淺析全斷面鋼模臺車在隧洞混凝土襯砌施工中的應用

，

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內的雅礱江干流上，電站裝機容量3000MW。水電站樞紐建筑物由礫石土心墻堆石壩、洞式溢洪道、深孔泄洪洞、放空洞、漩流豎井泄洪洞、5#導流洞、地下發(fā)電廠房、引水及尾水建筑物等組成。其隧洞群洞內混凝土襯砌均采用鋼模臺車施工，本文以5#導流洞為例予以闡述。

電站引水隧洞5#導流洞長1096m，設計開挖斷面為漸變城門洞型，分為3個斷面，下游向上游斷面尺寸由9m×12.5m(寬×高)經漸變段后變?yōu)?m×14m(寬×高)。全襯段洞身共有3種襯砌厚度，下游向上游襯砌厚度分別為0.8m、0.6m、1m。洞身底板存在縱坡，坡比為4.5645%(參見圖1)，側墻襯砌混凝土為抗沖耐磨混凝土，頂拱為常態(tài)混凝土，分界線在拱肩以下1m。

圖1 5#導流洞縱剖面

2 全斷面鋼模臺車設計

2.1 5#導流洞襯砌施工技術難點

根據(jù)5#導流洞的洞身特點分析，其技術難點為：

(1)臺車從下游向上游施工，襯砌斷面從9m×12.5m經過50m長的漸變段漸變到9m×14m，若能使用一種臺車實現(xiàn)全洞段襯砌澆筑是最經濟的首選方案，但要實現(xiàn)這一點勢必要通過簡單改制臺車來實現(xiàn)，但是在狹小的隧洞內如何通過簡單安全的方式來實現(xiàn)是個難點；

(2)在整個襯砌過程中，襯砌厚度需要經過從0.8m—0.6m—0.8m—1.0m的四次襯砌厚度變化過程，而此時底板尚未澆筑，這實際上又是四種斷面，就需要能夠調節(jié)臺車高矮襯砌施工；

(3)抗沖耐磨混凝土和泵送混凝土分界線在側墻拱肩以下1m，該分界線高程到頂拱的最大高度為3.5m。因側墻無法采用泵送混凝土，所以這個3.5m凈空既要考慮布置頂拱模板，又要布置為側墻輸送混凝土的縱向及橫向混凝土運輸設備，并且要兼顧模板立模脫模及頂拱泵管的布置干擾，空間非常狹小，如何合理布置是關鍵；

(4)該工程隧洞存在縱坡，臺車坡道行走及澆筑時的自身穩(wěn)定也是關鍵問題。

2.2 解決方案

2.2.1 不同襯砌厚度斷面臺車調整方案

現(xiàn)場施工方案要求先進行隧洞兩側墻襯砌，后頂拱襯砌，再進行隧洞底板回填澆筑。

具體設計方案如下：

以D53斷面為基準斷面進行臺車設計(參見圖1)：

(1)施工D54斷面時，在基準斷面鋼模臺車門架基礎上增加20cm增高塊；

(2)施工D53斷面時，在基準斷面鋼模臺車門架基礎上拆除20cm增高塊；

(3)澆筑D52斷面時，在基準斷面鋼模臺車門架基礎上增加4塊20cm增高塊，門架增加附斜撐，此時側面板增加150cm；

(4)澆筑D51斷面時，鋼模臺車在D52斷面的基礎上，在鋼模臺車門架基礎上增加20cm增高塊；

(5)鋼模臺車增加桿件及增減墊塊通過千斤頂整體頂升鋼模臺車來實現(xiàn)。

2.2.2 漸變段臺車調整方案

漸變段長50m，漸變段僅在斷面高度上發(fā)生漸變，寬度方向上保持不變，因而考慮使用本臺車局部進行小調整來襯砌該段，較之常規(guī)搭設滿堂紅腳手架進行襯砌的方案，可節(jié)約更多的經濟投入。

2.2.3 側墻抗沖耐磨混凝土供料方案

(1)抗沖耐磨混凝土縱向供料方案：該方案采用上下游各2臺5t電動葫蘆作為起升設備，外部混凝土運輸車將混凝土卸至3m3料罐內，由2臺電動葫蘆共同抬吊將3m3料罐垂直運送至臺車頂部，然后再分別水平運至四條橫向皮帶機下料部位，并坐落在皮帶機上部鋼架上進行混凝土卸料作業(yè)。

(2)抗沖耐磨混凝土橫向供料方案：在抗沖耐磨混凝土分界線以上設有四條橫向皮帶機，間距2.5m，每條皮帶機長6.8m，均為可移動式皮帶機，可左右移動將上下游兩個料罐送來的混凝土輸入到兩側墻。

