引水隧洞全斷面通用鋼模臺(tái)車設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

陳學(xué)永

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)建設(shè)工程有限公司，昆明 650217）

烏弄龍水電站引水隧洞混凝土采用引水隧洞彎段、平段全斷面通用鋼模臺(tái)車襯砌施工技術(shù)進(jìn)行襯砌，在平洞段、彎洞段全斷面通用同一鋼模臺(tái)車，實(shí)現(xiàn)平洞段、轉(zhuǎn)彎洞段的連續(xù)施工，對(duì)引水隧洞混凝土快速襯砌施工具有重大意義。引水隧洞彎段、平段全斷面通用鋼模臺(tái)車為隧洞全圓襯砌，底、邊、頂一次性成型。在施工過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)模板、鉸連接、模板支座的置換，實(shí)現(xiàn)同一臺(tái)車在平洞段及轉(zhuǎn)彎洞段的連續(xù)施工。臺(tái)車以針梁系統(tǒng)和固定式模板系統(tǒng)為固定結(jié)構(gòu)，構(gòu)成整個(gè)臺(tái)車的主體結(jié)構(gòu)。通過(guò)在不同部位，組合不同的調(diào)節(jié)模板，實(shí)現(xiàn)不同的隧洞結(jié)構(gòu)型式混凝土施工；根據(jù)隧洞轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)整可調(diào)式鉸連接、模板支座尺寸，實(shí)現(xiàn)整個(gè)臺(tái)車模板準(zhǔn)確就位，并且脫模時(shí)能保持同軸轉(zhuǎn)動(dòng)模板。

1 全斷面通用鋼模臺(tái)車設(shè)計(jì)

全斷面通用鋼模臺(tái)車由5 部分組成，分別為針梁系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)和支撐加固系統(tǒng)。

（1）針梁系統(tǒng)設(shè)計(jì)。針梁系統(tǒng)包括針梁結(jié)構(gòu)、支腿結(jié)構(gòu)，采用螺栓連接，是整個(gè)臺(tái)車的主要承載結(jié)構(gòu)。臺(tái)車支腿結(jié)構(gòu)包括可調(diào)式頂撐、液壓千斤頂和滑套?？烧{(diào)式頂撐通過(guò)螺栓可以固定在不同的高度，用于調(diào)節(jié)整個(gè)臺(tái)車的高度。液壓千斤頂用于模板系統(tǒng)的脫模，上部與可調(diào)式頂撐連接，下部與滑套連接。通過(guò)調(diào)節(jié)滑套的伸縮長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)鋼模臺(tái)車的垂直位置?；紫虏颗c行走機(jī)構(gòu)連接，上部套在臺(tái)車支腿結(jié)構(gòu)內(nèi)。

（2）模板系統(tǒng)設(shè)計(jì)。模板系統(tǒng)包括固定式模板、調(diào)節(jié)模板、鉸連接、模板支座，模板由桁架結(jié)構(gòu)及模板組成，其結(jié)構(gòu)形式在引水隧洞平洞段、彎洞段內(nèi)均保持不變。其中，固定式模板在同一軸線方向采用鉸連接，相鄰塊模板采用螺栓連接。調(diào)節(jié)模板無(wú)桁架結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺栓與固定式模板連接成整體，在平洞段為標(biāo)準(zhǔn)圓柱體，調(diào)節(jié)模板在彎洞段根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑加工成異形體，調(diào)節(jié)模板在臺(tái)車從平洞段進(jìn)入彎洞段時(shí)拆除，換成調(diào)節(jié)模板。鉸連接在平洞段、彎洞段內(nèi)均保持多鉸同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鉸連接與模板采用螺栓連接。在臺(tái)車從平洞段進(jìn)入彎洞段時(shí)拆除兩側(cè)鉸連接，換成另一鉸連接，通過(guò)鉸連接的銷軸位置變化，實(shí)現(xiàn)全套模板的多鉸同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。模板支座位于臺(tái)車針梁系統(tǒng)與模板系統(tǒng)之間，通過(guò)支座的形體變化，用于調(diào)節(jié)平段、彎洞段臺(tái)車針梁與模板間的角度及位置，支座采用螺栓連接，在臺(tái)車從平洞段進(jìn)入彎洞段時(shí)拆除模板支座，換成另一模板支座。

