鋼模襯砌臺車在紫坪鋪工程引水系統隧洞砼施工中的應用

呂國偉

（中國水利水電第七工程局有限公司 四川 成都 610081）

1 工程概況

紫坪鋪水利樞紐工程，位于岷江上游映秀至都江堰市沙金壩河段，總庫容11.2億m3，裝機容量4×190MW。樞紐共有引水發電隧洞4條、沖砂放空隧洞1條和2條由導流洞改造而成的泄洪排砂隧洞，其中引水隧洞軸線總長1617.228m，進口為16m為方圓漸變段，2#、4#洞上平段長191.0m，1#、3#引水洞下平段鋼筋砼段長154.292m，斜管段各洞段長103m，上平段電0+16m～電0+183.0m和下平段電0+93.466～電0+247.758m為標準斷面，砼襯砌后標準斷面為8.0m直徑的圓型隧洞。沖砂放空隧洞洞身段總長580.16m，沖0+56.0m～沖0+517.06m為標準洞段，沖0+89.26m～沖0+118.11m和沖0+410.18m～沖0+428.83m為轉彎段，轉彎半徑為別為R=50m、R=100m，砼襯砌后標準斷面為4.4m直徑的圓型斷面。

2 鋼模襯砌臺車的構造、運行原理

紫坪鋪工程引水隧洞及沖砂放空洞標準段砼襯砌分別所選用了全液壓針梁式鋼模臺車（設計襯砌度度0.8～1.0m）和全液壓收縮穿行式鋼模臺車（設計襯砌度度0.6～2.0m）。針梁鋼模臺車由鋼模、臺車、針梁、外部支撐四部分組成；穿行鋼模臺車由鋼模、臺車（門架）和外部支撐三部分組成。鋼模為隧洞砼襯砌的模板，臺車及針梁為鋼模拆卸、安裝、的運輸工具，外部支撐為鋼模的定位支承和抗浮力構件。

2.1 鋼模板

鋼模板是隧洞砼襯砌的模板，針梁式臺車模板在針梁就位后，整體移動，穿行式臺車模板可以縮于臺車上并在伸展開的模板內穿行。

針梁式臺車鋼模長為9.0m，由6組1.5m長的模板組成，每組模板由頂模、左及右邊模、底模四塊組成，模板之間用螺栓聯接、縱向用螺栓和鉸耳銷軸聯接。鋼模上安裝了三組油缸，可完成立模、拆模工作，在頂模和邊模的對應位置上安裝螺旋千斤頂，油缸伸出，鋼模定位后，旋緊螺旋千斤頂，這樣保證了襯砌尺寸的準確性，同時減輕油缸載荷。脫模時，行脫頂模，再脫右邊模，然后脫左邊模，最后底座豎向油缸向上頂，使整個臺車向上運動，底模便于混凝土脫離。

穿行式臺車鋼模長13.5m，分別由三節鋼模板組成，每節長4.5m，每節鋼模又由5塊模板組成。鋼模節與節之間采用定位銷和螺栓連接，以便于鋼模的拆卸、收縮、移動和安裝。其構造方式為“三鉸兩縫式”，一塊頂模與兩塊側模之間采用鉸接以便于頂、側模收縮；兩塊底模間也為鉸接，以便于底模收縮、起吊并在臺車內穿行；側模與底模之間成縫接，用定位銷和螺栓連接，以便于側模與底模的分離和連接牢固。每塊模板由三塊1.5m長的小模板拼成，用螺栓聯接，使用過程中不再卸開。模板由面板和肋板組成，底板上設有軌道，供臺車行走用。

2.2 臺車（門架）

針梁臺車為自行式，臺車由針梁總成、梁框總成、底座、行走機構、卷揚牽引機構幾部分組成，針梁總長：24.10m。安裝在針梁上的卷揚機用兩根鋼絲繩，分別繞過針梁端部和梁框上的滑輪，固定在針梁兩端，針梁和鋼?；橹c相對運動使臺車前進。脫模之間，收縮底座油缸，懸吊底座，針梁下面軌道落在底模行走輪上，開動卷揚機使針梁向前移動，到位后放下底座，油缸頂在針梁然后進行脫模、脫模后，開動卷揚機使其反方向運動，鋼模即向前移。臺車上的卷揚機使鋼模和針梁作相對運動，臺車便可向前移動。

