烏東德電站引水隧洞上平轉彎段鋼筋臺車設計

曾良紅

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

烏東德電站引水隧洞上平轉彎段鋼筋臺車設計

曾良紅

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

隧洞轉彎段較小時，臺車采取將內、外弧輪子直徑設計成不一樣，實現(xiàn)在同一轉速情況下，行走距離不一樣來彌補弧軌差等多種措施，讓鋼筋臺車整體能大致繞著圓弧圓心點旋轉行走，實現(xiàn)在轉彎段安全就位。

引水隧洞 轉彎段 鋼筋臺車 設計 烏東德電站

1 項目概述

烏東德水電站左岸地下電站引水洞共6條，立面上由上平段、上彎段、豎井段、下彎段和下平段組成，其中上平段襯后斷面尺寸為直徑13.5m的圓形，襯砌厚度1.2m，6條洞子分別為R50m～R235m的同心圓彎洞。斷面上為2層澆筑，先澆筑底拱100°范圍混凝土，再澆筑上部仰拱。6條上平段隧洞上部仰拱按9m襯砌段設計，計劃采用2臺鋼模臺車澆筑，同時配置3臺鋼筋臺車進行鋼筋綁扎施工。鋼筋臺車要求單臺設計長度為9m，6條隧洞能通用，在平洞鋼筋綁扎完成后，還能兼作灌漿臺車使用。

圖1 隧洞平面布置

2 鋼筋臺車設計

2.1 設計思路分析

根據(jù)項目數(shù)據(jù)分析得出，此項目鋼筋臺車主要要解決小半徑彎道行走、斜坡面上軌道結構設計和各條隧洞臺車通用三個問題。以往鋼筋臺車滿足彎段使用主要采取以下設計：①軌道根據(jù)曲率彎曲成相應圓?。虎诳s短鋼筋臺車單套長度，以避免與巖壁面干涉；③用卷揚機等外力牽引并通過輪子與軌道之間打滑來彌補內外弧軌長差，無法使用電機驅動自動行走。這些方法造成臺車軌道無法通用，行走時臺車晃動劇烈，行走速度慢，單個倉位鋼筋綁扎需多次就位，施工效率低，已不能滿足此項目全彎段臺車要求。經(jīng)討論分析，采取以下方法來解決以上問題：

(1)軌道按直線制作，安裝時采取以直帶曲的方式替代圓弧軌道，實現(xiàn)不同曲率彎洞軌道通用；

(2)行走系統(tǒng)通過采取內外側輪子為不同直徑的踏面輪徑，實現(xiàn)在電機驅動行走下，兩側輪子能以同樣轉速實現(xiàn)行走距離不同，來彌補內外軌道的長度偏差；

(3)輪子踏面寬度較常規(guī)設計加寬，讓輪子在軌道上有橫向移動距離，進一步彌補內外軌道的長度偏差，以及適應以直代曲鋪設的軌道；

(4)在臺車下縱梁上鉆設多組連接孔，根據(jù)曲率轉彎半徑的不同，連接座選擇所對應孔進行連接，保證輪子踏面能著落于軌道上，實現(xiàn)各曲率彎道隧洞通用，同時底縱梁需采用大剛度設計，在下部無地腳千斤支撐，亦能滿足結構安全要求，從而解決地腳千斤與曲弧線軌道無法正常壓接傳力的情況；

(5)在桁架與行走輪支座間設置成能轉動結構，行走時隨著軌道對其的約束，實現(xiàn)及時偏轉；

(6)側面工作平臺設計成可抽拉式，滿足鋼筋臺車在灌漿施工行走中不與已襯砌的混凝土結構面碰撞。

此項目臺車設計輪間距為7.5m，結合本項目數(shù)據(jù)進行分析后，底縱梁需配置四個安裝位；行走輪直徑需配置φ320、φ335、φ350mm三種規(guī)格。具體數(shù)據(jù)見下表1。

表1 鋼筋臺車設計參數(shù)

2.2 鋼筋臺車主要部件

鋼筋臺車主要由桁架、工作平臺、爬梯、行走系統(tǒng)、軌道等五部分組成。臺車桁架為整個鋼筋臺車的主要受力部分，工作平臺主要是用于綁扎鋼筋時站立操作人員和存放少量鋼筋，行走系統(tǒng)為臺車行進動力源，軌道作為鋼筋臺車的承立點，為臺車行進起導向作用。

