論整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車在馬蹄形斷面隧洞中的應(yīng)用

王仁龍 武映文 韓永杰

（1.山西省水利水電勘測設(shè)計研究院山西太原030024；2.山西省中部引黃工程建設(shè)管理局山西太原030000；

0 引言

某隧洞工程地處溫季大陸性半濕潤型氣候區(qū)，地質(zhì)圍巖為Ⅴ類和土洞。依據(jù)設(shè)計要求，襯砌橫斷面為城門洞形和馬蹄形。城門洞形橫斷面混凝土襯砌采用的鋼模臺車可為分離式，多次澆筑形成。馬蹄形橫斷面混凝土襯砌宜用整體式，整體針梁式鋼模臺車應(yīng)運(yùn)而生。整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車，從技術(shù)要素、工作原理、操作性能、施工質(zhì)量、工作效率、使用功能等方面，進(jìn)行闡述與論證，展示了整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車在馬蹄形橫斷面施工中具有巨大的優(yōu)越性，可推廣使用。

1 水利工程混凝土襯砌鋼模臺車形式

1.1 綜述

水利工程混凝土襯砌鋼模臺車形式多種多樣，有邊頂拱式、直墻變截面頂拱式、全圓針梁式、全圓穿行式等。鋼模臺車的主要作用是為提高混凝土襯砌表面光潔度，加快混凝土襯砌速度，降低勞動強(qiáng)度而設(shè)計、制造的專用設(shè)備。

鋼模臺車由橫板部分、門體部分、行走部分、支撐機(jī)構(gòu)、平移系統(tǒng)及其他附屬裝置組成。

安裝的順序為：底板—門形架—兩邊側(cè)模及其他支撐（斜支撐及水平支撐）—頂模及其支撐—其他附件。

1.2 適用范圍

邊頂拱式、直墻變截面頂拱式、全圓穿行式鋼模臺車，多用于鐵路、公路及部分水利工程。全斷面針梁式鋼模臺車，多用于全圓或橢圓斷面的地下隧洞引水洞和導(dǎo)流洞。而本文提到的馬蹄形斷面適用的鋼模臺車很少，為了探索和應(yīng)用，將整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車用于馬蹄形橫斷面工程。

2 馬蹄形斷面形式和基本要求

馬蹄形斷面，依據(jù)某水利輸水隧洞工程建設(shè)實際，采用水利條件較好，性能優(yōu)越，3 個不同半徑的4段圓弧構(gòu)成，相對較為復(fù)雜的斷面形式。圖1 為某水利工程設(shè)計馬蹄形橫斷面形式，縱坡1/3 000，設(shè)計輸水流量2.63 m3/s，混凝土襯砌長度（每段）8 m。

圖1 馬蹄形設(shè)計橫斷面

2.1 整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車

整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車的基本參數(shù)和工作原理，簡述如下。

2.1.1 基本參數(shù)

1）臺車每模襯砌長度8 100 mm；

2）最小脫模量110 mm；

3）水平最大調(diào)整量175 mm（單邊）；

4）軌道中心距1 030 mm；

5）升降油缸行程300 mm；

6）左側(cè)油缸行程300 mm；

7）右側(cè)油缸行程300 mm；

8）頂模油缸行程350 mm；

9）平移油缸行程200 mm；

10）整車長度23 600 mm；

11）整車寬度3 020 mm；

12）整車高度3 020 mm（不帶基座）。

圖2 為馬蹄形混凝土襯砌臺車橫斷面。

圖2 馬蹄形混凝土襯砌臺車橫斷面

2.1.2 整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車工作原理

1）立模

鋼模臺車沿隧洞軸線調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢茫コs物，涂刷脫模劑，調(diào)整平移油缸按鈕，待臺車中心與隧洞中心重合時，旋緊升降油缸，將門架立柱和螺栓固定針梁上，微調(diào)側(cè)向模板，形成剛性體，并與巖體固定。

2）混凝土澆筑

混凝土的坍落度控制在160～200 mm 之間，根據(jù)混凝土灌注部位不同，混凝土坍落度取不同的值。墻體混凝土坍落度宜小，拱頂部混凝土坍落度宜大。在保證混凝土便于泵送的情況下，盡量減少混凝土的坍落度，并提高混凝土的和易性、保水性，避免混凝土泌水。

