單向工作面布置四臺鋼模臺車在隧洞襯砌施工中的應用

宋金波 強勤國

(葛洲壩集團第六工程有限公司 廈門 361000)

1 工程概況

波波娜水電站位于新疆和田地區喀拉喀什河上，為引水式電站。波波娜水電站工程由攔河壩、泄水建筑物和發電引水系統及電站廠房等主要建筑物組成，為中型Ⅲ等工程。總庫容398.65萬m3，電站總裝機容量150MW，多年平均有效發電量6.66億kW·h。

發電引水系統布置在河道右岸，主要由進口引水渠、進水口、引水隧洞、調壓井、壓力管道、岔管、支管組成。引水系統采用一洞三機聯合供水的布置型式。整個引水隧洞段長11.627km，洞型斷面設計為兩種:圓形斷面及馬蹄形斷面。圓形斷面洞徑為5.4m;馬蹄形斷面腰線以上頂拱部位設計為洞徑5.4m的半圓形狀，邊拱部位設計為半徑5.4m、圓心角為30°的圓弧形狀，底板部位設計為平面形狀。邊頂拱混凝土襯砌厚度0.4m，襯砌后的斷面輪廓尺寸為3.953m×5.4m。

四臺鋼模臺車即應用于2.2km長的單向工作面的直段馬蹄形斷面范圍內。

該工程已于2011年4月10日投入使用，首臺機組正式并網發電，截至目前，三臺機組運行正常，已取得良好的社會與經濟效果。

2 工程特點

因洞內頻繁塌方，造成前期進度滯后較為嚴重，為促進襯砌混凝土施工進度水平，通過認真論證，該工程嘗試在單向工作面投入四臺剛模臺車開展施工。

3 四臺鋼模臺車構造及布置方案

3.1 臺車構造

鋼模臺車為軌道式邊頂拱襯砌臺車，是以電機驅動行走機構帶動臺車行走，利用液壓油缸和螺旋千斤頂調整模板到位及收模的隧洞混凝土成型設備(見圖1)。

臺車由模板總成、托架總成、平移機構、門架總成、主從行走機構、豎向液壓油缸、側向支撐千斤頂、托架支撐千斤頂、門架支撐千斤頂等組成。

模板由一塊頂模、兩塊邊模構成橫斷面，頂模與邊模通過鉸耳軸連接。每節模板寬1.5m，縱向由8節模板構成12m襯砌長度。模板縱向由螺栓連接。模板上開有呈品字形排列的工作窗口，頂部安裝有與輸送泵接口連接的注漿裝置。模板板厚10mm，次梁采用75×6的角鋼，間距250mm。為保證模板頂部受力強度，模板每節中部均設置了加強弧形拱板。

門架設計為單層鋼架，是臺車的主要受力部分，由橫梁、立柱、上下縱梁通過螺栓連接而成。臺車行走有兩套機械傳動裝置，通過一級齒輪減速器和兩條鏈條減速后驅動臺車在鋪設的軌道上完成行走。為實現兩套驅動裝置同步，采用兩臺電機同時起動，電機可正、反轉運行。模板的收分主要通過液壓系統控制進行，模板的支撐通過模板通梁上的絲桿千斤頂控制。

臺車主要技術參數如下:

臺車類型:液壓自行式。

最大外型尺寸:16.464m×5.44m×5.42m(長×寬×高)。

門架凈空尺寸:2.8m×3.85m(寬×高)。

臺車運行速度:8m/min。

驅動電機功率:2×7.5kW。

主動輪總數:2×2個。

圖1 鋼模臺車橫斷面圖

液壓電機功率:7.5kW。

3.2 四臺鋼模臺車布置方案

引水隧洞混凝土襯砌每倉標準長度為12m，施工中采用先全部完成底板混凝土襯砌施工，再利用鋼模臺車進行邊頂拱混凝土襯砌施工方式。四臺鋼模臺車在洞內縱向一字布開，施工中采用跳倉澆筑。

按照進洞方向對四個臺車依次編號為:1號、2號、3號、4號，為了避免四臺臺車之間相互干擾，臺車備倉、澆筑嚴格按照1號、2號、3號、4號臺車的先后順序循環開展備倉、澆筑。施工中采用一跳三倉，即1號臺車負責第4倉、第8倉、第12倉，2號臺車負責第2倉、第6倉、第10倉，3號臺車負責第3倉、第7倉、第11倉，4號臺車負責第1倉、第5倉、第9倉。