（3）行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)。行走系統(tǒng)包括軌道支撐、軌道及行走機(jī)構(gòu)，臺(tái)車行走系統(tǒng)前端軌道鋪設(shè)在基巖面上，后端軌道鋪設(shè)在已澆筑完成的混凝土面上，兩端軌道的高差通過(guò)臺(tái)車支腿結(jié)構(gòu)內(nèi)可調(diào)式頂撐的位置和滑套長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。

（4）牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)。牽引系統(tǒng)包括滑輪組、牽引繩及卷?yè)P(yáng)機(jī)，由牽引繩通過(guò)滑輪導(dǎo)向，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引臺(tái)車針梁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)臺(tái)車移動(dòng)，在彎洞段臺(tái)車就位后，保持牽引系統(tǒng)始終處于受力狀態(tài)，承擔(dān)部分臺(tái)車自重及混凝土重力。

（5）支撐加固系統(tǒng)設(shè)計(jì)。支撐加固系統(tǒng)由臺(tái)車兩端的上、下、左、右抗浮支撐桿及加固支撐桿組成，支撐加固系統(tǒng)固定在臺(tái)車針梁結(jié)構(gòu)兩端，前端支撐在基巖面上，后端支撐在已澆筑的混凝土面上。

2 全斷面通用鋼模臺(tái)車受力分析

全斷面通用鋼模臺(tái)車?yán)肁nsys有限元分析軟件對(duì)門架結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行分析驗(yàn)算，針梁固定共4 個(gè)點(diǎn)，模板自重取45 t，混凝土頂部120°，混凝土厚度1.1 m，臺(tái)車長(zhǎng)度6 m，實(shí)際混凝土重量為63.36 m3×2.4 t/m3=152.064 t，合計(jì)重量：197.064 t；即197.064 t×1000 kg×9.8 N/kg=1 931 227.2N，臺(tái)車針梁頂部?jī)蓚€(gè)面受力，每個(gè)點(diǎn)受力1 931 227.20 N/2=965 613.6 N，根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析結(jié)果得最大應(yīng)力為92.775 MPa（見(jiàn)圖1），為材料Q235 屈服強(qiáng)度235 MPa 的39%，最大位移總變形量為0.88 134 mm（見(jiàn)圖2），符合設(shè)計(jì)要求。

圖1 臺(tái)車應(yīng)力屈曲圖

圖2 總變形位移圖

3 全面段通用鋼模臺(tái)車在隧洞內(nèi)安拆技術(shù)

在引水隧洞平洞段安裝全段面通用鋼模臺(tái)車主要利用25 t吊車及15 t卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行安裝。依靠洞內(nèi)事先設(shè)置的天錨輔以8 t 汽車吊及15 t 卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行配合安裝。

全段面通用鋼模臺(tái)車安裝順序：天錨安裝→安裝平臺(tái)→鋪設(shè)軌道→針梁安裝→模板安裝→液壓管道、電氣線路等安裝。

（1）安裝平臺(tái)。按照臺(tái)車尺寸，在指定安裝洞內(nèi)段，采用石渣回填出安裝平臺(tái)，平臺(tái)地面應(yīng)平整，滿足設(shè)計(jì)安裝的基準(zhǔn)要求，并在兩端碼放編織袋，以確保平臺(tái)整體穩(wěn)定。

（2）鋪設(shè)軌道。在石渣回填的安裝平臺(tái)上，直接鋪設(shè)軌道。軌道選用P43 kg/m 型鋼軌，高度為140 mmm，支撐在預(yù)制的支座上。

