次澆筑，第一次底板澆筑至腋角上30 cm 處，第二次澆筑墻身和頂板混凝土。

工藝流程:底板(腋角上30 cm 處)施工→軌道安裝→臺車校正、清理、刷油→鋼模臺車就位、校?！四０惭b、補縫→紫銅片止水和橡膠止水帶安裝→混凝土澆筑→外模拆除→頂板混凝土強度達75%后臺車拆除、移動→下一工作面循環(huán)。管身段澆筑次序見圖3。

圖3 管身段澆筑次序圖

5.1 底板施工

底板基礎(chǔ)面處理、鋼筋制安、模板支護、伸縮縫與止水安裝工序檢驗合格后實施混凝土澆筑，鋪料方向沿水流方向從一側(cè)向另一側(cè)進行，采用人工平倉。混凝土采用臺階法澆筑，臺階高度控制在30 cm 左右，混凝土振搗采用ZN50和ZN70型插入式振搗器。底板臺階法混凝土澆筑情況見圖4。

圖4 底板臺階法混凝土澆筑示意圖

底板上部按設(shè)計標(biāo)高設(shè)置鋼筋軌道，在澆筑后、初凝前，機具采用振動梁配合滾杠振實整平，施工順序采用架立倒退式。收光時采用機械磨光機配合人工，使其表面密實并加強養(yǎng)護。

5.2 鋼模臺車就位及端模安裝

5.2.1 軌道設(shè)置

待底板混凝土強度達到30%后，將軌道板鋪設(shè)在底板混凝土面上，采用螺栓固定在底板預(yù)埋鋼板上。軌道基準面畫線定位，軌道直線偏差不得大于5 mm/10 m。

5.2.2 鋼模臺車的校正與清理、刷油。

(1)鋼摸臺車就位前必須進行模板的校正。

鋼模臺車初次使用時需進行校正，內(nèi)墻墻體、頂板底模面板均為一整體平面。檢測項目及質(zhì)量標(biāo)準如下:

模板平整度(相鄰兩板面高差):≤2 mm;

局部不平(2 m 直尺檢查):≤2 mm;

板面縫隙(游標(biāo)塞尺檢查):≤1 mm。

上述項目檢驗合格后投入使用。在以后使用過程中，每澆筑三倉，墻身模板檢驗校正一次;頂板面板為平臺，各檢測項目均容易檢驗，每倉澆筑前均進行檢驗校正。鋼模臺車脫模后，對混凝土外觀進行檢查，若發(fā)現(xiàn)平整度不合格時，還要追蹤相對應(yīng)模板位置進行校正。

(2)鋼摸臺車就位前必須進行模板清理、刷油。

為使模板清理及刷油操作方便，綁扎鋼筋時在管身結(jié)合部位留出1 m 左右暫不綁扎，主筋先固定在已綁扎的鋼筋上，待模板就位后恢復(fù)。脫模后，臺車先往前移動1 m，施工人員沿所留1 m空間下游側(cè)鋼筋上按間距2 m 環(huán)向而站，進行鋼模板的清理，同時將脫模劑裝入小膠皮桶中，人工手持滾動毛刷將脫模劑均勻涂刷在臺車面板上。清理前在該處底板上鋪設(shè)塑料布以收集渣料和滴下的脫模劑。清刷完1 m 后臺車再往前移動1 m，如此周而復(fù)始清理和刷油，直至鋼模全部清理干凈、刷完脫模油，鋼模臺車方可就位。

5.2.3 鋼模臺車的就位、校模。

鋼模臺車由卷揚機牽引順軌道至待澆倉位，用手動葫蘆將模板微調(diào)至與管身中心線對齊，然后起升液壓千斤頂使頂模到位，并用垂直螺旋絲杠調(diào)平至設(shè)計標(biāo)高;同時，側(cè)模用水平螺旋絲杠調(diào)整到位，側(cè)模底端與底板腋角處墻身緊貼。鋼模臺車就位、校模情況見圖5。

圖5 鋼模臺車就位、校模示意圖

施工前需測量放點，作為臺車起升、張開控制點。鋼模臺車就位后，采用全站儀控制線位、水準儀控制高程、垂球法上、下吊線校正模板平整度及立面垂直度。安裝好鋼模后，檢查鋼模臺車周邊與已澆筑混凝土的搭接處是否吻合，并用木楔將模板撐緊，使鋼模臺車周邊與已澆筑混凝土搭接嚴密，避免漏漿和出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象。

檢測項目及質(zhì)量標(biāo)準如下:

結(jié)構(gòu)物邊線與設(shè)計邊線:內(nèi)模0～+10 mm;外模-10～0 mm;

結(jié)構(gòu)物水平斷面內(nèi)部尺寸:±20 mm;

承重模板標(biāo)高:0～+5 mm;

立面垂直度:≤6 mm。

5.2.4 端模安裝

管身段伸縮縫位置處兩端模板由于需要安設(shè)止水帶，因此而選用定型鋼模板以加強周轉(zhuǎn)。端部模板采用角模與墻體模板連接，用槽鋼作豎圍，單向拉桿固定，拉桿端部與墻體鋼筋焊接連接(拉桿處理方式同墻身模板拉桿處理方式)。為防止漏漿而產(chǎn)生質(zhì)量問題，堵頭模板應(yīng)拼接嚴密。

