馬蹄形鋼模臺(tái)車在老撾南椰2水電站引水隧洞混凝土襯砌中的應(yīng)用

鄧 斌 吳 勇，熊 瀟

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

南椰2(Nam Ngiep2)水電站位于老撾川壙省(Xieng Khouang)，樞紐工程由南椰河引支流系統(tǒng)及南森河引水發(fā)電系統(tǒng)組成，輸水系統(tǒng)包括引支流壩、引支流隧洞；發(fā)電系統(tǒng)包括水庫(kù)及首部粘土心墻土石主壩、溢洪道、泄洪兼導(dǎo)流洞、進(jìn)水口及發(fā)電系統(tǒng)的引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道及地面廠房。電站裝機(jī)容量為3×60 MW，保證出力為56 MW，多年平均發(fā)電量為7.21×108kW·h，裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)為4 006 h。

老撾南椰2引水隧洞長(zhǎng)10 959.317 m(0+004～10+963.317)，為馬蹄形有壓隧洞，襯砌形式分為A、B、C、D四種型式，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖分別采用A、B、C、D 型式襯砌。A型襯砌為只進(jìn)行底板C25素混凝土澆筑，厚度為30 cm，襯砌后底寬442 cm，高530 cm，頂拱內(nèi)徑厚560 cm；B型襯砌與一次支護(hù)(邊頂拱噴15 cm厚混凝土)結(jié)合，二襯也只進(jìn)行底板C25素混凝土澆筑，厚度為30 cm，襯砌后底寬408 cm，高515 cm，頂拱內(nèi)徑為530 cm；C型襯砌為鋼筋(單層筋)混凝土全斷面襯砌，底板襯砌厚度為40 cm、邊頂拱為35 cm，襯砌后底寬340 cm，高470 cm，頂拱內(nèi)徑為460 cm；D型襯砌為鋼筋(雙層筋)混凝土全斷面襯砌，襯砌厚度為40 cm，襯砌后底寬340 cm，高470 cm，頂拱內(nèi)徑為460 cm。

因該引水隧洞混凝土襯砌具有施工的洞段長(zhǎng)、澆筑難度大、斷面結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，經(jīng)研究決定將老撾南椰2水電站導(dǎo)流洞中拆出的全圓軌道式液壓鋼模臺(tái)車修改后重新設(shè)計(jì)制作出具有針對(duì)性地解決引水隧洞斷面混凝土襯砌施工的馬蹄形鋼模臺(tái)車；全圓軌道式液壓鋼模臺(tái)車的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)、機(jī)械原理、材料等將在很大程度上體現(xiàn)在該馬蹄形鋼模臺(tái)車上，該方案為工程項(xiàng)目大大節(jié)約了材料、制造和運(yùn)輸成本。

2 馬蹄形鋼模臺(tái)車的結(jié)構(gòu)及具有的功能

根據(jù)隧洞斷面尺寸要求，設(shè)計(jì)制作了一套馬蹄形鋼模臺(tái)車，該臺(tái)車尺寸為12 m×4.3 m×7 m(長(zhǎng)×寬×高)；鋼模臺(tái)車的主要組成部分有：模板系統(tǒng)、臺(tái)車中梁、行走裝置及軌道、液壓系統(tǒng)以及絲桿系統(tǒng)。

2.1 模板系統(tǒng)

該臺(tái)車的模板長(zhǎng)度為12 m，分三部分，即兩側(cè)模部分與頂模部分。頂模由6張同標(biāo)準(zhǔn)的小模(2 m/張)組成，每塊小模兩側(cè)留有10 cm的搭接長(zhǎng)度以方便組裝搭接；側(cè)模面板采用10 mm厚的鋼板，主梁采用20 mm厚的鋼板，次梁采用10號(hào)槽鋼。頂模通過(guò)由液壓操作的頂升油缸和平移系統(tǒng)與中梁連接；為方便脫模，頂模與側(cè)模采用鉸接，其他采用螺栓連接(圖1)。

