全斷面針梁式鋼模臺車在瑪依納水電站隧洞混凝土襯砌施工中的應用

陳廷康

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

哈薩克斯坦瑪依納水電站裝機容量為300MW(2×150 MW)，為引水式電站。樞紐攔河工程為粘土心墻壩，高94 m;電站引水線路長9020 m，其中引水隧洞長4820 m，為鋼筋混凝土襯砌，壓力管道長4200 m，電站廠房建于基巖上。

本標隧洞底板傾斜度為0.0633%～0.00041%，隧洞線路為直線，開挖斷面為 5.3 m×5.3 m 和5.7 m ×5.7 m 的馬蹄形剖面，鋼筋混凝土襯砌，其斷面面積為15.9～31 m2，鋼筋混凝土襯砌厚度為40～60 cm。

采用全斷面針梁式鋼模臺車(以下簡稱“臺車”)混凝土襯砌隧洞洞身總長3120 m，全圓襯砌斷面，混凝土襯砌分三個工作面，共配備了三套襯砌臺車，其中2臺φ5.63 m的負責1#支洞上、下游襯砌施工;1臺φ5.63 m的負責2#支洞上游襯砌施工。其余區段為鋼襯段，2#洞上游兩個漸變段采用傳統的自制木模板澆筑。一個循環工作長度為12 m。

2 臺車的構造及原理

(1)臺車主要由模板、針梁總成、梁框總成、水平和垂直對中調整機構、卷揚牽引機構、抗浮裝置、行走機構、液壓系統、電氣系統等組成(圖1)。

模板總成全長12 m，共8組，每組長1.5 m，由頂模、左邊模、右邊模三大塊組成，模板間用螺栓聯接;針梁總成總長27 m，為裝配式桁架組合結構，它是鋼模的受力支撐平臺和臺車行走的軌道;梁框總成的下部與底模用螺栓聯接，構成一個門框式構架，在框架上、下部安裝有行走輪系，針梁從門框內穿過，框架上均為安裝邊模、頂模伸縮油缸的支承面;水平和垂直對中調整機構安裝在針梁下面的前、后底座上，前、后底座上各安裝有2個豎向油缸與針梁連接，豎向油缸的伸縮可使針梁上升和下降，以便模板垂直方向的對中調整。前、后底座上各安裝有1個水平油缸，利用其左、右移動來調整模板中心線與隧洞中心線相吻合;左、右各有兩個側向油缸，用于脫模和張模。卷揚牽引機構由擺線針輪減速器驅動雙卷筒作同步旋轉，鋼模和針梁通過鋼絲繩的牽引作相對運動;抗浮裝置為鋼模兩端的四個抗浮千斤頂，制約上浮力的作用，在前后抗浮架上安裝有四個側向千斤頂，其作用是使針梁和鋼模不產生側向位移;行走機構由支座和多個滾輪等零件組成，共有四套行走架安裝在門架內針梁的上下方，因此，針梁可在行走架的滾輪上移動;液壓系統由一個泵負責4個側模油缸的張拉動作，另一個泵負責4個豎向油缸、2個水平油缸的動作。臺車的立模、拆模、定位找正工序都是靠液壓油缸的伸縮完成;電氣系統采用380 V三相四線制供電，主要對液壓系統油泵電機的開關和卷揚機電機的正、反運轉進行控制。

圖1 臺車洞內布置圖

(2)安裝在針梁上的卷揚機的鋼絲繩繞過針梁端部和梁框上的滑輪固定在針梁兩端，針梁和模板互為支點相對運動而使臺車產生相對運動前進后退。在脫模前，由模板承重，收縮底座豎向油缸，吊起底座，針梁軌道落在底模行走輪上，用3個操縱按紐開動卷揚機使針梁向前、向后移動或停止，到位后落下底座，再通過兩側油缸完成脫模工作。在針梁底座對應的位置上安裝螺旋千斤頂，在模板定位后使用旋緊螺旋千斤頂固定以增加針梁的穩定性。

立模順序:頂模對中→左邊大模及底模→右邊小模;脫模順序為:右邊小模→左邊大模→頂模。通過安裝在底座上的豎向油缸使臺車上、下移動進行縱向調整，水平油缸左右平移進行臺車橫向調整。臺車上由抗浮千斤頂固定，使針梁和鋼模緊密地結合在一起，從而增加了整個臺車的穩定性，橫向穩定裝置是兩對可定位的伸縮千斤頂，安裝在前后抗浮架上(第一倉混凝土澆筑完成后，也可在鋼模邊緣沿45°角焊接長50 cm左右的工字鋼，以增加模板與老混凝土的接觸長度，起到上游抗浮穩定作用)。當臺車調整后，旋緊千斤頂，支撐針梁，保證臺車橫向的穩定。

(3)臺車的洞內安裝及調試。

由于受洞內空間的限制，臺車在洞內安裝無法直接使用吊車，只能采用在洞頂打錨桿、掛設手拉葫蘆吊裝的方法進行，單根錨桿承重不小于最重單塊構件重量的2倍。根據實際情況，安裝順序為:針梁系統→卷揚系統→頂模→左邊模→右邊模→底模→液壓系統。

安裝完成后，準備好行走部分的潤滑，在液壓油箱加滿油后進行調試，做好臺車的行走、合模、脫模，最好對臺車的軸線進行校核。首先，利用上、下游液壓千斤頂調整好臺車的高度。