混凝土采用泵送，用分層、左右交替對稱澆注，每層澆筑厚度不大于1 m。兩側(cè)高差控制在50 cm 范圍。接頭管箍避免接觸不當(dāng)造成爆脫，管路用方木支墊高超出地面，穿過臺車時管箍不與臺車構(gòu)件相接觸?；炷凛斔凸苈范瞬吭O(shè)置一根軟管，軟管管口至澆筑面垂距控制在1.5 m 以內(nèi)，以避免混凝土集料堆積和產(chǎn)生離析。拆模前后需加強(qiáng)混凝土灑水養(yǎng)護(hù)，降低溫度，保證混凝土施工質(zhì)量。

3）行走

針梁脫模后，松動門架與針梁，各機(jī)械和設(shè)備配合行走；行走速度不超過4 m/s，在整體鋼模臺車行走前，四周模板采用固定措施，預(yù)防在臺車行走過程中滑落。

3 整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車總成及液壓系統(tǒng)

整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車由模板總成、針梁總成、梁框總成、水平和垂直對中調(diào)整機(jī)構(gòu)、卷揚(yáng)牽引機(jī)構(gòu)、抗移裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。

圖3 和圖4 為整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車，針梁移動圖例。

圖3 針梁式鋼模臺車移動中

圖4 針梁式鋼模臺車移動中

針梁總成由針梁、針梁支腿、兩側(cè)抗滑梁、卷揚(yáng)機(jī)、鋼絲繩、滑輪、千斤頂?shù)炔考M成。

液壓系統(tǒng)由油缸、千斤頂、支撐支腿、電機(jī)、旋鈕、按鈕等部件組成。

電氣系統(tǒng)由漏油斷路器、熔斷器、熔斷器芯、電機(jī)、熱繼電器、指示燈、按鈕、配電箱等部件組成。

4 在操作方式方面

整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車，因針梁總成系統(tǒng)，優(yōu)于邊頂拱式、直墻變截面頂拱式、全圓穿行式等臺車，所以針梁式鋼模臺車機(jī)械化程度高，整體性能好，行走靈活，能夠快速牽引和移動，操作方便。

通過某地下輸水隧洞1 000 m 洞段125 倉襯砌測試，在操作靈活方面，與其他鋼模臺車比較，性能更優(yōu)越，便于現(xiàn)場施工人員使用，降低工人勞動強(qiáng)度。

5 在施工質(zhì)量方面

整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車，在某地下輸水隧洞1 600 m 洞段200 倉混凝土襯砌質(zhì)量來看，針梁式鋼模臺車在馬蹄形橫斷面混凝土襯砌中，實現(xiàn)了底、邊、頂、拱一次成型，外觀光潔美觀，強(qiáng)度高，平整度好，整體質(zhì)量佳，與其他鋼模臺車施工質(zhì)量相比，優(yōu)越30%。工程質(zhì)量評定100%合格，優(yōu)良率達(dá)到98%以上。

6 在工作效率方面

整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車，全圓馬蹄形斷面一次成型，多種設(shè)備共同作用，工作效率大大提高，立模、拆模速度加快。從立模、混凝土澆筑、拆模整個周期循環(huán)方面，每襯砌一倉可節(jié)省3 到5 個小時。長度480 m 的隧洞劃分為60 個混凝土倉面，全部施工完成共耗時61 d，整體混凝土襯砌工作效率提高25%以上。

7 在使用功能方面

整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車，在馬蹄形斷面隧洞混凝土襯砌作業(yè)中，充分體現(xiàn)使用價值，循環(huán)可靠，安全穩(wěn)定，靈活使用，很好地發(fā)揮了經(jīng)濟(jì)效益，展現(xiàn)了良好的使用功能，對地下輸水隧洞混凝土襯砌起到良好的保障作用。

8 結(jié)語

通過對整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車的基本參數(shù)、工作原理、結(jié)構(gòu)的闡述，經(jīng)過現(xiàn)場某地下輸水隧洞工程現(xiàn)場馬蹄形斷面混凝土襯砌的實踐，在操作方式方面、在施工質(zhì)量方面、在工作效率方面、在使用功能方面，進(jìn)行綜合分析和論證，整體針梁式混凝土襯砌鋼模臺車與其他鋼模臺車相比，具有較強(qiáng)的使用優(yōu)勢，顯著的功效，適合馬蹄形斷面混凝土襯砌，具有推廣價值。