分離式鋼模臺(tái)車(chē)在隧洞曲線段混凝土襯砌施工中的應(yīng)用

吳衛(wèi)東

(新疆兵團(tuán)水利水電工程集團(tuán)有限公司,新疆 烏魯木齊 830011)

1 工程概況

肯斯瓦特水利樞紐工程位于瑪納斯河中游出山口,該工程是一座集防洪、蓄水、灌溉、發(fā)電等綜合利用功能的大(2)型Ⅱ等工程,主要由攔河壩、右岸溢洪道、泄洪洞、發(fā)電廠房、發(fā)電引水系統(tǒng)等組成。

發(fā)電引水洞由進(jìn)口引水渠段、塔井段、上平洞段、平面轉(zhuǎn)彎段、斜井段、下平洞段和岔管段組成。引水隧洞上平洞段長(zhǎng)247.1 m,其中含有一曲線段R=40 m,a=28.15,L=19.656 m。上平洞段坡度i=1∶200,成型后內(nèi)徑為6.4 m 的圓形斷面;斜井段長(zhǎng)78.65 m,坡度i=1∶1,采用鋼內(nèi)襯混凝土;下平洞段長(zhǎng)175.28 m,坡度i=1∶200,斷面尺寸和襯砌型式與斜井段相同。

2 分離式鋼模臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原由

根據(jù)施工工期、質(zhì)量、安全及經(jīng)濟(jì)效益等工程要求,隧洞混凝土的襯砌一般采用鋼模臺(tái)車(chē)進(jìn)行施工。采用鋼模臺(tái)車(chē)施工具有以下優(yōu)點(diǎn):可提高混凝土施工的機(jī)械化程度,加快施工進(jìn)度,保證工程質(zhì)量;模板具有足夠的強(qiáng)度和剛度,穩(wěn)定性好,面板平整光滑;成型后的混凝土面平整光滑,外觀質(zhì)量?jī)?yōu)良;具有立模作業(yè)速度快,效率高,投入人力少,操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[1-3]。鋼模臺(tái)車(chē)按運(yùn)行方式主要分為整體式、拼裝式與分離式三種[4]。常見(jiàn)的分離式鋼模臺(tái)車(chē)為上下分離結(jié)構(gòu),用于洞型大小變化的隧洞設(shè)計(jì)施工[5-8]。但在隧洞直線標(biāo)準(zhǔn)澆筑倉(cāng)面較長(zhǎng)的情況下,鋼模臺(tái)車(chē)會(huì)因設(shè)計(jì)較長(zhǎng)而難以對(duì)小半徑曲線段進(jìn)行施工。為有效解決此問(wèn)題,可將鋼模臺(tái)車(chē)縱向設(shè)計(jì)為分離式。結(jié)合本工程設(shè)計(jì)特點(diǎn),直線標(biāo)準(zhǔn)澆筑倉(cāng)最長(zhǎng)為12 m,曲線段澆筑每倉(cāng)為6.552 m,鋼模臺(tái)車(chē)則設(shè)計(jì)為縱向前部分(7 m)、后部分(5 m)共兩節(jié)可分離式臺(tái)車(chē)。

2.2 臺(tái)車(chē)組成

分離式鋼模臺(tái)車(chē)主要由模板部分、門(mén)架體部分、牽引行走系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)五部分組成。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 分離式鋼模臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)

(1)臺(tái)車(chē)總長(zhǎng)12 m,門(mén)架與模體由兩大節(jié)(5 m 與7 m 兩節(jié))組成,半徑為3.2 m,總高度按舉升油缸上升至170 mm 設(shè)計(jì)(油缸縱行程350 mm),此時(shí)側(cè)模最低點(diǎn)距地面300 mm,頂拱最高點(diǎn)距仰拱面5 952 mm,臺(tái)車(chē)腰線總寬為6 400 mm。