穿行式臺車中的臺車作為鋼模拆卸、安裝的運輸工具，由吊梁、門架、液壓系統、行走機構幾部分組成。吊梁為門架頂梁的下設的長縱梁，在梁上有行走電動小車和液壓操作的吊架。門架是臺車的主要部分，在門架的底部有行走輪和移動裝置，在頂部和側面有供拆模、立模用的液壓油缸。在拆模時可將邊、頂模落在門架上，吊起的底模可從門架的中部腹腔內穿過。

2.3 外部支撐

外部支撐作為鋼模定位支承、鋼模安拆時承擔鋼模臺車的重量和抗浮力構件，由底部支撐和側頂部支撐構成。底部支撐主要承受安裝過程中及砼澆筑前的鋼模臺車自重，采用實心支撐；側頂部支撐承受新澆混凝土產生的側壓力及浮托力，采用空心支撐。支撐采用油缸支撐或做成螺桿，便于調整和拆卸。

3 鋼模臺車的應用技術

3.1 鋼模臺車的安裝

3.1.1 引水隧洞針梁臺車的安裝

①為了使引水隧洞壓力鋼管運輸和上平段針梁臺車安裝能同時進行，考慮到斜管段壓力鋼管部分存放于上平段的實際情況，臺車采取在下游安裝，自內向外逐段襯砌的方式進行。如：在4#洞上平段鋼模臺車安裝選擇電0+100～0+130m段進行，安裝完成后由0+124開始向進口澆筑，當斜管段壓力鋼管結束后，將臺車移至0+183處進行0+183～0+124m段砼襯砌，標準段砼襯砌完后在電0+25.0m處將臺車拆除。在臺車安裝前洞內底板墊層砼澆筑完成，形成臨時道路，供吊車及運輸機械使用。采取在下游安裝，自內向外逐段襯砌的方式進行。

②臺車安裝前，由測量人員按洞軸線放出臺車兩側底模及砼襯砌底部的準確位置，用型鋼作好臨時支撐，同時根據臺車頂模、側模安裝需要，在安裝范圍內洞頂部預先形成錨桿吊鉤，便于采用手動葫蘆輔助模板吊裝。由于臺車構件重量較輕，最重件針梁4T，所以選用8T汽車吊及小松WA380裝載機（倒運構件）進行安裝，其安裝順序為：底模→針梁門架→頂、側模。底模就位后，上好底模之間的聯接螺栓，安裝底部定位支撐并調節底模，完成后用測量復測使之與設計相符合。待底模全部安裝完成后，進行底模托架及針梁安裝，完成后進行一節側、頂模安裝，安裝完成后連接好節與節之間的定位銷及連接螺栓，使之成為整體，同時通過臺車頂、側模油缸頂撐到位，使之與底板重合，上好底模與側模定位銷及連接螺栓。重復上述程序，直至安裝完畢為止。安裝兩端側模模板是臺車安裝中的關鍵工序之一，為了使兩端側模模板安裝牢靠，在鋼模板周邊設計一些安裝專用的工件、卡具和支撐傳力梁等。

3.1.2 沖砂放空隧洞穿行臺車的安裝

①受出口道路影響及考慮臺車安裝完成后對鋼筋運輸的影響，鋼模臺車安裝場地設在進口沖0+56.485～0+69.985m洞段，采用由上游向下游逐段守砌的方式進行。為滿足安裝需要，在安裝段開挖時隧洞頂拱130度范圍進行局部超挖0.8～1.0m，安裝段進口底板墊層砼澆筑完成，為臺車安裝機械提供通道。

