襯砌臺(tái)車(chē)在長(zhǎng)河壩大坡度泄水洞施工中的應(yīng)用

周云定，張?jiān)?/p>

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司二分局，四川郫縣，611730)

襯砌臺(tái)車(chē)在長(zhǎng)河壩大坡度泄水洞施工中的應(yīng)用

周云定，張?jiān)?/p>

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司二分局，四川郫縣，611730)

長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞工程，為解決大斷面、大縱坡、常態(tài)混凝土、斷面加高澆注、洞內(nèi)快速安裝的難題，綜合提高泄洪洞施工效率及質(zhì)量，研制了滿足上述要求的鋼模臺(tái)車(chē)。臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)桁架片式結(jié)構(gòu)，鉸接式斜拉結(jié)構(gòu)，自動(dòng)提升澆注系統(tǒng)，頂模自動(dòng)加高機(jī)構(gòu)和特制軌道，在襯砌施工中解決了泄洪洞大縱坡、常態(tài)混凝土、漸變段澆注等施工難題，實(shí)現(xiàn)了大斷面、大縱坡邊墻部分常態(tài)混凝土澆注成功，拱頂部分?jǐn)嗝婕痈邼沧⒊晒Α?/p>

常態(tài)混凝土 襯砌臺(tái)車(chē) 大坡度 長(zhǎng)河壩水電站 泄洪洞工程

1 工程概況

長(zhǎng)河壩水電站一共三條泄洪洞，均布置在右岸山體內(nèi)，從左至右依次為1＃泄洪洞、2＃泄洪洞、3＃泄洪洞，三條泄洪洞平行布置，洞軸線水平間距60.0m。

1＃泄洪洞為深孔泄洪洞，布置于壩區(qū)右岸溢洪洞(2＃、3＃泄洪洞)左側(cè)，由短有壓進(jìn)口段、無(wú)壓洞段和出口挑流鼻坎段組成。進(jìn)口底板頂高程1650.00m，塔頂高程 1697.00m，塔體尺寸為49.00m×27.00m×52.00m(長(zhǎng)×寬×高)。進(jìn)口設(shè)事故檢修平板門(mén)和弧形工作門(mén)各一道，檢修閘門(mén)孔口尺寸為14.0m×13m(寬×高)，工作閘門(mén)孔口尺寸為14.0m×11.50m(寬×高)。塔體后接無(wú)壓泄洪洞，總長(zhǎng)1372m，縱坡i＝0.10279。洞身斷面形式為圓拱直墻型，斷面尺寸14.0m×(16.0～19.0)m(寬×高)，采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，頂拱回填灌漿，周邊固結(jié)灌漿。出口挑流鼻坎起挑底高程為1510.00m。

圖1 1＃泄洪洞下游鋼模臺(tái)車(chē)澆筑施工縫典型剖面

圖2 2＃、3＃泄洪洞下游鋼模臺(tái)車(chē)澆筑施工縫典型剖面

2＃、3＃泄洪洞為溢洪洞，由開(kāi)敞式進(jìn)口段、無(wú)壓洞段和出口挑流鼻坎段組成。進(jìn)口采用“開(kāi)敞式”岸塔結(jié)構(gòu)，進(jìn)口底板高程1663.50m，塔頂高程1697.00m，塔體尺寸為36.50m×28.00m×38.50m (長(zhǎng)×寬×高)。進(jìn)口設(shè)事故檢修平板門(mén)和弧形工作門(mén)各一道，閘門(mén)控制孔口尺寸為17.0m×16.5m (寬×高)。塔體后接無(wú)壓泄洪洞，2＃泄洪洞洞長(zhǎng)1508m，縱坡i＝0.10848；3＃泄洪洞洞長(zhǎng)1540m，縱坡i＝0.10552。洞身斷面形式均為圓拱直墻型，斷面尺寸14.0m×(15.0～18.0)m(寬×高)，采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，頂拱回填灌漿，周邊固結(jié)灌漿。出口均采用挑流消能，鼻坎起挑底高程為1500.00m。