(2)頂、側(cè)拱模板法蘭均采用12 mm 厚鋼板,面板采用10 mm 厚鋼板,縱向加筋用75 mm×50 mm×6 mm 角鋼,并設(shè)有寬10 mm 的兩道280 mm×1 476 mm 縱向加強(qiáng)筋,窗口采用100 mm×63 mm×8 mm 和75 mm×50 mm×6 mm 角鋼做框架,并設(shè)環(huán)筋及20 mm 厚壓板。

(3)門(mén)架構(gòu)件除二橫梁外,所有構(gòu)件主體均采用12 mm 厚鋼板,縱向采用16#工字鋼栓接,并設(shè)防傾倒及防上浮裝置。

(4)澆筑時(shí)應(yīng)設(shè)有絲杠進(jìn)行臨時(shí)內(nèi)撐,避免臺(tái)車(chē)模板變形。

(5)臺(tái)車(chē)可分整體與分離兩種方式行走,采用四臺(tái)變速箱帶動(dòng)車(chē)輪在鋼軌上行走,移動(dòng)鋼模臺(tái)車(chē)至指定位置。

(6)液壓系統(tǒng)由液壓控制臺(tái)、液壓千斤頂、油管及附件組成,組裝前必須檢查管路是否通暢、耐壓是否符合要求、有無(wú)漏油等現(xiàn)象,若有異常,必須及時(shí)排除。

3 施工方法

臺(tái)車(chē)門(mén)架縱向剖面如圖2所示。在臺(tái)車(chē)進(jìn)入彎道段前,首先拆除控制臺(tái)液壓油管和連接護(hù)板,將鋼模臺(tái)車(chē)縱向分離后,再將前部分臺(tái)車(chē)(長(zhǎng)7 m)重新安裝液壓系統(tǒng)組件,完成改裝前的調(diào)試運(yùn)行工作,然后行走至所施工斷面。

圖2 門(mén)架縱向剖面

施工工藝流程:施工準(zhǔn)備→綁扎鋼筋→止水安裝→鋼模臺(tái)車(chē)就位→模板安裝→混凝土澆筑→拆模、養(yǎng)護(hù)→移動(dòng)臺(tái)車(chē)進(jìn)入下一循環(huán)。

(1)臺(tái)車(chē)就位與立模

改裝好的鋼模臺(tái)車(chē)行走至指定倉(cāng)面后,切斷變速箱電源,及時(shí)放置卡軌器,以防止鋼模臺(tái)車(chē)移動(dòng)。當(dāng)確定鋼模臺(tái)車(chē)處于安全狀態(tài)后,啟動(dòng)液壓系統(tǒng)進(jìn)行立模,按測(cè)定的高程先立頂模,后立側(cè)模,最后安裝絲杠進(jìn)行橫向內(nèi)支撐,以保證澆筑混凝土?xí)r模板不變形。

(2)綁扎鋼筋

鋼筋的加工制作在鋼筋場(chǎng)完成。綁扎時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,測(cè)放出中線、高程等控制點(diǎn),利用預(yù)埋錨筋,布設(shè)好鋼筋網(wǎng)骨架,然后鋪設(shè)分布鋼筋。鋼筋采用人工綁扎,綁扎時(shí)使用扎絲梅花形間隔扎結(jié),鋼筋結(jié)構(gòu)和保護(hù)層調(diào)整好后墊設(shè)預(yù)制混凝土塊,并用電焊加固骨架確保牢固。鋼筋連接采用電焊焊接或冷擠壓連接,鋼筋的綁扎要有足夠的穩(wěn)定性。