②臺車安裝前，由測量人員按洞軸線放出臺車兩側底模及砼襯砌底部的準確位置，在洞內底部安裝焊接30個Ф90mm的鍍鋅鋼管做臺車安裝支撐點。同樣參照引水洞臺車安裝，在安裝段頂拱設錨桿吊鉤，由于臺車構件重量較輕，所以選用ZL50裝載機倒運模板等構件，采用手動葫蘆輔助進行臺車構件安裝。其安裝順序為：底?！_車→頂側模。底模就位后，上好底模之間的聯接螺栓，安裝底部定位支撐并調節底模后，進行測量復測使之與設計相符合。待全部底模就位后，吊裝臺車置于底模軌道上，臺車安裝好后進行頂側模安裝，待前一節側、頂模安裝好后，移動臺就位，利用臺車頂、側模油缸收縮頂側模并運送至下游底模上。然后，通過臺車頂、側模油缸頂撐到位，使之與底板重合，上好底模與側模定位銷及連接螺栓，退出臺車。按上述程序進行下一節頂、側模安裝，并連接好節與節之間的定位銷及螺栓，使之成為整體，重復上述程序，直至安裝完畢為止。

3.2 鋼模臺車的應用

3.2.1 隧洞采用鋼模臺車襯砌施工工序為（圖1）:

3.2.2 鋼筋安裝

為了使隧洞襯砌施工中鋼筋安裝與鋼模臺車運行、砼澆筑能同時進行流水作業，互不干擾，在臺車安裝前，盡可能將臺車安裝位置前洞段的鋼筋優先運進洞內，避免臺車安裝好后影響鋼筋運輸作業。在臺車安裝過程中，同步進行臺車下游面的洞身鋼筋、預埋件等安裝，確保臺車安裝、調試完成后，緊接著進行首段洞身砼澆筑。洞身鋼筋安裝領先臺車至少三個循環，壓力鋼管安裝領先臺車至少二個循環。

鋼筋安裝中應注意的關鍵問題：①針梁式臺車襯砌段底板鋼筋安裝，測量對架立鋼筋放樣時，確定兩個前支座位置，每隔18m洞段在底板墊層砼澆筑時預先澆同洞身標號混凝土墩，洞身鋼筋安裝完成，在底板鋼筋上切割預留出支座位置，以便臺車針梁移動時安放前支座，在砼澆筑前對切割底板鋼筋按規范要求進行重新焊接。針對上述問題，與廠家協商新增設一塊臺車支座，且兩座底部為弧形，與洞身有效連接，并將底座與針梁臺車前支座用螺栓緊密的接連在一起。②穿行式臺車襯砌段洞身鋼筋安裝時，要考慮到臺車周圈支撐點的問題。根據襯砌厚度由測量放線，確定鋼模臺車支撐點的位置，在鋼筋安裝過程中底板采用Φ108mm鋼管、邊頂拱采用Φ50mm鋼架管做支撐點，并與洞身鋼筋焊接牢固。

3.2.3 臺車的運行及模板安裝

針梁臺車及穿行式全液壓鋼模臺車的運行按本文第二部分介紹運行原理進行操作。當整套鋼模全部運行安裝到指定洞段并安好臺車頂、側模支撐后，臺車端頭采用散裝木模進行封堵。引水洞漸變段與洞身段鋼模之間采用普通鋼模板進行平滑銜接。

3.2.4 砼澆筑

鋼筋、止水及其它預埋件安裝完畢，鋼模臺車行走，就位前應對其面板涂涮脫模劑，臺車要求就位后，就近安裝砼泵，以使砼輸送管道越近越好。同時接好泵管，倉號經驗收合格后進行混凝土澆筑作業。

洞身砼襯砌嚴格按即定分段分塊進行，主要根據設計圖紙、結構特性、地質情況、及澆筑方法進行洞身段分段分塊，引水洞標準段臺車襯砌均按9m進行分段，沖砂洞標準段均按13.4m進行分段，標準斷面轉彎段均按4.4m進行分段。為確保砼澆筑質量，首先要保證砼的拌和質量，引水洞及沖砂洞洞內砼澆筑全部采用砼攪拌車進行砼運輸，以保持砼具有良好的和易性。每個倉號砼澆筑過程中保持連續性，不得間斷。在澆筑底板及邊墻砼時，施工人員必須鉆到倉號內是行內部砼振搗。同時確保兩墻砼均勻上升，有效控制砼澆筑上升速度。為保證頂部砼澆筑達到襯砌厚度，在頂部上游端埋不小于0.8m長的觀測管。觀測管有兩個作用，一是排氣以利于砼泵送入倉，二是一旦觀測管漏出砼，就表明砼澆滿頂拱，頂部砼主要靠安設在頂模上的吸附式振搗器進行外部振搗作業。一般，砼收盤后24小時進可以拆模。附后：鋼模臺車砼襯砌砌施工方法圖（圖2、圖3）。