為解決襯砌臺(tái)車(chē)在大縱坡洞內(nèi)快速安裝，滿足隧洞邊墻常態(tài)混凝土澆注和拱頂斷面加高處理等，提高隧洞襯砌混凝土的整體質(zhì)量、施工效率以及降低施工成本，研制了常態(tài)混凝土自動(dòng)澆注邊墻臺(tái)車(chē)和自動(dòng)加高式拱頂臺(tái)車(chē)，適應(yīng)于隧洞大縱坡、大斷面、常態(tài)混凝土以及斷面加高段的澆注施工工況，并進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn)。對(duì)研制襯砌臺(tái)車(chē)的要求是:(1)滿足隧洞大縱坡施工、臺(tái)車(chē)能夠自行前進(jìn)和后退的工況；(2)滿足隧洞澆注常態(tài)混凝土的施工工況；(3)實(shí)現(xiàn)斷面加高時(shí)澆注的自動(dòng)加高處理；(4)滿足洞內(nèi)快速安裝。

2 施工方案簡(jiǎn)述

1＃泄洪洞從進(jìn)水口到出水口共六種斷面，分別為0＋000～0＋100m、0＋100m～0＋200m、0＋200m～0＋230m、0＋230m～0＋450m、0＋450m～0＋480m、0＋480m～1＋362m。其中，0＋200m～0＋230m、0＋450m～0＋480m為漸變段，根據(jù)施工需要，要求使用鋼模臺(tái)車(chē)施工。泄洪洞洞身0＋000～1＋362m段，按照“先施工邊墻、再施工頂拱、最后施工底板”的順序施工，洞身配置兩臺(tái)邊墻鋼模臺(tái)車(chē)和兩臺(tái)頂拱鋼模臺(tái)車(chē)結(jié)合的形式滿足襯砌需要。

2＃泄洪洞從進(jìn)水口到出水口共四種斷面，分別為0＋000～0＋060m、0＋060m～0＋200m、0＋200m～0＋230m、0＋230m～1＋508m。其中，0＋000～0＋060m、0＋200m～0＋230m為漸變段。根據(jù)施工需要，0＋000～0＋060m段利用承重腳手架及組合模板進(jìn)行混凝土襯砌施工。泄洪洞洞身0＋060m～1＋508m段按照“先施工邊墻、再施工頂拱、最后施工底板”的順序進(jìn)行施工。洞身配置兩臺(tái)邊墻鋼模臺(tái)車(chē)和兩臺(tái)頂拱鋼模臺(tái)車(chē)結(jié)合的形式滿足襯砌需要。

3＃泄洪洞從進(jìn)水口到出水口共四種斷面，分別為0＋000～0＋060m、0＋060m～0＋200m、0＋ 200m～0＋230m、0＋230m～1＋540m。其中，0＋000～0＋060m、0＋200m～0＋230m為漸變段。根據(jù)施工需要，0＋00～0＋060m段利用承重腳手架及組合模板進(jìn)行混凝土襯砌施工，泄洪洞洞身0＋060m～1＋540m段按照“先施工邊墻、再施工頂拱、最后施工底板”的順序進(jìn)行施工。洞身配置兩臺(tái)邊墻鋼模臺(tái)車(chē)和兩臺(tái)頂拱鋼模臺(tái)車(chē)結(jié)合的形式滿足襯砌需要。

3 特殊工況條件的解決措施

3.1 大縱坡隧洞澆注常態(tài)混凝土

傳統(tǒng)的襯砌臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)均采用泵送混凝土澆注，采用低塌落度混凝土能夠有效地控制混凝土內(nèi)部溫升，而泵送混凝土的內(nèi)部溫升相對(duì)較大，不利于混凝土的溫控防裂?；炷劣捎谒嘤昧扛哂诔B(tài)混凝土，其放熱量大，熱強(qiáng)比高于常態(tài)混凝土。采用低塌落度混凝土?xí)r抗裂安全系數(shù)在1.84～2.81之間，泵送混凝土的抗裂安全系數(shù)明顯較低，局部抗裂安全系數(shù)在1.0～1.3左右。對(duì)于泄洪洞大體積混凝土的澆注，采用常態(tài)混凝土澆注，有利于控制高標(biāo)號(hào)混凝土溫度，有利于降低施工成本，對(duì)混凝土的整體澆注質(zhì)量具有重要的意義。

臺(tái)車(chē)為解決常態(tài)混凝土的澆注問(wèn)題，設(shè)計(jì)采用雙向供料系統(tǒng)并結(jié)合皮帶機(jī)布料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)常態(tài)混凝土的澆注。為解決在大坡度上混凝土起吊系統(tǒng)的行走問(wèn)題，臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)電機(jī)—鏈條驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用料斗將混凝土提升至皮帶機(jī)水平面以上，通過(guò)葫蘆吊架的減速機(jī)縱向移動(dòng)至皮帶機(jī)正上方，再通過(guò)可逆皮帶機(jī)將料斗中的混凝土輸送至兩邊墻所需澆筑處。此澆筑方式，可適用于縱坡的隧道施工，坡度大小適用范圍可達(dá)0°～30°，這種澆注方式大大降低了施工成本，便于襯砌質(zhì)量的控制，提高了施工效率，有效降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 大縱坡隧洞內(nèi)快速安裝