(3)銅止水片、預(yù)埋灌漿管施工

銅止水片在制作場(chǎng)地加工制作。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求,先自制一個(gè)壓制銅止水片的加工臺(tái);銅止水片采用卷材,長(zhǎng)度應(yīng)適中,過(guò)短焊接頭太多,浪費(fèi)大,過(guò)長(zhǎng)不宜運(yùn)輸和安裝;按發(fā)電洞斷面將止水片分為三塊,每塊長(zhǎng)度要符合設(shè)計(jì)要求;安裝時(shí)要保持銅片止水片的平整度,表面的浮皮、銹污、油漆、油漬均應(yīng)清除干凈,如有砂眼、釘孔,應(yīng)予焊補(bǔ);焊接部位一般采用銅焊條雙面焊接,搭接長(zhǎng)度為2 cm;銅止水片的安裝應(yīng)準(zhǔn)確、牢固,其鼻子中心線與接縫中心線偏差為±5 mm,定位后應(yīng)在鼻子空腔內(nèi)嵌填聚氨酯泡沫材料;止水帶的安裝應(yīng)由模板夾緊定位,支撐牢固,避免在混凝土澆筑過(guò)程中出現(xiàn)移位。

發(fā)電洞混凝土襯砌后,需進(jìn)行回填灌漿和固結(jié)灌漿。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,在混凝土澆筑前,要預(yù)埋灌漿管,其目的是避免在襯砌好的混凝土上鉆孔時(shí)打斷鋼筋;按設(shè)計(jì)要求埋灌漿管,內(nèi)空凈直徑為50 mm,每根灌漿管長(zhǎng)度為40～60 cm,根據(jù)混凝土襯砌段部位的設(shè)計(jì)厚度來(lái)取料;按設(shè)計(jì)的間排距布置灌漿管位置;安裝灌漿管時(shí),兩頭用養(yǎng)護(hù)氈封堵,用鐵絲將灌漿管綁扎在鋼筋上,并在模板上用螺絲頂入鋼管內(nèi);灌漿前,用手風(fēng)鉆疏通灌漿孔;脫模后,根據(jù)螺絲孔位置找灌漿管;預(yù)埋灌漿管與安裝組合鋼模板可同時(shí)施工。

(4)混凝土澆筑方法

采用9 m3攪拌罐車(chē)水平運(yùn)輸混凝土,再用泵送方式入倉(cāng),保持兩側(cè)倉(cāng)面均勻平行上升,高差不大于400 mm,澆筑厚度不大于300 mm。在整個(gè)澆筑過(guò)程中,利用安裝在臺(tái)車(chē)上的附著式震動(dòng)器進(jìn)行振搗。

(5)脫模

混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,在保證其表面及棱角不因拆模而損傷時(shí)開(kāi)始拆模。拆模時(shí),先拆側(cè)模,后拆頂模;拆側(cè)模時(shí),先將內(nèi)支撐頂?shù)慕z杠收起,再將液壓千斤頂收攏,待完全脫離后行走臺(tái)車(chē)至倉(cāng)面外部。

通過(guò)該方法施工完彎道段后,再將分離后的兩節(jié)臺(tái)車(chē)進(jìn)行拼接,即可對(duì)彎道后的直線段進(jìn)行施工。

4 施工特點(diǎn)及運(yùn)用

在隧洞混凝土襯砌施工中,常規(guī)施工方式直線段采用標(biāo)準(zhǔn)鋼模臺(tái)車(chē),曲線段需定制鋼模進(jìn)行施工,而分離式鋼模臺(tái)車(chē)可通用在直線段和曲線段施工。與常規(guī)拼模施工方法相比,采用分離式鋼模臺(tái)車(chē)施工主要特點(diǎn)有:施工操作簡(jiǎn)單快速、外觀質(zhì)量好及施工成本低。本工法在新疆兵團(tuán)水利水電工程集團(tuán)有限公司38團(tuán)石門(mén)水庫(kù)發(fā)電灌溉洞、巴木墩水庫(kù)、八大石水庫(kù),保爾德水庫(kù)等工程中得到了廣泛應(yīng)用。

(1)38團(tuán)石門(mén)水庫(kù)灌溉發(fā)電洞工程

石門(mén)水庫(kù)位于兵團(tuán)第二師新建38團(tuán)境內(nèi),新建38團(tuán)位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州所轄的且末縣境內(nèi),地處東經(jīng)83°56′49″至84°30′24″,北緯37°38′16″至38°01′02″之間。