圖2 引水隧洞鋼模臺車砼襯砌施工方法示意圖

圖3 針梁鋼模臺車工作示意圖

①引水隧洞針梁式鋼模臺車襯砌施工方法圖

②沖砂放空隧洞穿行式鋼模臺車砼襯砌施工方法圖

圖4 沖砂放空洞鋼模臺車襯砌施工方法示意圖

圖5 穿行臺車工作示意圖

4 鋼模臺車砼襯砌施工進度完成情況

4.1 針梁式鋼模臺車施工進度情況

引水隧洞上平段針梁臺車安裝總工期：19天 （2003年12月28～2004年元月15日）。2004年2月8日開始進行第一段砼襯，2004年9月25日4#上平段砼襯砌結束。其中標準段月最大澆筑強度為6段54m，臺車襯砌段為4段36m，月平均強度為2.5段22.5m（含進口16m漸變段及標準其它段，采用組合小鋼模、拱架襯砌段）；上平段鋼模臺車襯砌共完成81m。鋼模臺車拆除總工期為：10天（2004年10月22日～10月31日，在邊、頂模全部進行切割，無法繼續使用的前提下）。

4.2 穿行式鋼模臺車施工進度情況

沖砂放空隧洞穿行式臺車安裝總工期：9天 （2003年10月22～2003年10月30日）。2003年11月12日開始進行第一段砼襯，2004年5月18日標準段鋼模臺車襯砌砼結束，其中月最大澆筑強度為8段107.2m，月平均強度為5段67m；鋼模臺車拆除總工期為：8天（2004年6月2日～6月8日）。

5 結語

通過紫坪鋪工程引水隧洞和沖砂放空洞鋼模臺車進行全圓段砼襯砌的運用實踐證明：進行隧洞砼施工所采用襯砌形式至關重要，直接影響施工進度、砼施工質量、經濟效益；并不是所有隧洞砼襯砌都適用鋼模臺車進行襯砌。如：引水洞根據結構特點不適合用鋼模臺車進砼襯砌，因上平段相對較短只有191m、臺車襯砌段167m，且需儲運壓力鋼管，故不同于標準段長的隧洞，存在洞身鋼筋運輸、安裝及洞內灌漿等各工序因場地問題相互干擾，同時隧洞進口前方為引水系統進水塔，受塔體攔污柵墩等結構影響，引水隧洞在進口工作面交通不暢，給臺車的安拆增加了難度。所以在確保砼質量的前提下，取消臺車襯砌改為小鋼模加拱架進行砼襯砌施工，滿足了施工進度要求。

鋼模臺車的優點是：①鋼模臺車襯砌好的砼表面質量高，表面光滑平整，接縫處平滑程度高、無錯臺現象，保證了砼襯砌施工質量；②降低工序間的施工干擾，進行流水化施工作業（長隧洞）；③能改善洞內作業條件，降低勞動強度，提高工效，加快施工度；④穿行式臺車在洞內轉彎處也能襯砼，且通過性能良好。

鋼模臺車的缺點是：

穿行式臺車：①穿行式臺車段與段循環之間搭接15cm處，端頭模板整體鋼度差、容易變形，澆筑完成幾段后要對模板用葫蘆拉或人工鐵釬撬進行恢復；②臺車支撐鋼針、螺桿太短，調節不方便；③穿行式臺行走機構及油缸出現壞損，處理起來比較困難，影響施工進度。

針梁臺車：①針梁式臺車自重較重80T，安拆施工難度較大，占用工期長；②受隧洞坡度影響較大，引水洞為3%，在運行過程中因臺車支座油缸不能隨坡度變化而有效結合，出現了支座油缸拆斷現象；③臺車液壓系統質量不過關，常出現問題。

如鋼模臺車生產廠家能對上述幾方面問題進行改進和完善，鋼模臺車在進行長隧洞（≥400m洞段）砼襯砌施工時，必將是施工單位首選產品。