2.2.4 隧洞鋼模臺車襯砌混凝土方案優(yōu)缺點

(1)優(yōu)點：

①充分合理利用頂拱有限空間，能滿足側墻抗沖耐磨混凝土輸料(拱肩以下1m)的要求；

②側墻抗沖耐磨混凝土輸料全部采用皮帶機，速度較快，可實現(xiàn)混凝土快速入倉；

③各條皮帶機運行采用電氣開關控制，移動就位時設有限位裝置和跑偏預警裝置，能及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行問題，結構安全；

④可滿足多斷面使用，盡管鋼模臺車體型龐大占用空間，但不影響下部通車；

⑤臺車與外部供料系統(tǒng)相對獨立，鋼模臺車結構相對簡單，設計風險小。

(2)缺點：

①其皮帶機及配套鋼結構總體造價高，系統(tǒng)總功率大，接線布線較多，有布線及用電安全要求；

②鋼模臺車隨著洞高變化，需要二次進行斜撐附件安裝及多次增高塊安拆；

③因隧洞有縱坡存在，電動葫蘆起吊系統(tǒng)在坡道上起重作業(yè)，作業(yè)風險相對較大，需設計限重及限位開關確保提升安全；電動葫蘆起吊系統(tǒng)整體移動及固定機構存在一定風險，設計結構較為復雜；起重系統(tǒng)在臺車內部占用較大空間，對臺車鋼結構設計有較高要求；

④鋼模臺車系統(tǒng)操作程序具有一定的順序性，相對復雜，需經過培訓才能進行操作。

3 全斷面鋼模臺車安裝調試

鋼模臺車由于自身較重及隧洞坡度原因，采用液壓驅動行走機構帶動臺車行走，利用液壓油缸和螺旋千斤調整模板到位和收模，利用料罐做垂直和平移運動，將混凝土通過皮帶機送至倉內進行隧洞側墻混凝土襯砌。鋼模臺車由模板總成，托架總成，平移機構，門架總成，行走機構，側向液壓油缸，側向支撐千斤，門架支撐千斤等組成。其外形尺寸12.15m×10.6m×(14.085m～14.995m)(長×寬×高)，高度根據(jù)斷面不同進行增高塊的增減。其總重274.34t，縱向長度12.15m，軟搭接0.15m，每一個襯砌長度12m。

鋼模臺車的安裝分洞外及洞內安裝。首先鋼模臺車經廠內拼裝、產品檢驗合格后將其拆卸成單個總成及零部件運至施工現(xiàn)場。洞外安裝前，在5#導流洞正對洞口的位置，平整一塊大于兩倍臺車長度和寬度的場地并壓實，利用25t汽車液壓起重機進行拼裝，將臺車安裝好后，起動行走機構將臺車開進洞內。洞內安裝是根據(jù)斷面不同進行增高塊的增減。

安裝調試流程為：箱式軌道安裝→門架安裝→托架安裝→頂部模板安裝→調整→邊模安裝→調整→聯(lián)接梁及支承千斤頂安裝→檢查、緊固所有螺栓→液壓及電氣系統(tǒng)安裝、調試→試運行。

(1)箱式軌道安裝：按總圖要求，檢查地面是否平整，如有坡度(一般為2%)，檢查坡度是否滿足設計要求，否則，軌道地基該挖則挖，該填則填，以保證安裝的基準。

(2)門架安裝：安裝門架時，橫梁與立柱，立柱與門架縱梁及各連接梁和斜拉桿的連接必須牢固，各固定螺栓必須擰緊；行走輪中心應與軌道中心重合，誤差不得大于5mm。整個門架安裝好后，找準兩根縱梁的中心線，其對角線長度誤差不得大于20mm。

(3)平移小車到位：兩套平移小車支撐在門架兩根邊橫梁上，調節(jié)油缸應調節(jié)到行程中位。

(4)安裝托架總成：先安裝托架縱梁，兩根縱梁支撐在平移小車的液壓油缸上，然后，依次安裝邊橫梁，中橫梁邊立柱中立柱及各支撐螺旋千斤，注意縱梁中心線應與門架中心線平行。兩根縱梁中心線的對角線長度誤差不得大于20mm。

(5)安裝模板總成：模板的安裝應先頂模，將全部頂模安裝到位后，再掛左右邊模，接著安裝千斤連接梁及各側向支撐千斤。

(6)安裝液壓站及液壓管道，配接電氣線路。

(7)部件的檢查：臺車安裝完畢后，全面檢查各部件各部位螺栓連接是否有松動，各連接銷子是否轉動靈活，各螺旋千斤伸縮是否達到設計要求，有關液壓件及管道是否有滲漏，電氣接線是否安全絕緣等。