石門(mén)水庫(kù)由瀝青混凝土心墻砂礫石壩、左岸泄洪排沙洞、灌溉發(fā)電引水洞、右岸無(wú)閘溢洪道、電站廠房、尾水等工程組成。石門(mén)水庫(kù)總庫(kù)容7 362 萬(wàn)m3,是以灌溉和發(fā)電為開(kāi)發(fā)任務(wù)的攔河水庫(kù),水庫(kù)控制灌溉面積18萬(wàn)畝,水庫(kù)壩后電站裝機(jī)8 000 k W,多年平均發(fā)電量2 913萬(wàn)k W·h。

灌溉發(fā)電洞布置于左岸,進(jìn)口底板高程為2 358 m,出口尾水高程為2 319.6 m,由引水渠、進(jìn)水口段、隧洞段、灌溉及發(fā)電叉管段組成,洞徑為2.8 m,長(zhǎng)度為540 m。發(fā)電洞共有水平彎道1個(gè),縱向彎道1個(gè)。

本工法成功應(yīng)用于38團(tuán)石門(mén)水庫(kù)發(fā)電灌溉洞施工。

(2)巴木墩水庫(kù)導(dǎo)流灌溉供水洞工程

巴木墩水庫(kù)工程位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)十三師紅星四場(chǎng)境內(nèi)。農(nóng)十三師地處新疆哈密地區(qū),分布在哈密地區(qū)一市二縣(哈密市、巴里坤縣、伊吾縣)的轄區(qū)內(nèi),東西極長(zhǎng)297 km,南北極長(zhǎng)270 km。樞紐工程由攔河壩、左岸溢洪道、左岸灌溉供水洞等組成。水庫(kù)總庫(kù)容906 萬(wàn)m3,死庫(kù)容60萬(wàn)m3,興利庫(kù)容733萬(wàn)m3,水庫(kù)死水位1 481 m,正常蓄水位1 543 m,設(shè)計(jì)洪水位1 545.08 m,校核洪水位1 546.48 m。工程規(guī)模為Ⅳ等小(1)型工程,大壩為3級(jí),泄洪系統(tǒng)、灌溉供水建筑物為4級(jí),次要建筑物為5級(jí),臨時(shí)建筑物為5級(jí)。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a 一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000 a一遇。

導(dǎo)流洞由進(jìn)口段、豎井進(jìn)水塔、洞身段、消能段組成,全長(zhǎng)為621.18 m,洞徑為3 m。進(jìn)口段長(zhǎng)為25 m,底板高程為1 448.0 m,底寬為6 m,開(kāi)挖邊坡為1∶0.5;閘井段長(zhǎng)度為8.5 m,寬為6.0 m,閘井底板高程為1 448.0 m,底板厚度為1.5 m;進(jìn)口設(shè)一道工作閘門(mén),為平板閘門(mén),孔口尺寸為3.0 m×3.0 m(b×h);洞身段(樁號(hào)為0+033.5—0+175.23),洞身全長(zhǎng)為141.73 m,進(jìn)口底板高程為1 448.0 m,縱坡i=1/16;洞身采用40 cm 厚現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土襯砌,斷面為圓形有壓洞,圓洞直徑為3.0 m;洞身段(樁號(hào)為0+175.23—0+557.18)采用灌溉供水洞斷面,導(dǎo)流期導(dǎo)流,結(jié)束后作為灌溉供水洞的一部分將永久使用;灌溉洞共有垂直斜井1個(gè)、龍?zhí)ь^段1個(gè)。

