Φ9.54 m全圓針梁6+6 m液壓鋼模臺(tái)車在古城水電站引水隧洞的應(yīng)用

曾 建 李賢軍

（中國(guó)水利水電第十工程局有限公司一分局 都江堰市 611830）

1 工程概況

古城水電站位于四川省平武縣境內(nèi)的涪江上游干流上，是涪江上游干流水電梯級(jí)開發(fā)的第二級(jí)，為低閘引水式電站。電站裝機(jī)2臺(tái)，總裝機(jī)容量為100 MW，為三等中型工程。工程樞紐建筑物主要由攔河壩、左岸引水系統(tǒng)、岸邊地面廠房及開關(guān)站等組成。

古城水電站引水隧洞布置于涪江左岸山體中，總長(zhǎng)近7 000 m，為圓形有壓引水隧洞，平均縱坡為i=3.25‰，最大引用流量247.04 m3/s。隧洞襯后內(nèi)徑為9.5 m，全線采用鋼筋混凝土襯砌結(jié)合固結(jié)灌漿的永久支護(hù)形式，最大襯砌厚度80 cm。引水隧道全線埋深比較淺，巖體以灰色粉砂質(zhì)千枚狀板巖為主，夾薄層狀砂巖及結(jié)晶生物碎屑灰?guī)r透鏡體，強(qiáng)度低，節(jié)理發(fā)育，且?guī)r層走向與洞軸線夾角較小，結(jié)構(gòu)面組合不利，圍巖穩(wěn)定性差。施工中可能出現(xiàn)塌方和臨時(shí)涌水等問題，且千枚巖遇水易泥化膨脹變形，為避免隧洞圍巖暴露時(shí)間過長(zhǎng)變形失穩(wěn)，開挖完成后需及時(shí)進(jìn)行混凝土襯砌。

2 液壓鋼模臺(tái)車選用

因引水隧洞全線為千枚巖，且位于地下水位線以下，隧洞開挖完成后需及時(shí)進(jìn)行混凝土施工，經(jīng)過方案比選，引水隧洞襯砌采用Φ9.54 m全圓針梁6+6 m液壓鋼模臺(tái)車快速施工，自上游向下游全斷面一次成型進(jìn)行鋼筋混凝土澆筑施工。全液壓針梁式鋼模臺(tái)車行走靈活，行走速度≥40 m/h；澆筑全斷面一次成型；標(biāo)準(zhǔn)澆筑段長(zhǎng)12 m，混凝土澆筑上升速度80 cm/h；采用混凝土泵泵送入倉(cāng)，插入式及附著式振搗器振搗，混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸混凝土。

該全圓針梁式鋼模臺(tái)車主要由行走大梁、臺(tái)車支架、組合鋼模內(nèi)襯組裝而成，堵頭采用木模板立模封堵，具有施工速度快捷的特點(diǎn)。為確?；炷羶?nèi)部澆筑質(zhì)量和便于混凝土入倉(cāng)及振搗，在鋼模臺(tái)車底拱、腰部及頂拱多處位置設(shè)置小窗，根據(jù)需要在各窗口之間設(shè)置附著式振搗，以軟軸插入式振搗器和附著式振動(dòng)器相結(jié)合振搗密實(shí)，正頂拱以沖天管方式封倉(cāng)，以便頂拱混凝土能盡可能地澆滿。洞段內(nèi)有5個(gè)圓弧段，轉(zhuǎn)彎半徑均為200 m，為滿足圓弧段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求，防止混凝土錯(cuò)位，在進(jìn)行混凝土襯砌時(shí)，把液壓針梁鋼模臺(tái)車平均拆分為兩段，即在彎段處用6 m臺(tái)車進(jìn)行襯砌澆筑，如圖1、圖2所示。