3 混凝土襯砌

(1)混凝土襯砌程序:基巖面清理→全斷面鋼筋綁扎→鋼模臺車就位→涂刷脫模劑→縫面處理及測量放線→封邊墻堵頭模及底腳模→預埋灌漿管→澆筑混凝土→等強→拆模養護→下一循環。

(2)混凝土襯砌的主要技術措施。

①臺車就位后應檢查鋼模的情況，檢查鋼模與前一塊已澆好的混凝土的結合情況，通過臺車中間的滑輪校核鋼模中心的位置，若鋼模中心位置有偏差，可采用前述方法通過調中油缸及上下游液壓系統調整。臺車軸線位置校核完畢，將抗浮千斤頂旋緊。

②鋼模臺車混凝土澆筑采用泵送混凝土，混凝土入倉坍落度控制在12～14 cm范圍內。混凝土由混凝土泵送到澆筑口入倉，兩側交叉入倉，頂拱利用頂部2個澆筑窗依次后退澆筑。

③鋼模板上設置有附著式振搗器，一般情況下可以通過附著式振搗器對混凝土進行振搗，對于底部較大面積的混凝土，作業人員可以通過打開臺車模板上的檢查口用插入式振動棒進行振搗作業。

④利用無貨箱車輛在其平臺上用鋼管焊接成簡易鋼筋臺車進行鋼筋綁扎，人員在簡易鋼筋臺車上作業。

⑤混凝土澆筑結束10 h后，鋼模可以脫模，脫模的順序為:拆卸模板與門架連接絲桿→收縮左側小模油缸(可用2個10 t葫蘆代替)→收縮左邊大模油缸→降落前、后支座油缸拆頂模→移動針梁進入下一倉。灑水噴霧養護已經澆筑的混凝土，養護時間不少于7 d。

4 混凝土襯砌工作中的主要注意事項

(1)臺車操作過程中的主要注意事項。

①每個工作循環后要檢查各部位螺栓、銷子的松緊狀態，對各種連接件進行檢查緊固。

②臺車卷揚、絲桿千斤頂要定期潤滑，針梁在移動時要由專人負責鋼絲繩的收緊工作，以免鋼絲繩纏入減速器齒輪。在鋼模臺車行走時，檢查針梁模板間有無混凝土塊、電線等障礙物。

③液壓系統應無滲、漏油現象，液壓油要清潔，工作時隨時觀察壓力的波動情況。

④每次移動后，必須將臺車調整到左右平衡，針梁水平，中線在一條直線上。

(2)混凝土澆筑過程中的主要注意事項。

①混凝土一定要保持連續澆筑，避免超過混凝土終凝時間的中斷，而形成冷縫，及時抽排水。

②必須對稱澆筑，同一水平上的入倉窗口間隔不大于5 m，兩側混凝土高差不大于50 cm，以防止左右不平衡而形成臺車的偏移或轉動。底拱的混凝土澆筑速度不宜過快，避免在一個倉口長時間澆筑，防止臺車的整體和一端上浮，待混凝土澆筑高度到達腰線以上時，可適當加快澆筑速度。

③附著式振動器同時開啟的數量不宜過多(一般為2臺以下)，防止震動過大造成各連接之間松動。在震動時，由專人看守木模封堵部位并及時堵縫，以免漏漿過多或造成爆模事故。

④嚴格控制混凝土骨料的最大粒徑，防止混凝土在泵管內出現堵塞現象。嚴格控制混凝土的坍落度。控制泵管出口距澆筑工作面的高度，防止高差過大混凝土產生骨料分離。

5 全斷面針梁式臺車的優點和缺點

(1)使用全斷面針梁式臺車澆筑混凝土一次成型，澆筑面大且光滑平整，線形圓順，無錯臺、漏漿等質量通病;質量好、速度快、操作程序化。臺車的合模、脫模均為液壓操作，既快速、安全，又節省了人力，生產工人的勞動強度大大降低，機械設備等資源的利用率較高，對于一次施工長度較長的引水隧洞可以大大降低施工成本。對于同類型的工程，在洞徑變化幅度不大的情況下，可以改裝后重復利用。臺車設置有自行機構，僅靠鋼模與針梁的相對固定即可前進或后退，不需鋪設地面軌道，也不需借助外來的牽引設備，從而節省了費用;臺車設置有調中裝置，通過操作調中油缸及主千斤頂，同時觀察已澆筑好的混凝土的結合情況，即可校核臺車的軸線位置，保證臺車的準確定位;鋼模板上設有灌漿管預埋孔，通過這些預埋孔可以預埋灌漿管，為后續灌漿作業提供方便。

(2)針梁式臺車一次性投入較大，適用于洞線長、洞徑一致的工程。對于洞線較短、洞徑變化較大的工程因其利用率低、成本攤銷大而不適用。如無同類型工程，一般都是一次性使用，重復使用率低。較長距離的行走易造成針梁、卷揚系統等構件的變形。針梁、門架等構件占據了中間空間，無法實現開挖襯砌同步施工。各主要構件的重量均較大，洞內空間較小，安裝、拆卸難度較大，存在一定的安全威脅。

6 結語

實際運用效果表明:全斷面針梁式鋼模臺車作為水電站引水隧洞混凝土襯砌的專用設備，與其它混凝土澆筑設備相比具有其優勢和劣勢，在隧洞混凝土施工中，要結合實際情況進行選擇。