由于傳統(tǒng)的襯砌臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)均采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)時(shí)普遍采用單件、小件現(xiàn)場(chǎng)安裝。由于隧洞斷面較大，臺(tái)車(chē)按傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材料耗費(fèi)量較大，且傳統(tǒng)設(shè)計(jì)零散件較多，對(duì)于洞內(nèi)安裝造成很大的施工難題。本臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)采用中空桁架片式結(jié)構(gòu)，縱向門(mén)架之間的連接斜拉均采用圓管加工，兩頭均采用銷(xiāo)軸連接，有利于提高隧洞內(nèi)的安裝效率，提高安裝精度，降低施工成本，對(duì)特大斷面隧洞臺(tái)車(chē)洞內(nèi)快速安裝技術(shù)的提升具有重要的意義。

臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)采用中空桁架片式結(jié)構(gòu)和銷(xiāo)軸連接式斜拉桿，安裝時(shí)只需在平地上按順序組裝，再整體提升安裝，即可完成一榀門(mén)架的安裝。門(mén)架與門(mén)架之間的斜拉桿只要將銷(xiāo)軸連接起來(lái)，安裝精度高，拼裝速度快，可有效提高安裝效率和質(zhì)量，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3 拱頂臺(tái)車(chē)在加高斷面處自動(dòng)加高

為了解決加高斷面的施工工況，在拱頂臺(tái)車(chē)門(mén)架上部設(shè)置了加高系統(tǒng)，用來(lái)加高臺(tái)車(chē)的門(mén)架，用于達(dá)到加高斷面的襯砌，具體實(shí)施過(guò)程如下:

將門(mén)架系統(tǒng)由橫梁桁架和立柱之間分拆成上門(mén)架部分和下門(mén)架部分；

操作頂升加高系統(tǒng)，將頂升油缸的活塞桿伸出，由于頂升油缸的活塞桿頭部與頂推支座通過(guò)銷(xiāo)軸連接，且頂推支座與導(dǎo)柱通過(guò)銷(xiāo)軸鎖住，使得頂升油缸推動(dòng)導(dǎo)柱和包括橫梁桁架的上部門(mén)架部分(包括托架系統(tǒng)和模板系統(tǒng))同時(shí)升高，當(dāng)頂升油缸達(dá)到最大行程時(shí)，將銷(xiāo)軸插入，將導(dǎo)柱與導(dǎo)套鎖死，然后將銷(xiāo)軸拔出，將頂升油缸的活塞桿縮回，使頂推支座相對(duì)導(dǎo)柱下移，待頂升油缸的活塞桿全部縮回后，將銷(xiāo)軸插入，將頂推支座與導(dǎo)柱鎖住，然后拔出銷(xiāo)軸，將頂升油缸活塞桿伸出。如此反復(fù)，直到達(dá)到指定加高高度后，將銷(xiāo)軸全部插入，將頂升加高系統(tǒng)鎖死即可(為了保證臺(tái)車(chē)骨架加高部分的安裝，加高油缸的行程預(yù)留50mm，在加高油缸最后一次頂升時(shí)，需將油缸全部伸出，且在導(dǎo)柱上對(duì)應(yīng)地多加工了一組銷(xiāo)孔)。

安裝臺(tái)車(chē)骨架的加高部分，先將加高部分與臺(tái)車(chē)下半部分骨架連接好，再操作液壓泵站將臺(tái)車(chē)上半部分慢慢降下，連接好加高部分與臺(tái)車(chē)上半部分。

