全圓引水隧洞襯砌混凝土施工
——針梁式臺(tái)車(chē)在全圓隧洞襯砌中的應(yīng)用

張明坦

（中國(guó)電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司 天津 300384）

1 前言

遼寧鐵嶺市清河區(qū)引水隧洞工程，隧洞共4段，全長(zhǎng)4040m。4段隧洞均為有壓隧洞，斷面為圓形，成洞洞徑D=5.8m，根據(jù)圍巖類(lèi)型不同襯砌厚度分為500mm、600mm、700mm三種。由于該工程工期較緊，要求標(biāo)準(zhǔn)較高，為加快進(jìn)度提高成型質(zhì)量，在隧洞混凝土襯砌中采用了針梁式臺(tái)車(chē)施工工藝，收到了較好的效果，保證質(zhì)量的同時(shí)提高了施工進(jìn)度。

2 臺(tái)車(chē)的構(gòu)造及工作原理

本工程采用的全圓針梁模板臺(tái)車(chē)由中國(guó)隧道集團(tuán)隧道設(shè)備制造有限公司設(shè)計(jì)制造，針梁長(zhǎng)29m，模板長(zhǎng)12.1m，共由8節(jié)組成，每節(jié)分底模、左邊模、右邊模和定模四部分（具體見(jiàn)鋼模臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖）。

圖1 針梁鋼模臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖（縱斷面）

2.1 臺(tái)車(chē)構(gòu)造

臺(tái)車(chē)總長(zhǎng)29m，模板襯砌長(zhǎng)度12.0m，主要由圓形模板、針梁及梁框總成、對(duì)中調(diào)整機(jī)構(gòu)、動(dòng)力牽引機(jī)構(gòu)、抗浮裝置、行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。

2.2 鋼模的工作原理

鋼模的立模、拆?？恳簤河透淄瓿?。在模板對(duì)應(yīng)的位置上安裝螺旋千斤頂，千斤頂后部與液壓油缸連接，通過(guò)液壓油缸對(duì)模板進(jìn)行定位和拆除。模板的精確定位是通過(guò)調(diào)整千斤頂?shù)穆菪齺?lái)控制。臺(tái)車(chē)的豎向調(diào)整是通過(guò)底座上的豎向油缸來(lái)調(diào)整，水平方向通過(guò)水平油缸左右調(diào)整。

模板的立模順序?yàn)椋旱啄！筮吥！疫吥！斈?；脫模順序?yàn)椋喉斈！疫吥！筮吥！斈！?/p>

2.3 行走與定位

臺(tái)車(chē)內(nèi)設(shè)置有電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)滾筒及循環(huán)鋼絲繩控制臺(tái)車(chē)行走。電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)固定在針梁上，鋼絲繩與模板滑架相連，從而使針梁和模板滑架產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。臺(tái)車(chē)移動(dòng)時(shí)，鋼模面板不能接觸初期支護(hù)混凝土面，必須墊方木，以避免模板受損破壞。臺(tái)車(chē)定位是通過(guò)豎向和水平油缸配合調(diào)整，用全站儀測(cè)量進(jìn)行精確定位。

2.4 澆搗系統(tǒng)

臺(tái)車(chē)模板上共開(kāi)有30個(gè)工作窗，沿模板橫斷面周長(zhǎng)方向平均分布8排，模板正頂部設(shè)置有2個(gè)工作窗，間距6m。其它7排均布置有4個(gè)工作窗，間距3m。這些工作窗口為下料與振搗窗口，澆筑時(shí)可保持對(duì)稱(chēng)均勻下料，插入式振搗棒隨澆隨振搗。該臺(tái)車(chē)模板上還設(shè)置有20臺(tái)ZW-7型1.5kW附著式振搗器，分為5排，其中正底部一排，左右兩側(cè)與水平夾角45°方向各有一排。每排4個(gè)振搗器，間距3m。每個(gè)振搗器均可單獨(dú)控制。

2.5 抗浮設(shè)置

澆筑混凝土?xí)r，為防止因澆筑速度過(guò)快，導(dǎo)致模板上浮，需在臺(tái)車(chē)鋼模兩端及中間設(shè)置抗浮支撐?？垢≈闻c初期支護(hù)混凝土面接觸，并設(shè)有抗傾斜裝置，使其穩(wěn)定支撐著臺(tái)車(chē)。中間的抗浮支撐設(shè)有支撐窗口，在澆筑到拱頂時(shí)已無(wú)上浮危險(xiǎn)，即可拆除該支撐，然后封死該支撐窗口。

2.6 液壓系統(tǒng)

臺(tái)車(chē)行走和模板支拆通過(guò)液壓系統(tǒng)傳遞動(dòng)力。

液壓系統(tǒng)由液壓站、高壓油管、油缸及控制線組成，工作壓力20MPa。為便于調(diào)平，針梁的四支油缸為單獨(dú)作用。邊模油缸有兩只控制手柄，左右各一支；頂模有一支控制手柄；前后各設(shè)置一支平移控制手柄。