鑒于鋼模臺車模板間的交接部位一般存在縫隙，對此縫隙采用原子灰抹灰處理。

5.2.5 墻身、頂板混凝土澆筑

施工縫處理、鋼筋制安、模板支護、伸縮縫與止水安裝工序檢驗合格后實施混凝土澆筑。

混凝土拌和后，直接通過拌和站下的水平皮帶機傳送至待澆筑倉面上方龍門吊皮帶機上，再由龍門吊下設(shè)的可移動串筒垂直運輸至澆筑部位，人工平倉振搗。

側(cè)墻澆筑時，施工縫處首先均勻鋪設(shè)2～3 cm 厚等級砂漿(標(biāo)號等同混凝土強度標(biāo)準)，混凝土澆筑采用平鋪法，將每層澆筑厚度控制在50 cm，將混凝土上升速度控制在2 m/h，防止模板變形和拉條崩斷。人工可下至倉內(nèi)用ZN50和ZN70型插入式振搗器振搗。澆筑過程中由專人做好模板維護，防止模板變形、位移。洪河渠道倒虹吸管身、頂板澆筑分層情況見圖6。

圖6 渠道倒虹吸管身、頂板澆筑分層示意圖

頂板混凝土澆筑方向從邊墻向縫墻方向分層分階梯進行，分層厚度30 cm，平倉采用人工分倉。混凝土澆筑保持連續(xù)性，初凝前按設(shè)計標(biāo)高用振動梁配合滾杠振實整平，人工配合壓光并加強養(yǎng)護。

5.2.6 鋼模臺車的拆除與移動

墻體混凝土強度達到2.5 MPa 時(夏季一般需1 d，冬季一般需2 d)，其表面和棱角不因拆除模板而受破壞時開始拆除側(cè)模，通過調(diào)整水平螺旋絲杠使外模脫離混凝土面。頂板底模在混凝土強度大于設(shè)計強度75%時(夏季一般需3～5 d，冬季一般需5～7 d)拆除，通過調(diào)節(jié)豎直螺旋絲杠回收模板，由卷揚機牽引順軌道移至下一澆筑倉面。

6 施工過程中的工藝改進

鋼模臺車在前期使用過程中發(fā)現(xiàn)有不理想的地方。如一、二期施工縫處有少許錯臺;模板個別拉筋孔處有凸肚現(xiàn)象。對此，項目部及時組織技術(shù)人員、作業(yè)隊人員分析原因進行改進:一是通過在內(nèi)模圍檁處加密橫、縱向槽鋼，使整個內(nèi)模整體性加強，并在一、二期施工縫處加設(shè)一道對拉筋;底板澆筑后內(nèi)模暫不拆除，繼續(xù)與臺車側(cè)模拼接使用，這樣實施底板腋角以上30 cm 處既是施工縫，又是模板縫;二是調(diào)整了內(nèi)模絲杠和對拉筋位置，使其均衡受力，將來自混凝土側(cè)壓力的變形影響減少到最小。

7 鋼模臺車的延伸使用

在后續(xù)節(jié)制閘室段、進口控制閘施工中繼續(xù)發(fā)揮鋼模臺車的優(yōu)勢，稍加改進配合大型鋼模(3.85 m×2.55 m)和定型圓形鋼模相組合拼裝繼續(xù)使用，既搭設(shè)了施工平臺方便了鋼筋、模板工序和閘室上部結(jié)構(gòu)交通橋、檢修橋的澆筑，又保障了混凝土外觀質(zhì)量，加快了工程進度。

8 使用效果

(1)安全方面:操作簡便安全，提高了施工安全系數(shù)，改善了工作環(huán)境，工程安全情況良好，無安全事故發(fā)生。

(2)質(zhì)量方面:洪河渠道倒虹吸工程混凝土外觀質(zhì)量良好，無蜂窩、麻面現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)裂縫，垂直度、平整度均符合規(guī)范要求，已驗收混凝土外觀均達到優(yōu)良標(biāo)準。

(3)進度方面:兩架鋼模臺車的投入，極大地提高了工作效率，有效地避開了常規(guī)模板施工方法帶來的工序沖突，大大加快了工程進度。

管身段(二期)工程和進口檢修閘主體工程于2008年6月12日全部澆筑完畢，洪河河道立即全面恢復(fù)。2008年6月18日河床高程已達設(shè)計高程90.2 m，圍堰高程達94 m，在6月30日汛期來臨前提前滿足了十年一遇的設(shè)計防洪要求。2008年6月25日、6月29日安陽突降特大暴雨，洪河利用已恢復(fù)河道行洪順利?，F(xiàn)洪河渠道倒虹吸工程已安然度過數(shù)個汛期，有效保障了“安全度汛目標(biāo)”的實現(xiàn)。

9 結(jié)語

兩架大型鋼模臺車的投入應(yīng)用，較常規(guī)施工方法節(jié)省時間30%，減少操作工人80人左右，減少了人員、設(shè)備投入;鋼模臺車設(shè)計為整體模板式，接縫嚴密，解決了組合模板拼裝容易出現(xiàn)錯臺的問題，且混凝土成型好、快速、高效，大大提高了混凝土內(nèi)在和外觀質(zhì)量;對拉螺栓使用量較散裝模板拼接施工減少了1/3，提高了有壓引水建筑物的防滲漏能力，消除了對拉螺栓多帶來的負面影響并節(jié)約了鋼材。雖前期投入較大但經(jīng)綜合比算，還是為工程節(jié)約了大量成本。

鋼模臺車在洪河渠道倒虹吸施工中的成功應(yīng)用，做到了安全度汛與工程建設(shè)雙雙兼顧，在保證工程質(zhì)量、進度的同時確保了工程安全，適宜在后續(xù)倒虹吸、暗渠工程中推廣應(yīng)用。

［1］康世榮，陳東山.水利水電施工組織設(shè)計手冊(2)施工技術(shù)［M］.北京:水利電力出版社，1990.