3.4 大縱坡上臺(tái)車(chē)自行前進(jìn)和后退

由于隧洞存在較大的縱坡，本臺(tái)車(chē)采用了液壓頂推系統(tǒng)，安全性能高，行走平穩(wěn)，操作方便。

本系統(tǒng)由兩組頂推油缸帶動(dòng)頂推機(jī)構(gòu)在控制系統(tǒng)的作用下交替動(dòng)作，帶動(dòng)臺(tái)車(chē)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)向前行走。完整的工作過(guò)程如下:開(kāi)啟PLC控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，頂推機(jī)構(gòu)中的換向裝置頂在鋸齒形軌道上，PLC控制系統(tǒng)控制前一個(gè)油缸收縮，帶動(dòng)前一個(gè)頂推機(jī)構(gòu)在軌道上向前滑動(dòng)，同時(shí)，控制后一個(gè)油缸頂伸，臺(tái)車(chē)向前行走。當(dāng)油缸達(dá)到一定的伸縮量，或者說(shuō)頂推機(jī)構(gòu)越過(guò)軌道的一個(gè)鋸齒，PLC控制系統(tǒng)控制油缸反向動(dòng)作，前一個(gè)油缸頂伸、臺(tái)車(chē)向前行走，后一個(gè)油缸收縮帶動(dòng)頂推機(jī)構(gòu)向前滑動(dòng)，達(dá)到一定伸縮量后，油缸反向動(dòng)作。此時(shí)臺(tái)車(chē)共行走兩個(gè)伸縮量的距離，以此類推油缸交替動(dòng)作，臺(tái)車(chē)不斷向前行走。

若臺(tái)車(chē)需要后退，只需將頂推機(jī)構(gòu)的換向裝置的扳手轉(zhuǎn)到相反方向，在頂推油缸的作用下臺(tái)車(chē)可連續(xù)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)后退。

4 臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

該隧道邊墻襯砌臺(tái)車(chē)的主要結(jié)構(gòu)由模板系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、骨架及葫蘆門(mén)架系統(tǒng)、走行液壓系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、模板液壓系統(tǒng)、行走軌道系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3所示。

圖3 隧道邊墻襯砌臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)

臺(tái)車(chē)總體性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 隧道邊墻襯砌臺(tái)車(chē)性能參數(shù)

該隧道拱頂襯砌臺(tái)車(chē)的主要結(jié)構(gòu)由模板系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、骨架及托架系統(tǒng)、走行液壓系統(tǒng)、門(mén)架加高系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、模板液壓系統(tǒng)、行走軌道系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。整體方案如圖4所示。

圖4 隧道拱頂襯砌臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)

臺(tái)車(chē)總體性能參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 隧道頂拱襯砌臺(tái)車(chē)性能參數(shù)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)臺(tái)車(chē)襯砌作業(yè)，解決了在大坡度隧洞中澆注高標(biāo)號(hào)常態(tài)混凝土問(wèn)題和隧洞斷面加高襯砌的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了大縱坡隧洞內(nèi)的快速安裝，達(dá)到了預(yù)期目的。脫模后混凝土表面光滑平順無(wú)蜂窩、麻面氣泡等缺陷，混凝土錯(cuò)臺(tái)在1mm范圍內(nèi)，滿足混凝土質(zhì)量要求。混凝土成型斷面經(jīng)測(cè)量檢查，結(jié)構(gòu)物邊線與設(shè)計(jì)邊線尺寸相差在5mm之內(nèi)，襯砌混凝土內(nèi)輪廓、中線及外觀質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

該臺(tái)車(chē)在隧洞襯砌過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)常態(tài)混凝土的澆注，降低了施工成本，大大提高了施工效率。在臺(tái)車(chē)襯砌作業(yè)中，引入布料機(jī)作業(yè)，有利于降低勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)實(shí)現(xiàn)混凝土的自動(dòng)化澆注具有重要意義。該臺(tái)車(chē)實(shí)現(xiàn)了立模、拆模及臺(tái)車(chē)走行的自動(dòng)化控制，操作維修簡(jiǎn)便、快捷，提高了隧洞施工的綜合施工速度。

〔1〕唐果良.特大斷面隧道液壓模板臺(tái)車(chē)的研制與施工技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2006，08(43).

〔2〕揭選松，劉德樹(shù)，彭立敏.隧道混凝土施工技術(shù)[J].西部探礦工程，2005，(7).

〔3〕敬啟雙.大斷面襯砌臺(tái)車(chē)在遂渝線龍鳳隧道中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2006，06(43).

〔4〕陳鵬，雷升祥，薛新廣，崔永杰.在隧道施工中大型模板襯砌臺(tái)車(chē)的安裝方法[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2002.08 (39).

〔5〕李廣軍.導(dǎo)流洞襯砌臺(tái)車(chē)的設(shè)計(jì)安裝和曲線段改造技術(shù)[J].山西建筑，2007，3(33).

TV536.07∶TV651.3

B

2095－1809(2016)05－0086－04

周云定(1978－)，男，四川達(dá)縣人，工程師，大學(xué)專科，主要從事設(shè)備物資管理工作；

張?jiān)?1985－)，男，寧夏中衛(wèi)人，工程師，工學(xué)學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)及管理工作。