圖1 6m鋼模臺(tái)車彎段襯砌示意圖

圖2 鋼模臺(tái)車彎道混凝土襯砌模板示意圖

3 液壓鋼模臺(tái)車安裝

液壓鋼模臺(tái)車安裝前，在洞內(nèi)由測(cè)量人員按隧洞的軸線放出在該處混凝土襯砌的底部及底模兩側(cè)的準(zhǔn)確位置，用型鋼作好臨時(shí)支撐，如圖3所示。

圖3 型鋼臨時(shí)支撐示意圖

根據(jù)洞內(nèi)液壓鋼模臺(tái)車頂模、側(cè)模安裝需要，在安裝范圍內(nèi)洞頂部預(yù)先形成錨桿吊鉤，便于采用電動(dòng)葫蘆輔助模板吊裝，另外配1臺(tái)反鏟挖掘機(jī)（225LC-7）輔助安裝。其安裝順序?yàn)榈啄！樍洪T架—→頂、側(cè)模。底模就位后，上好底模之間的聯(lián)接螺栓，安裝底部定位支撐并調(diào)節(jié)底模，同時(shí)進(jìn)行測(cè)量復(fù)測(cè)使之與設(shè)計(jì)相符合。待底模全部安裝完成后，進(jìn)行底模托架及針梁安裝，完成后進(jìn)行一節(jié)側(cè)、頂模安裝，安裝完成后并連接好節(jié)與節(jié)之間的定位銷及連接螺栓，使之成為整體，同時(shí)通過臺(tái)車頂、側(cè)模油缸頂撐到位，使之與底板重合，上好底模與側(cè)模定位銷及連接螺栓。重復(fù)上述程序，直至安裝完畢為止。安裝兩端側(cè)模模板是臺(tái)車安裝中的關(guān)鍵工序，為了使兩端側(cè)模模板安裝牢靠，在鋼模板周邊設(shè)計(jì)一些安裝兩端側(cè)模模板專用的工件、卡具和支撐傳力梁等。

4 液壓鋼模臺(tái)車施工方法

采用液壓鋼模臺(tái)車方案需要自制鋼筋臺(tái)車領(lǐng)進(jìn)鋼筋制安施工，液壓鋼模臺(tái)車襯砌施工緊隨其后，形成流水線作業(yè)型式。其施工流程是：鋼筋制安—→液壓鋼模臺(tái)車運(yùn)行就位—→堵頭模板制安及止水設(shè)置—→倉(cāng)號(hào)驗(yàn)收—→混凝土澆筑。

4.1 鋼筋制作綁扎

各施工支洞洞徑均大大小于引水隧洞洞徑，在鋼筋場(chǎng)制作成型的圓弧主筋不便于經(jīng)施工支洞運(yùn)輸至主洞，為此，在引水隧洞內(nèi)設(shè)移動(dòng)鋼筋制作平臺(tái)進(jìn)行鋼筋制作。制作好的鋼筋根據(jù)之前制定的編號(hào)將鋼筋整齊就近排列，編號(hào)牌外露以方便查找。

鋼筋綁扎前根據(jù)測(cè)量點(diǎn)位置設(shè)架立筋，架立筋需與洞壁錨桿焊接牢固，保證鋼筋綁扎后不變形。鋼筋綁扎利用自制鋼筋臺(tái)車配合人工扎筋，自制鋼筋臺(tái)車底部每側(cè)設(shè)4個(gè)輪子，由裝載機(jī)在澆筑好的底板墊層混凝土上拉運(yùn)行走。

首倉(cāng)鋼筋的綁扎需要在兩端頭放點(diǎn)控制，其余塊段均只要在未澆筑端放點(diǎn)控制即可。鋼筋綁扎時(shí)先綁扎邊墻、頂拱鋼筋，待基巖面清理干凈后綁扎底拱鋼筋。鋼筋與模板間設(shè)同標(biāo)號(hào)混凝土墊塊，以保證鋼筋綁扎后不變位及保護(hù)層厚度偏差不超過設(shè)計(jì)規(guī)范要求。墊塊預(yù)埋鋼筋腳與洞身結(jié)構(gòu)鋼筋點(diǎn)焊連接，且互相錯(cuò)開、分散布置。