3 襯砌工藝流程

設(shè)計(jì)要求全圓混凝土一次性澆筑成型，分倉(cāng)長(zhǎng)度為12m，施工中采用針梁式鋼模臺(tái)車(chē)，與HBT60混凝土輸送泵、12m3混凝土罐車(chē)配套使用，泵送入倉(cāng)。

具體流程見(jiàn)圖2。

圖2 混凝土襯砌工藝流程圖

3.1 模板就位安裝

采用全站儀配合水平儀控制鋼模臺(tái)車(chē)圓心軸線與里程，軸線里程確定好后將臺(tái)車(chē)制動(dòng)。立模按照底模、左邊模、右邊模、定模的順序進(jìn)行，根據(jù)臺(tái)車(chē)端頭里程，按設(shè)計(jì)坡度調(diào)整模板標(biāo)高。端頭標(biāo)高定好后，最后用絲杠對(duì)模板進(jìn)行微調(diào)定型，同時(shí)對(duì)抗浮機(jī)構(gòu)進(jìn)行加固。

3.2 封頭模板與止水帶安裝

3.2.1 橡膠止水帶安裝方法

采用I型止水帶，尺寸為350×10mm，根據(jù)設(shè)計(jì)在廠家制作成環(huán)形，比現(xiàn)場(chǎng)熱硫化搭接既節(jié)約了時(shí)間，又保證了質(zhì)量。

止水帶安裝位置沿襯砌輪廓線距離內(nèi)壁15cm位置進(jìn)行固定，采用φ16鋼筋制作U型定位鋼筋卡，定位鋼筋通過(guò)焊接在雙層鋼筋網(wǎng)上來(lái)固定止水帶，保證止水帶不上下左右移動(dòng)。每條止水帶采用45個(gè)定位鋼筋進(jìn)行固定，間距為0.42m。

3.2.2 封頭模板形式

封頭模板采用木模封堵，首先在臺(tái)車(chē)鋼模板兩端外邊緣焊接φ28的環(huán)向固定鋼筋，通過(guò)固定鋼筋和木楔子來(lái)固定封頭木模。然后沿巖壁鉆孔，埋設(shè)模板固定鋼筋（φ28），鋼筋間距1m。用鋼管套在固定鋼筋上，通過(guò)粗鐵絲將臺(tái)車(chē)端頭與固定鋼筋綁扎牢固，鋼管與封堵模板間的空隙用木楔子塞實(shí)。此方法靈活方便，對(duì)巖壁表面不規(guī)則時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)很好的封堵。

3.3 混凝土澆筑

采用一臺(tái)HBT60混凝土輸送泵，混凝土由工作窗口入倉(cāng)。為防止模板傾斜，混凝土應(yīng)對(duì)稱(chēng)均勻下料入倉(cāng)，首先從模板最下排中間兩孔進(jìn)料，待澆筑至混凝土快平齊工作窗時(shí)，關(guān)閉工作窗，再在兩端兩孔進(jìn)料。第一排灌注完畢后，再?gòu)牡诙殴ぷ鞔斑M(jìn)行灌注，以此類(lèi)推，直至封頂。混凝土每層澆筑厚度控制在50cm以?xún)?nèi)，采用插入式φ50振搗棒振搗密實(shí)，并利用倉(cāng)外附著式振搗器，對(duì)人員不易操作的部位加強(qiáng)振搗。在拱底范圍易產(chǎn)生氣泡導(dǎo)致蜂窩麻面現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)該處加強(qiáng)振搗，盡量將氣泡引出，避免漏振和過(guò)振。拱腰及以上部位澆筑時(shí)，應(yīng)控制澆注速度，避免因速度過(guò)快造成封頭模板損壞。封頂時(shí)，混凝土輸送泵應(yīng)減小壓力使用低速檔灌注，并安排專(zhuān)人隨時(shí)注意灌注口的壓力變化，避免因混凝土注滿后仍強(qiáng)行灌注使模板產(chǎn)生變形。

為減少堵管的機(jī)率，應(yīng)嚴(yán)格控制骨料粒徑，級(jí)配要好，保持較好的和易性，并在泵車(chē)進(jìn)料口做好現(xiàn)場(chǎng)塌落度試驗(yàn)。澆筑過(guò)程中，在兩臺(tái)罐車(chē)交替間隙，輸送泵車(chē)內(nèi)要準(zhǔn)備一斗余料，萬(wàn)一供料不及時(shí)，每間隔10min開(kāi)啟泵送一次，以防堵管。