1-桁架，2-工作平臺，3-爬梯，4-行走系統(tǒng)，5-軌道

2.2.1 臺車桁架

鋼筋臺車桁架體分為立柱、橫梁、豎桿、斜撐等部分。桁架邊立桿采用HW200×200型鋼，橫梁采用HW200×200型鋼，橫連接梁及中立桿采用工18型鋼，剪撐采用75×75×5角鋼，各單件之間通過高強螺栓連接。底橫梁與邊立桿打有八字斜撐，材質為HW200×200型鋼。桁架下部留有約3.75m×5m的凈空，滿足通車需求。由于隧洞頂部為圓弧結構，桁架頂部設置成凸型階梯式結構，上部滿布花紋鋼板平臺，設計配備方鋼板凳，滿足施工人員綁扎頂部鋼筋。

2.2.2 臺車底縱梁

底縱梁為行走系統(tǒng)和桁架之間的連接紐帶，考慮通用性，臺車內外弧底縱梁采取相同設計，底縱梁在兩端下翼緣板上設有四組連接孔，根據(jù)曲率轉彎半徑的不同，行走連接座選擇所對應孔進行連接，保證輪子踏面能著落于軌道上。此項目1#～3#隧洞內外弧行走連接座均安裝在標準位，4#～6#隧洞內弧行走連接座安裝于標準位，外弧行走連接座分別安裝在二、三、四安裝位。底縱梁材質為雙[30槽鋼，長10.3m，采用背靠背結構，間距180mm，中間用10mm厚鋼板連接，筋板間隔1.5m。通過計算，縱梁底部不設置地腳千斤，亦能保證結構使用安全。

1-底縱梁 2-行走連接座

2.2.3 臺車工作平臺

鋼筋臺車工作平臺根據(jù)安設位置命名為三種平臺：側面、端部和頂部工作平臺。

(1)側面平臺：布置于桁架兩側，共有5層，設計為可抽拉式，單層平臺能承重1t。平臺由三角支架，固定工作平臺，活動平臺構成，三角支架通過連接板與立柱用螺栓連接，三角架上開設有安全護欄鋼管卡座，安全護欄高度1.2m，用φ48mm鋼管制作。活動平臺和固定工作平臺均由10#槽鋼縱梁和40/40/4角鋼焊接成骨架，上鋪2.5mm花紋鋼板構成。平臺單側設計寬度達到5m，滿足后期灌漿施工使用。三腳架采用H125型鋼和10#槽鋼支撐焊接而成，H型鋼作為活動平臺的滑道。活動平臺可在三角支架H型鋼內層抽出，以方便人員綁扎內外層鋼筋，平臺回收最里位置時距離已澆混凝土結構面有60cm，從而避免在轉彎行走時發(fā)生碰撞。

(2)端部工作平臺：設置于臺車前后兩端的中上部，主要滿足臺車兩側人員互通。

(3)頂部工作平臺：采取滿鋪設計，防止掉物砸傷下部施工或通行人員。設計時考慮了平臺的可拆性及通用性，當中部最頂層桁架拆除后，平臺可直接再次鋪設滿足灌漿臺車使用。

1-平臺支架，2-固定平臺，3-活動平臺，4-安全護欄卡座

2.2.4 臺車爬梯

臺車爬梯設置在臺車桁架兩側，方便人員上下各層工作平臺，攀爬設計角度為43°。爬梯由10#槽鋼、63/63/6角鋼、φ33/3的圓鋼管護欄組成，爬梯通過銷軸與平臺三角支架上焊接的連接板連接，圓鋼管護欄整片制作，在現(xiàn)場通過螺栓與爬梯槽鋼腹板上翼緣連接。

2.2.5 行走系統(tǒng)

該臺車行走系統(tǒng)由2套主動輪組和2套從動輪組組成。行走系統(tǒng)電機為6極異步電動機。電機輸出軸與擺線針輪減速器輸入端連接后，然后減速器底座通過螺栓固定在行走縱梁上。減速器輸出端與小鏈輪連接，大鏈輪均布開設螺栓孔，通過高強螺栓與行走輪連接成整體，鏈輪之間通過24a鏈條進行傳動，最終實現(xiàn)臺車行走速度小于5m/min。為滿足轉彎行走，臺車行走系統(tǒng)與臺車架之間設計成可繞豎軸線旋轉的結構。旋轉原理為行走輪鉸座上部焊接有φ106mm的旋轉軸，連接座中部制作成φ110mm的中空圓鋼筒。安裝時，連接座穿進旋轉軸坐落于行走輪鉸座上，連接座上部再與底縱梁連接，由于軸與圓筒之間可相對旋轉從而實現(xiàn)行走輪與連接座可旋轉。從而滿足輪子在軌道的約束下自由旋轉，滿足彎道行走要求。