4.2 設(shè)置伸縮縫

混凝土澆筑時(shí)，每?jī)蓚€(gè)澆筑段之間設(shè)伸縮縫，縫寬2 cm，縫內(nèi)填BW閉孔泡沫板（厚 20 mm）嵌縫料，止水采用橡膠止水帶（滿足30 mm的伸縮變形能力）。止水帶在綁扎鋼筋后預(yù)埋安放在設(shè)計(jì)位置，安裝過程中注意防止變形和撕裂，同時(shí)將安裝好的止水片加以固定和保護(hù)，澆筑過程中不得移動(dòng)或折皺。伸縮縫處的橡膠止水帶采用熱粘結(jié)。

4.3 液壓鋼模臺(tái)車就位及堵頭模板施工

液壓針梁鋼模臺(tái)車為自行式，臺(tái)車由針梁總成、梁框總成、底座、行走機(jī)構(gòu)、卷揚(yáng)牽引機(jī)構(gòu)幾部分組成，針梁總長(zhǎng)30 m。安裝在針梁上的卷揚(yáng)機(jī)用兩根鋼絲繩，分別繞過針梁端部和梁框上的滑輪，固定在針梁兩端，針梁和鋼?；橹c(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)使臺(tái)車前進(jìn)。等到脫模的時(shí)候，先將底座油缸收縮，懸吊底座，等到針梁下方的軌道落在底模走輪上時(shí)，開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)使針梁向前移動(dòng)。到位后放下底座，油缸頂住針梁實(shí)施脫模操作。該步驟完成后，開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)使其反方向運(yùn)動(dòng)，鋼模即向前移直到下一個(gè)倉(cāng)位。針梁式液壓鋼模臺(tái)車鋼模長(zhǎng)為6+6 m，由8組1.5 m長(zhǎng)的模板組成，每組模板由頂模、左模、右模、底模4塊組成，模版之間通過螺栓進(jìn)行連接，并且在鋼模上安裝了可以完成立模，拆模等工作的油缸。在頂模和邊模的上方設(shè)置螺旋千斤頂，油缸伸出，鋼模定位后，旋緊螺旋千斤頂，這樣保證了襯砌尺寸的準(zhǔn)確性，同時(shí)減輕油缸載荷。

鋼模臺(tái)車就位后，由測(cè)量人員進(jìn)行校、驗(yàn)?zāi)０?，模板合格后才能進(jìn)行堵頭模封堵。堵頭模板采用厚度為5 cm木模，背枋及背檔采用10 cm×10 cm的方木。由于澆筑倉(cāng)面相對(duì)較小，澆筑時(shí)混凝土垂直方向上升速度較快，為了保證不發(fā)生跑模、崩?，F(xiàn)象，除了控制混凝土上升速度外還須對(duì)堵頭模板進(jìn)行加強(qiáng)加固。采用在倉(cāng)內(nèi)加密焊Φ12拉筋固定堵頭模板，拉筋間距不宜大于60 cm。另外，要在堵頭模板的頂拱最高位置預(yù)留模板口，以便通氣，待最后封拱時(shí)封堵。為防止漏漿產(chǎn)生質(zhì)量問題，堵頭模應(yīng)拼接嚴(yán)密，靠巖石側(cè)的縫隙需堵塞嚴(yán)密。

4.4 襯砌混凝土澆筑

在進(jìn)行混凝土澆筑施工前，要將倉(cāng)面內(nèi)的木屑、垃圾等雜物清理完畢。為防止觸電事故確保施工人員安全，倉(cāng)內(nèi)全部使用12 V低壓照明，220 V和380 V的動(dòng)力電源采用橡膠電纜同時(shí)都配置漏電保護(hù)器?；炷劣苫炷翑嚢柽\(yùn)輸車從拌和站運(yùn)輸至洞內(nèi)，再通過一臺(tái)HB60混凝土輸送泵輸送至倉(cāng)內(nèi)。泵管進(jìn)倉(cāng)后用連接軟管進(jìn)行下料，軟管用鉛絲加固，人工拖動(dòng)，軟管隨混凝土的上升而逐節(jié)拆除，下料口距混凝土面高度不宜超過1.5 m。