（3）針梁安裝。平板拖車將臺(tái)車構(gòu)件運(yùn)至安裝平臺(tái)，采用8 t 汽車吊進(jìn)行卸車及安裝，吊車?？吭诎惭b平臺(tái)上。安裝針梁時(shí)，針梁與立柱各連接梁和斜拉桿的連接必須牢固，各固定螺栓必須擰緊。

（4）模板安裝。鋼模臺(tái)車針梁安裝完成后，將臺(tái)車針梁往上、下游牽引，空出安裝平臺(tái)，開(kāi)始模板安裝。首先安裝頂模、依次為側(cè)模、底模安裝。頂模安裝采用15 t 天錨，手拉葫蘆將模板從平板拖車上直接提升，提升至頂部后，將臺(tái)車針梁牽引就位，頂模下降、就位，最后在臺(tái)車針梁上固定。再將臺(tái)車針梁往上游牽引，空出安裝平臺(tái)，開(kāi)始側(cè)模安裝，側(cè)模安裝同頂模，最后將側(cè)模通過(guò)鉸接固定在頂模上，同時(shí)安裝側(cè)模的支撐千斤頂。側(cè)模安裝完成后，人工用手拉葫蘆將底模拖至安裝部位，通過(guò)葫蘆調(diào)節(jié)，最終安裝在側(cè)模上。

模板安裝分3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)含頂模、側(cè)模及底模。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝完成后，進(jìn)行調(diào)節(jié)模板的安裝，最后安裝搭接模板。

（5）全斷面通用鋼模臺(tái)車拆除。鋼模臺(tái)車運(yùn)行結(jié)束后，退回到安裝平臺(tái)上進(jìn)行拆除，拆除順序與安裝順序恰好相反。臺(tái)車拆除后，再進(jìn)行安裝平臺(tái)段的混凝土澆筑施工。

4 全面段通用鋼模臺(tái)車牽引技術(shù)

4.1 下彎段及下平洞鋼模臺(tái)車牽引

下彎段鋼模臺(tái)車牽引錨固點(diǎn)設(shè)置在下彎段回填混凝土上，在回填混凝土施工時(shí)，將牽引錨固結(jié)構(gòu)預(yù)埋進(jìn)去。卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝在引水隧洞下平段底板上，采用型鋼支架作為支撐結(jié)構(gòu)，卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)置后拉鋼絲繩，防止傾覆。

4.2 上彎段及上平洞鋼模臺(tái)車牽引

上彎段鋼模臺(tái)車牽引錨固點(diǎn)設(shè)置在上平洞，為型鋼支撐架，負(fù)責(zé)上彎段混凝土施工。上平洞由卷?yè)P(yáng)機(jī)直接牽引臺(tái)車，卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝在引水隧洞進(jìn)口段底板混凝土上。

4.3 滑車及卷?yè)P(yáng)機(jī)選型和布置

4 臺(tái)8 輪160 t 滑車（用于上彎段）及4 臺(tái)6 輪120 t滑車（用于下彎段），同時(shí)根據(jù)滑車配置相應(yīng)的鋼絲繩，15 t卷?yè)P(yáng)機(jī)（4臺(tái)，上下彎段各2臺(tái)）。8個(gè)導(dǎo)向滑輪根據(jù)鋼絲繩型號(hào)確定?；嚨倪B接方式采用鋼絲繩將滑車與錨固結(jié)構(gòu)纏繞連接。

鋼絲繩驗(yàn)算如下：

4.3.1 牽引鋼絲繩的選擇

牽引鋼絲繩擬選擇公稱抗拉強(qiáng)度為1670 MPa、直徑32 mm的纖維芯鋼絲繩，該鋼絲繩規(guī)范最小破斷拉力為692.7 kN?？紤]運(yùn)行安全，斜拉鋼絲繩安全系數(shù)K=6倍。

按照上述要求計(jì)算用于牽引的鋼絲繩的允許最大拉力T：T=692.7 kN/6=115.5 kN

4.3.2 鋼絲繩實(shí)際受力分析

襯砌臺(tái)車按100 t=980 kN（大于臺(tái)車+滑輪+鋼絲繩的重量），以臺(tái)車行駛第5 段（傾角最大約45°）計(jì)算；受力簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3。