(8)試運行：進行空載試車，觀測電氣及液壓是否工作正常，臺車各種動作是否靈活準確到位。

4 全斷面鋼模臺車混凝土襯砌施工

使用鋼模臺車必須嚴格按照操作順序及要求，正確使用與維護，以確保鋼模臺車安全正常工作，并延長其使用壽命。

其襯砌混凝土施工流程為：鋼模臺車安裝→倉位準備→鋼模臺車就位→鋼模臺車校模板→混凝土澆筑→脫模板→養(yǎng)護。

(1)基礎面清理?；A巖石面清理驗收合格后進行下一道工序施工。

(2)鋼筋綁扎及預埋件施工。在全斷面鋼模臺車前面安裝有一臺鋼筋臺車，兩臺車均使用同一軌道。按照混凝土澆筑方向，鋼筋綁扎需提前幾倉進行備倉。預埋件按照設計要求預埋后應采取保護措施，防止?jié)仓^程中被破壞。

(3)鋼模臺車行走和就位。首先為方便脫模，在模板外側涂抹脫模劑。打開上下游防滑座，操作多路換向閥手柄，讓側向油缸收回，使下?？偝苫乜s；收回豎向油缸，使上模板總成下降，在油缸動作前，要縮回相應的托架支撐千斤；旋回門架支撐千斤(基腳千斤)，使其離開軌面；操作多路換向閥手柄，使臺車在循環(huán)液壓頂推下行走到工作位置；臺車就位后，鎖定防滑座，旋出基腳千斤撐緊鋼軌，防止臺車移動。

(4)鋼模臺車立模。在測量人員配合下，操作多路換向閥手柄，通過調整，使模板外形達到施工要求。操作多路換向閥手柄，讓平移油缸工作，左右調節(jié)，使模板外形中心線與隧道中線重合；操作多路換向閥手柄，讓豎向油缸工作，升降調節(jié)，使上?？偝赏庑芜_到施工要求；操作多路換向閥手柄，讓側向油缸工作，伸縮調節(jié)，使下模總成外形達到施工要求。臺車模板外形達到混凝土施工要求后，應將托架支撐千斤撐緊托架縱梁；把側向千斤旋出，撐緊千斤連接梁；旋出撐地絲桿撐緊底部縱梁(地面預先按照一定間隔打好插筋)。

(5)混凝土襯砌。首先在兩側墻八個澆筑窗口安裝好料斗和溜桶，溜桶距混凝土面應不大于2m，澆筑過程中需保證左右側墻對稱下料，保證臺車受力平衡，左右側墻混凝土面高差應不大于50cm，混凝土入倉按照先側墻后頂拱順序進行。根據(jù)現(xiàn)場實際供料速度及澆筑要求，可以采取四條橫向皮帶機同側澆筑或兩側墻各兩條橫向皮帶機同時澆筑，每個料罐負責兩條皮帶機的供料。根據(jù)不同的澆筑高程位置相應打開附著在模板上面的1.5kW振搗器。當混凝土澆至分界線時，退出皮帶機關閉八個澆筑窗口，改用上下游兩個頂拱封拱器澆筑入倉，利用混凝土攪拌機在泵送過程中操作人員要密切關注壓力表數(shù)值變化，封頭板位置預緊拉桿螺栓，人員隨時觀察澆筑進展情況，盡可能使混凝土填滿倉位，澆筑完畢后，關閉封拱器封堵門。

(6)脫模。待混凝土強度達到設計強度約70%即可脫模。先拆除臺車前后周邊有關的模板，然后啟動液壓站工作。收回側向千斤頂，操作換向閥手柄，縮回側向油缸，收回下模板總成，使其離開混凝土，再用手拉葫蘆收回最下部小邊墻模板。收回豎向托架支撐千斤頂，操作換向閥手柄，縮回豎向油缸，脫下上模板總成，使其離開混凝土。關閉油泵電機清洗臺車，除掉模板表面上粘結的混凝土。鋼模臺車的一個工作循環(huán)結束后，檢查液壓站的抗磨液壓油用量是否足夠，不夠時應補加，檢查各聯(lián)結螺栓是否松動，銷子是否可靠，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，繼續(xù)下一個襯砌施工。

5 結語

四川甘孜州兩河口水電站引水隧洞群采用全斷面鋼模板混凝土襯砌隧道臺車進行混凝土施工，操作簡單方便，混凝土表面成型效果好，同時提高了混凝土澆筑質量和施工效率，縮短了施工工期，可供其他類似工程借鑒及推廣應用。