在將混凝土澆筑輸送入倉(cāng)前，用干凈的水把整個(gè)基巖面浸潤(rùn)，并先均勻鋪一層（2～3）cm的同標(biāo)號(hào)水泥砂漿，然后開始正?；炷寥雮}(cāng)澆筑?；炷翝仓r(shí)應(yīng)在臺(tái)車左右兩側(cè)對(duì)稱均勻下料，混凝土面應(yīng)均衡上升，澆筑高差小于50 cm?；炷翝仓匆欢ǖ暮穸?、次序、方向，分層進(jìn)行，且澆筑層面平整?；炷翝仓雍穸葹椋?0～50）cm左右，入倉(cāng)的混凝土應(yīng)及時(shí)平倉(cāng)振搗，不得堆積。倉(cāng)內(nèi)若有粗骨料堆疊時(shí)，應(yīng)人工將其均勻地分布于砂漿較多處，不得用水泥砂漿覆蓋，以避免造成蜂窩、麻面。

混凝土澆筑至頂拱部位時(shí)，將連接軟管的末端接上沖天尾管，垂直穿過模板伸入倉(cāng)內(nèi)，沖天尾管的位置應(yīng)用鋼筋固定，尾管之間間距為3 m。為了排除倉(cāng)內(nèi)空氣和檢查拱頂混凝土填充情況，另在倉(cāng)內(nèi)最高處設(shè)置通氣孔。封拱混凝土澆筑步驟如下：當(dāng)混凝土澆筑至頂拱倉(cāng)面時(shí)，撤出倉(cāng)內(nèi)各種器材，并盡量填高，增大混凝土塌落度，并加快泵送速度，直至通氣孔開始漏漿或壓入混凝土超過預(yù)計(jì)量時(shí)止，停止壓送混凝土后，拆除尾管上包住預(yù)留孔眼的鐵箍，從孔眼中插入鋼筋，防止混凝土下落，并拆除尾管。待頂拱混凝土凝固后，將外伸的尾管割除，用灰漿抹平。

混凝土振搗采用模板上的附著式振搗器輔以Ф50 mm插入式振搗器振搗密實(shí)。應(yīng)先人工平倉(cāng)后振搗，嚴(yán)禁以振搗代替平倉(cāng)，振搗器的操作遵循“快插、慢拔”的原則，并插入下層混凝土5 cm左右，振搗器插入混凝土的間距，不超過振搗器有效半徑的1.5倍（一般40 cm），距模板的距離不小于振搗器有效半徑的1/2（一般為20 cm），插入位置呈梅花形布置，不得觸動(dòng)預(yù)埋件。振搗宜垂直按順序插入混凝土，如略有傾斜，傾斜方向應(yīng)保持一致，以免漏振。振搗時(shí)間以（30～45）s為宜，嚴(yán)禁過振、欠振、漏振，具體以混凝土不再顯著下沉，氣泡和水分不再逸出表面開始泛漿為準(zhǔn)，另外在靠近模板處尚需加強(qiáng)振搗。在重要預(yù)埋件處澆筑混凝土?xí)r，周圍必需采用人工振搗密實(shí)，以免破壞預(yù)埋件?；炷翝仓毡P24 h后即可脫模、行走、就位繼續(xù)進(jìn)行下一循環(huán)混凝土澆筑施工。

5 全圓液壓鋼模臺(tái)車使用的優(yōu)勢(shì)