3.4 模板拆除

混凝土澆筑完成24h后，方可進(jìn)行模板拆除。拆除時(shí)應(yīng)先拆封頭木模板，然后按頂模、右邊模、左邊模、頂模的順序拆模，操作時(shí)應(yīng)注意封頭處避免碰傷混凝土邊角。

3.5 混凝土的養(yǎng)護(hù)

模板拆除后應(yīng)進(jìn)行混凝土的養(yǎng)護(hù)，采取噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14d。對(duì)混凝土表面出現(xiàn)的麻面氣泡等外觀缺陷應(yīng)按照經(jīng)監(jiān)理批復(fù)的處理方案進(jìn)行處理。通過(guò)工程實(shí)踐，嚴(yán)格按照施工程序施工，脫模劑涂刷均勻，振搗到位，拆模后的外觀質(zhì)量效果較好。

4 混凝土配合比與原材料控制

4.1 混凝土配合比

襯砌混凝土C35W12F200設(shè)計(jì)配合比經(jīng)監(jiān)理單位批準(zhǔn)，并通過(guò)四方參加的現(xiàn)場(chǎng)施工配合比試配驗(yàn)證，指標(biāo)及要求如下：

（1）每立方米混凝土原材料中的總堿含量不大于3.0kg；

（2）選用中砂，混凝土膠砂率宜為40～45%；

（3）混凝土水膠比控制在0.45～0.48之間；

（4）混凝土中的氯離子含量不大于0.06%；

（5）混凝土中不應(yīng)采用堿活性骨料；

（6）泵送混凝土出機(jī)坍落度宜控制在160mm±30mm（仰拱）、180mm±30mm（邊頂拱）。泵送混凝土拌和物的坍落度經(jīng)時(shí)損失不大于30mm/h。

4.2 原材料控制

（1）水泥：選擇低堿含量的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，且應(yīng)選擇正規(guī)大型廠家的產(chǎn)品。

（2）粗細(xì)骨料

①粗骨料：選擇5～20mm、20～40mm天然卵石，含泥量小于0.5﹪，針片狀含量小于5%，壓碎指標(biāo)小于12%，達(dá)到《建設(shè)用卵石、碎石》（GB/T14685-2011）Ⅱ類(lèi)技術(shù)指標(biāo)要求。

②細(xì)骨料：選擇滿足《建設(shè)用砂》（GB/T14685-2011）中Ⅱ類(lèi)2區(qū)技術(shù)指標(biāo)要求的中砂。

（3）外加劑：根據(jù)隧洞襯砌混凝土的標(biāo)準(zhǔn)要求選擇緩凝型聚羧酸減水劑，減水率大于等于25%，初凝凝結(jié)時(shí)間差大于90min。

（4）摻合料：按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用性能指標(biāo)Ⅱ級(jí)及以上的粉煤灰，摻量嚴(yán)誤差控制在±2%。

（5）抗裂防水劑：選擇的抗裂防水劑滿足《砂漿、混凝土防水劑》（JC474-2008）和《混凝土膨脹劑》（GB23439-2009）的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求。

5 效果分析

針梁式臺(tái)車(chē)應(yīng)用于全圓隧洞優(yōu)點(diǎn)明顯，主要體現(xiàn)在這幾個(gè)方面：

①可大大加快施工進(jìn)度，在實(shí)際應(yīng)用中，能達(dá)到2d一倉(cāng)的速度（一倉(cāng)12m），效益明顯。②澆筑效果較好，針梁式臺(tái)車(chē)使混凝土澆筑一次成型，外觀質(zhì)量較好，表面整潔，后續(xù)清理工作量小。③臺(tái)車(chē)的機(jī)械設(shè)備利用率較高，閑置時(shí)間基本為混凝土等強(qiáng)時(shí)間。

但缺點(diǎn)也明顯，主要有：

（1）由于設(shè)備是提前從廠家定做，造成一次投入較大，重復(fù)利用率低。

（2）由于設(shè)備較重，構(gòu)配件較多，造成安裝、轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)，不利于轉(zhuǎn)場(chǎng)。

（3）質(zhì)量問(wèn)題較突出，受廠家生產(chǎn)工藝，現(xiàn)場(chǎng)組裝條件，使用不當(dāng)?shù)仍?，設(shè)備在使用過(guò)程中發(fā)生過(guò)模板變形等現(xiàn)象。模板一旦發(fā)生變形調(diào)整難度較大，需更換發(fā)生變形部位所在的整塊模板，由于是弧形模板且在廠家生產(chǎn)，更換費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

6 總結(jié)

總體說(shuō)，針梁式臺(tái)車(chē)的優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)，在本工程應(yīng)用中取得了較好的效果，保證了工程進(jìn)度和質(zhì)量。在前期做好調(diào)查，選擇適合本工程的臺(tái)車(chē)，嚴(yán)格安裝操作規(guī)程作業(yè)，還是可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效果的。