行走系統(tǒng)行走縱梁由[25槽鋼制作，采取背靠背形式，腹板中部開設有輪軸安裝孔，輪軸與行走縱梁安裝后，通過卡板固定。行走輪軸與φ80mm輪軸通過調心滾子軸承配合組裝，達到減小行走阻力?？v梁端部設置有夾軌器，可在行進到指定位置后，通過其與軌道連接限制臺車移動，保證施工安全。

此項目臺車為滿足六條隧洞多種半徑曲率行走，特將臺車內外側輪子采取了不同輪徑設計。1#～6#隧洞內側輪子直徑的踏面輪徑為φ320mm，1#～4#隧洞外側輪子為φ335mm，5#、6#隧洞外側輪子踏面輪徑為φ335mm，從而實現(xiàn)在同樣轉速的情況下運行距離不同，以彌補內外軌道的長度偏差。為進一步彌補內外弧軌偏差，輪子踏面進行了加寬設計，保證相對軌道頂部寬度寬5cm，實現(xiàn)輪子翼緣在受到約束后，可以適當橫向移動。設計時輪子的翼緣加高到距離輪子踏面30mm，有效避免臺車在運行過程中脫軌。

1-行走縱梁，2-電機，3-減速器，4-小鏈輪，5-鏈條，6-大鏈輪，7-軸承，8-輪軸，9-行走輪，10-行走輪鉸座，11-行走連接座，12-夾軌器

2.2.6 軌道設計

軌道采用HW250×250型鋼作為墊梁，兩端加焊有連接板，上鋪P43鋼軌，鋼軌采用壓板固定，此種結構方式剛度大，強度高。軌道為滿足直線和曲線使用，實現(xiàn)各條隧道洞通用，降低成本，軌道采取3m分節(jié)制作，節(jié)與節(jié)之間采用螺栓連接。軌道采取以直代曲的方式鋪設，在最小轉彎半徑R50m隧洞內進行模擬，誤差最大為24mm。軌道為能安全牢固地固定在圓弧底拱上，軌道下部采取牛腿進行支撐，牛腿在圓弧面上通過錨固系統(tǒng)進行固定，一節(jié)3m軌道下部設置3套錨固系統(tǒng)，布置間距為1m。錨固系統(tǒng)由M36規(guī)格的B7螺栓、錐形套筒、密封殼和D25蛇形錨筋組成，B7螺栓和錐形套筒為周轉使用件，其余為損耗件。此種結構可最大程度地減小對下部仰拱混凝土的破壞，當使用完成后，將定位錐取出后，只需對定位錐孔用混凝土進行修補即可。牛腿主要采用12mm厚鋼板進行組焊制作，在與B7螺栓接觸處，采取貼板加強設計，滿足強度要求。為滿足現(xiàn)場就位調整，軌道墊梁與牛腿螺栓連接孔，開設為條形孔。

1-墊梁，2-鋼軌，3-壓板，4-牛腿，5-B7螺栓，6-錐形套筒及密封殼，7-錨筋

3 結語

鋼筋臺車于今年7月投入運用，現(xiàn)場行走平順、就位速度快，安全可靠，提高了鋼筋綁扎效率，很好地實現(xiàn)了最初的設計要求。結合實際運用情況筆者亦總結了一些需優(yōu)化設計之處：

(1)臺車側面活動平臺的抽拉采取硬滑動設計，需要通過多人配合才能抽動，后續(xù)類似項目可采取滾動設計，提高抽拉靈活性，提高就位效率；

(2)臺車兩側面平臺縱向長度設計為一樣，由于小曲率半徑內外弧差大，造成臨近兩倉就位狀態(tài)間有較大空檔，給鋼筋綁扎造成一定影響，建議后續(xù)類似項目外弧側面平臺縱向長度適當加大，更好滿足現(xiàn)場施工。

曾良紅(1986.09-)，男，漢族，四川隆昌人，工程師，本科，技術部副部長，從事模板設計工作。

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TV732.3∶TV554

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