按照常規(guī)混凝土澆筑施工方法，圓形隧洞每一段倉(cāng)號(hào)需要分底拱、邊拱、頂拱三部分依次施工。以12 m為1段倉(cāng)號(hào)為例，若采用人工搭設(shè)承重鋼管架，拼裝組立定型小鋼模，并采用跳倉(cāng)方式澆筑，根據(jù)過往施工經(jīng)驗(yàn)，同樣直徑9 m左右圓形隧洞每月最多可完成6個(gè)倉(cāng)段約72 m洞長(zhǎng)混凝土澆筑施工，并且因常規(guī)混凝土澆筑方案需要搭設(shè)滿堂腳手架以承受混凝土及模板自重，無形中占用了大量材料運(yùn)輸所需有效使用空間，進(jìn)而造成材料轉(zhuǎn)運(yùn)及混凝土輸送困難等特點(diǎn)。而采用全圓液壓針梁式鋼模臺(tái)車行走靈活，工序較常規(guī)方案簡(jiǎn)單，襯砌速度快，工作效率高，在古城水電站引水隧洞施工過程中，最長(zhǎng)單臺(tái)月澆筑洞長(zhǎng)可達(dá)180 m。僅以廠區(qū)段引水隧洞為例：段內(nèi)隧洞共長(zhǎng)940 m，其中直線段12 m標(biāo)準(zhǔn)倉(cāng)計(jì)68個(gè)，彎段6 m倉(cāng)計(jì)23個(gè)，總計(jì)倉(cāng)號(hào)91個(gè)。于2012年9月15日開始第一倉(cāng)混凝土澆筑施工。若采用常規(guī)混凝土澆筑施工方法，需要13個(gè)多月才能完工，而采用全圓液壓針梁式鋼模臺(tái)車，段內(nèi)雖然有兩個(gè)彎段共拆裝兩次鋼模臺(tái)車，澆筑于2013年7月6日完工，只用了9個(gè)多月時(shí)間，仍節(jié)省工期4個(gè)月。

鋼模臺(tái)車全圓設(shè)計(jì)可以保證一次性完成全圓襯砌混凝土施工，避免了常規(guī)混凝土澆筑施工分次澆筑會(huì)形成縱向施工縫的質(zhì)量薄弱點(diǎn)，從而提高了襯砌質(zhì)量。另外，按照常規(guī)混凝土施工方法，混凝土襯砌施工段承重架密布，無法形成材料運(yùn)輸通道。而采用全圓形臺(tái)車結(jié)構(gòu)合理，腹中空間較大，可以形成材料人工運(yùn)輸通道方便其它工序平行作業(yè)，能同時(shí)在襯砌已滿足設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度洞段對(duì)隧洞進(jìn)行回填及固結(jié)灌漿等施工作業(yè)。

常規(guī)混凝土施工方法中，承重架及模板施工每段需要20人以上作業(yè)，且每一循環(huán)作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，人工費(fèi)用較高，同時(shí)因模板鋼管等材料周轉(zhuǎn)頻繁相應(yīng)損耗較大。而采用全圓針梁液壓鋼模臺(tái)車施工運(yùn)行僅需要不足10個(gè)人，每一循環(huán)作業(yè)時(shí)間較短人工費(fèi)用較低，因引水隧洞洞段較長(zhǎng)相應(yīng)臺(tái)車攤銷費(fèi)用也較常規(guī)施工周轉(zhuǎn)材料損耗費(fèi)用低，其經(jīng)濟(jì)效益也較為明顯。

6 結(jié) 語

如今液壓全圓鋼模臺(tái)車技術(shù)隨著不斷革新和發(fā)展也已越發(fā)完備，相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)也越來越豐富。通過實(shí)踐操作，對(duì)于如何應(yīng)用于混凝土襯砌施工也都有了更加深入的認(rèn)識(shí)和理解。Φ9.54 m全圓針梁6+6 m液壓鋼模臺(tái)車在古城水電站引水隧洞的應(yīng)用既滿足了國(guó)家、行業(yè)及設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)和要求，又大大加快了施工進(jìn)度，并且相應(yīng)地節(jié)約了工程投資，相信它的成功應(yīng)用也能對(duì)今后同類型隧洞混凝土施工帶來更多的借鑒與幫助。