2.2 臺(tái)車中梁

中梁為桁架鋼結(jié)構(gòu)，它是連接固定模板和臺(tái)車行走裝置的基礎(chǔ)件；臺(tái)車定位后，該梁起到主要的支撐和受力作用。上下縱梁、立柱、立柱斜撐、橫梁等構(gòu)成整個(gè)機(jī)身框架，能夠很好地保證臺(tái)車在實(shí)際運(yùn)作中的穩(wěn)定性。為方便拆裝，中梁分為上塊件、下塊件及中梁柱，全部采用45號(hào)工字鋼制作，各構(gòu)件之間采用螺栓連接；8臺(tái)50 t螺旋千斤頂設(shè)置在該臺(tái)車中梁上平面，當(dāng)臺(tái)車行駛到指定位置時(shí)千斤頂升到固定高度，能夠?qū)δ０迤鸬胶芎玫姆€(wěn)定作用，防止?jié)仓r(shí)模板松動(dòng)而導(dǎo)致混凝土表面不規(guī)整、不光潔。兩排、共32根絲桿安裝在中梁兩側(cè)，其主要作用是連接和固定兩側(cè)邊模(圖2)。

圖1 馬蹄形鋼模臺(tái)車洞內(nèi)斷面圖

圖2 馬蹄形鋼模臺(tái)車主體結(jié)構(gòu)圖

2.3 行走裝置及軌道

軌輪為該臺(tái)車前后行走的主要裝置，其行走輪一邊三組，共六組，均采用φ500鑄鋼輪；軌道為43 kg/m鋼軌，軌道行走時(shí)其下方鋪設(shè)枕木，尺寸要求為20 cm×20 cm×100 cm。臺(tái)車行走依靠爬軌器，爬軌器的動(dòng)力主要由液壓泵站提供。當(dāng)液壓泵動(dòng)力輸出時(shí)，前-后輪中間油 缸(φ140×1 800 mm)通過(guò)伸縮作用促使爬軌器舒張和嚙合，實(shí)現(xiàn)鋼模臺(tái)車前進(jìn)或停止功能；由于臺(tái)車是從隧洞下游往上游澆筑，考慮到臺(tái)車自身行走安全，在軌道兩側(cè)焊接了穩(wěn)定支座和鎖定裝置，以避免軌道變形而導(dǎo)致臺(tái)車行走偏心和向下游方向滑行。

2.4 液壓系統(tǒng)

臺(tái)車的液壓系統(tǒng)由泵站、截止閥、油管和油缸等部件組成，其功能為對(duì)模板的立模、脫模以及臺(tái)車的行走起決定性的控制作用；而該鋼模臺(tái)車主要通過(guò)8只φ180頂模油缸實(shí)現(xiàn)升降作用和8只φ140側(cè)模油缸起伸縮功能。

3 臺(tái)車混凝土襯砌的施工方法

引水隧洞混凝土襯砌施工工藝流程見圖3。馬蹄形鋼模臺(tái)車主要實(shí)施全襯砌段(直線段)的混凝土襯砌。該鋼模臺(tái)車的工作形式為在已經(jīng)施工完畢的引水隧洞底板上安裝臺(tái)車軌道，軌道按每12 m為一段安裝，軌道相互之間采用道夾板螺栓連接，軌道與枕木之間用軌道釘連接牢固。每段軌道在安裝時(shí)都必須按照要求誤差調(diào)整達(dá)到安裝精度(兩軌標(biāo)高差±3 mm,軌距±5 mm，軌道中心線±5 mm,支點(diǎn)間軌道變形±2 mm,軌道接頭錯(cuò)縫±1 mm)；因鋼模臺(tái)車為軌道式邊頂拱鋼模臺(tái)車，故在已澆筑的底板混凝土上鋪設(shè)了2根46 kg/m的軌道作雙線支撐，行走方式采用液壓爬軌器牽引，行走軌輪在軌道上滾動(dòng)行走；門型鋼桁架支撐在軌道上，模板支撐在桁架上，模板的伸縮依靠液壓油缸，模板支撐采用可調(diào)絲桿與桁架連接。臺(tái)車結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、剛度和強(qiáng)度滿足要求，能夠承受混凝土澆筑和振搗的側(cè)向壓力和振搗力，防止產(chǎn)生模板位移，確保了混凝土結(jié)構(gòu)外形尺寸準(zhǔn)確并具有足夠的密封性，以免漏漿。

鋼模臺(tái)車的封頭模板采用5 cm厚的楔形木板，其在現(xiàn)場(chǎng)拼裝、固定在鋼模臺(tái)車的端部；局部超挖部位(混凝土厚度較大部位)采用外加支撐在巖體上；為避免上下游倉(cāng)號(hào)的混凝土出現(xiàn)銜接不良、錯(cuò)臺(tái)等缺限，將鋼模臺(tái)車直接搭接在已成型的混凝土段30～50 cm，使接頭部位平順連接。