圖3 受力簡(jiǎn)圖

其中F1為重力分力，F(xiàn)2為滑動(dòng)摩擦力（動(dòng)摩擦系數(shù)為0.25）。所需提升力Q=F1+F2=（G×sin45°）×（1+0.25）=866 kN。臺(tái)車牽引系統(tǒng)為8 滑輪輪車，根據(jù)滑輪組省力的特性鋼絲繩的實(shí)際受力P=Q/8=866 kN/8=108.3 kN＜T=115.5 kN。實(shí)際受力P小于允許使用拉力T，滿足使用要求。

5 引水隧洞全斷面鋼模臺(tái)車混凝土襯砌施工技術(shù)

5.1 引水隧洞平洞段轉(zhuǎn)彎洞段連續(xù)施工技術(shù)

引水隧洞彎段、平段采用全斷面通用鋼模臺(tái)車進(jìn)行混凝土襯砌施工，模板系統(tǒng)包括固定式模板、調(diào)節(jié)模板、鉸連接、模板支座。固定式模板始終保持不變，通過(guò)調(diào)節(jié)模板、鉸連接、模板支座的置換，可實(shí)現(xiàn)同一臺(tái)車在平洞段、轉(zhuǎn)彎洞段的連續(xù)施工。即在平洞段或彎洞段，臺(tái)車采用標(biāo)準(zhǔn)斷面的模板、鉸連接、模板支座，在整段洞內(nèi)，臺(tái)車保持結(jié)構(gòu)型式不變，逐倉(cāng)澆筑混凝土。在臺(tái)車由平洞段轉(zhuǎn)入彎洞段時(shí)，在轉(zhuǎn)入彎洞段的首倉(cāng)混凝土備倉(cāng)中，保持臺(tái)車固定模板的結(jié)構(gòu)型式不變，拆除平洞段的調(diào)節(jié)模板、鉸連接、模板支座，換成彎洞段的調(diào)節(jié)模板、鉸連接、模板支座，將臺(tái)車組裝成彎洞段施工模式。臺(tái)車保持彎洞段結(jié)構(gòu)型式不變，逐倉(cāng)施工彎洞段混凝土。

5.2 全斷面通用鋼模臺(tái)車混凝土澆筑施工技術(shù)

（1）底模混凝土澆筑。混凝土經(jīng)底模工作窗下料進(jìn)行澆筑。澆筑時(shí)為使混凝土表面光滑、減少氣泡缺陷，在澆筑過(guò)程底模120°范圍內(nèi)澆筑下料從一側(cè)進(jìn)行，避免兩側(cè)同時(shí)下料造成排氣向中間集中形成上浮力及混凝土缺陷，并在分縫堵頭側(cè)適當(dāng)位置留排氣工作口，以利混凝土排氣，同時(shí)還可借助插入式振搗器振搗。

（2）邊模混凝土澆筑?；炷两?jīng)邊模工作窗下料進(jìn)行澆筑。為保證臺(tái)車受力均勻，左、右模板混凝土應(yīng)間隔澆筑，其混凝土表面高差應(yīng)不大于0.5 m，且每澆筑一層混凝土，即用插入式振搗器振搗。

（3）頂?；炷翝仓??；炷劣身斈Ｗ{口下料進(jìn)行澆筑。頂模澆筑時(shí)應(yīng)注意觀察混凝土注入情況，發(fā)現(xiàn)混凝土澆筑滿時(shí)，立即停止泵送混凝土，以免頂部模板局部壓力過(guò)大，造成模板變形。

6 結(jié)語(yǔ)

云南烏弄龍水電站引水隧洞混凝土工程應(yīng)用本項(xiàng)施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了引水隧洞在平洞段、彎洞段全斷面通用同一鋼模臺(tái)車的連續(xù)施工，有利于提高施工速度，降低施工成本，提高了施工效率，混凝土澆筑質(zhì)量得到了保證，且安全性有保障，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具有良好的社會(huì)效益。