本工法成功應(yīng)用于巴木墩水庫(kù)導(dǎo)流灌溉供水洞施工。

(3)八大石水庫(kù)導(dǎo)流洞、灌溉洞工程

新疆兵團(tuán)十三師八大石水庫(kù)工程位于廟爾溝河出山口,行政區(qū)劃屬于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)十三師(以下簡(jiǎn)稱十三師)黃田農(nóng)場(chǎng),工程區(qū)距黃田農(nóng)場(chǎng)約25 km,距哈密市約48 km,距烏魯木齊市678 km,國(guó)道G312 在水庫(kù)下游18 km 處經(jīng)過(guò)。新疆兵團(tuán)十三師八大石水庫(kù)總庫(kù)容990萬(wàn)m3,設(shè)計(jì)年調(diào)節(jié)下游有效灌溉面積7.4萬(wàn)畝,根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000),本工程為Ⅳ等小(1)型工程。本工程最大壩高為115.7 m,根據(jù)規(guī)范規(guī)定將大壩定為3級(jí)建筑物,灌溉供水洞及溢洪道定為4級(jí)建筑物,其余次要建筑物級(jí)別為5 級(jí)。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇,相應(yīng)洪峰流量為360 m3/s,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000 a一遇,相應(yīng)洪峰流量為860 m3/s,工程區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度,主要建筑物的地震設(shè)防烈度也取為Ⅶ度。

導(dǎo)流洞布置在右岸,為圓形有壓洞,洞徑為3.5 m。洞身段與灌溉洞共用,洞長(zhǎng)511.72 m;灌溉洞布置于下壩址右岸,為圓形有壓洞,由導(dǎo)流洞改建,洞徑3.5 m,做成龍?zhí)ь^形式,長(zhǎng)124.67 m;導(dǎo)流洞有水平彎道1個(gè);灌溉洞有水平彎道1個(gè),龍?zhí)ь^段1個(gè)。

本工法成功應(yīng)用于八大石水庫(kù)導(dǎo)流洞、灌溉洞施工。

(4)保爾德水庫(kù)導(dǎo)流洞工程

保爾德水庫(kù)工程是一項(xiàng)以灌溉為主,兼顧發(fā)電的水利樞紐工程。水庫(kù)正常蓄水位1 164.45 m,相應(yīng)庫(kù)容為911萬(wàn)m3;死水位為1 124.89 m,死庫(kù)容為80萬(wàn)m3;設(shè)計(jì)洪水位為1 166.2 m,相應(yīng)庫(kù)容為975萬(wàn)m3;校核洪水位為1 166.79 m,總庫(kù)容為966萬(wàn)m3。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)的規(guī)定,本工程為Ⅲ等工程,工程規(guī)模為中型工程。大壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩,壩高為73.6 m,大壩建筑物為3級(jí)。攔河大壩(瀝青混凝土心墻砂礫石壩)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇,洪峰流量為150 m3/s,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000 a一遇,洪峰流量為305 m3/s;導(dǎo)流泄洪供水洞、溢洪道的下游消能段防沖設(shè)施:設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇,洪峰流量為130 m3/s。

泄洪導(dǎo)流供水洞布置在右岸巖基,由進(jìn)口明渠段、岸塔式進(jìn)水口段、有壓洞段、工作閘門(mén)段、出口消能段組成,導(dǎo)流泄洪供水洞全長(zhǎng)534.37 m,隧洞洞型為圓洞,洞徑為2 m。共有2個(gè)水平彎道。

本工法成功應(yīng)用于保爾德水庫(kù)導(dǎo)流洞施工。

5 結(jié) 語(yǔ)

發(fā)電洞洞身曲線段混凝土如采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)段鋼模臺(tái)車(chē)施工,臺(tái)車(chē)在彎道中就位難度大,或可能無(wú)法就位,同時(shí),因轉(zhuǎn)角較大容易改變混凝土結(jié)構(gòu)尺寸及影響到混凝土外觀質(zhì)量。而采用分離式鋼模臺(tái)車(chē),在簡(jiǎn)單易操作的前提下,不但解決了上述問(wèn)題,還能確保洞砌混凝土的施工質(zhì)量,加快施工進(jìn)度。由于分離式鋼模臺(tái)車(chē)分離長(zhǎng)度可根據(jù)工程需要進(jìn)行自由變化,因此,能很好地解決隧洞小曲線(彎道)鋼模臺(tái)車(chē)混凝土襯砌難和施工質(zhì)量外觀差的問(wèn)題,因其施工成本低,值得在類似工程中大力推廣與應(yīng)用。