在馬蹄形鋼模臺(tái)車混凝土襯砌施工過(guò)程中，由于靠近模板部位的混凝土極易粘接模板，故需控制好振動(dòng)棒與模板之間的距離，保證混凝土的外觀質(zhì)量；邊、頂拱混凝土的振搗、全襯砌段邊、頂拱混凝土的振搗采用固定在鋼模臺(tái)車上的附著振搗器振搗，平倉(cāng)采用從不同倉(cāng)口入料的方式以達(dá)到平倉(cāng)的目的。

圖3 混凝土施工工藝流程圖

在混凝土澆筑過(guò)程中，派專人守護(hù)模板，控制混凝土澆筑的上升速度，避免發(fā)生意外；在混凝土具有一定強(qiáng)度、保證不損傷混凝土棱角時(shí)方能脫模作業(yè)，脫模后的模板應(yīng)及時(shí)修整、清理表面，整齊堆放，以便下一循環(huán)使用；模板在每次使用前應(yīng)清理干凈，面板涂刷脫模劑；當(dāng)完成以上工作環(huán)節(jié)后，進(jìn)入下一個(gè)工作面。

4 混凝土襯砌施工的注意事項(xiàng)

鋼模臺(tái)車運(yùn)行必須指定專人負(fù)責(zé)，非專業(yè)操作人員不得運(yùn)行鋼模臺(tái)車；必須對(duì)電源進(jìn)行檢查，確定無(wú)問(wèn)題后方可合閘；應(yīng)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置、液壓裝置、制動(dòng)裝置進(jìn)行檢查，嚴(yán)禁帶病工作；鋼模臺(tái)車運(yùn)行時(shí)操作人員不得擅自離開操作臺(tái)，如需離開時(shí)必須經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人同意，同時(shí)，操作人員應(yīng)聽從指揮人員的信號(hào)進(jìn)行操作，如指揮人員所發(fā)信號(hào)不夠清楚或?qū)⒁鹗鹿蕰r(shí)可拒絕執(zhí)行并通知指揮人員。

臺(tái)車在澆筑施工時(shí)，混凝土在臺(tái)車兩側(cè)的入倉(cāng)速度必須受控；澆筑時(shí)，混凝土最大的下落高度不能超過(guò)2 m，兩側(cè)混凝土面的高差不得大于0.5 m，模板縱向前后混凝土的高差要求不超過(guò)0.4 m?；炷另敼皾M倉(cāng)時(shí)，封拱泵送要稍緩慢、壓力不可太大，以免臺(tái)車受損，臺(tái)車施工襯砌后的混凝土灑水養(yǎng)護(hù)按規(guī)定進(jìn)行。

鋼模臺(tái)車行走時(shí)，必須在其前后15 m的范圍外設(shè)置安全警示帶，禁止行人通行并掛“禁止通行”的標(biāo)示牌；臺(tái)車前進(jìn)方向20 m范圍內(nèi)嚴(yán)禁從事任何施工作業(yè)，并派專人負(fù)責(zé)主電源電纜的收放工作，以免電纜被車輪壓斷而損壞電纜；臺(tái)車工作時(shí)，由專人觀察模板是否與洞壁、混凝土澆筑面接觸、碰撞，協(xié)助指揮人員完成鋼模臺(tái)車的行走。

鋼模臺(tái)車立模時(shí)，先調(diào)節(jié)橫移裝置使鋼模對(duì)中，然后升頂模裝置至指定位置，頂緊上下螺旋撐桿，再由側(cè)模裝置撐開側(cè)模到位，頂緊上下螺旋絲桿，然后側(cè)模裝置撐開使側(cè)模到位、頂緊側(cè)部螺旋撐桿，再封堵澆筑。脫模時(shí)，先松開螺旋撐桿、收回側(cè)模，然后再降下頂模。

5 結(jié) 語(yǔ)

馬蹄形鋼模臺(tái)車在老撾南椰2水電站引水隧洞混凝土襯砌工程中的實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，鋼模臺(tái)車經(jīng)重新設(shè)計(jì)和修改后可適用于其它不同類型的洞段工程；該方案能夠很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)鋼模臺(tái)車具有單一性、獨(dú)特性的不足之處，因此，經(jīng)過(guò)合理的改造、設(shè)計(jì)、優(yōu)化等措施，可以更好地體現(xiàn)材料、工藝、制作的價(jià)值。