如此布置，既克服了四臺臺車的相互干擾問題，形成了有序施工，便于現場組織，又使1號、2號臺車始終作為兩頭封堵鋼模臺車、3號、4號臺車始終作為補空檔倉位鋼模臺車。

鋼模臺車設計制作中也遵循了上述施工要求。為滿足臺車跳倉澆筑要求，可在標準臺車每端部拼裝長0.2m、厚10mm的搭接端，以滿足倉位的標準長度要求。

圖2為四臺鋼模臺車布置及澆筑順序示意圖。

圖2 鋼模臺車布置及澆筑順序示意圖

4 平行流水施工作業及洞內布置

為充分發揮四臺臺車施工工效，必須創造出四臺臺車平行備倉、臺車與臺車之間達到連續澆筑的工效水平。即四臺臺車之間的混凝土澆筑工序作業形成流水線作業，在單臺臺車開展澆筑工序作業的同時，其余三臺臺車可開展平行備倉作業。

利用四臺臺車施工，即混凝土澆筑工序時間為整個混凝土施工的直線工期時間，其他工序時間均為平行備倉時間。

為了創造平行流水施工條件，洞內布置應注意如下事項:

a.四臺臺車按照一跳三倉進行施工，按照12倉(12m/倉)距離作為一個循環段，為保證混凝土泵車不影響四臺臺車的行走，混凝土泵車應布置于12倉距離之外，泵管水平輸送距離以控制在200m之內為宜。每完成一循環段(12個倉位)即對混凝土泵車進行遷移一次。

b.為克服四臺臺車備倉澆筑過程中的相互干擾問題，四臺臺車應嚴格按照倉位劃分及臺車先后順序進行有序施工。

c.為克服鋼筋制安與四臺臺車施工的干擾問題，應根據現場條件制作滿足混凝土攪拌車穿行的鋼筋臺車，并始終達到鋼筋制安超前邊頂拱混凝土襯砌施工部位及混凝土泵車布置部位。

5 工藝流程

工藝流程見圖3。

圖3 工藝流程

6 施工方法

按照12倉距離作為一循環段，開展平行流水作業施工。采用跳倉、泵送入倉澆筑。

6.1 鋼模臺車洞內安裝

鋼模臺車安裝在已完成底板混凝土澆筑部位進行。為便于安裝，安裝前工作面不應綁扎邊頂拱鋼筋，并應對安裝部位的頂拱部分進行適當擴挖，以滿足安裝空間要求。

安裝主要通過在頂拱部位增設起吊錨桿，利用手拉葫蘆進行。同時，為了便于材料的轉運，應輔助利用ZL30裝載機配合。具體安裝流程為:測量放線→鋪設、固定軌道→行走裝置及下縱梁安裝→門架安裝、加固→平移小車安裝→托架縱梁安裝→頂模安裝→左、右邊模安裝→輔助支撐件及電路、油路系統安裝。

因鋼模臺車均設計為構配件、螺栓連接，安裝起來相對方便。為保證安裝精度，施工中應重點控制以下誤差指標:

a.軌道中心距誤差不得大于10mm;軌道高程誤差不得大于20mm;軌道中心與隧洞中心誤差不得大于20mm。

b.行走輪中心應與軌道中心相重合，且誤差不得大于5mm。

c.門架下縱梁及托架縱梁(上縱梁)中心線對角線長度誤差不得大于20mm。

臺車重量約55t，根據現場工效，一般10天內可以完成一臺臺車的安裝。

6.2 邊頂拱鋼筋制安

邊頂拱鋼筋制安利用現場制作的門架式鋼筋臺車進行作業，鋼筋臺車利用型鋼制作，單長6m，安裝行走輪，便于人工遷移作業，現場共制作4臺。

鋼筋焊接采用單面電弧搭接焊，鋼筋設計為雙層，采用先安裝外弧、再安裝內弧鋼筋的順序進行作業。一個倉位設計240個焊接接頭，一班配置3臺電焊機、10人，1天可完成一個倉位的作業。

為滿足四臺臺車快速施工條件，邊頂拱鋼筋制安在臺車安裝前應超前安裝20個倉位距離，并在臺車安裝及混凝土備倉、澆筑時段開展平行作業，保證鋼筋制安工序不影響直線工期時間。

6.3 鋼模臺車行走及就位

臺車安裝、調試完畢后，即滿足了臺車行走條件。臺車行走前，軌道應鋪設到位，該工程軌道選用P43kg/m型鋼軌，高度140mm，支撐在18號槽鋼上。臺車就位前，應首先讓液壓系統按照下列步驟操作:

a.操作多路換向閥手柄，讓側向油缸收回，使下模(邊模)總成收回。

b.收回豎向油缸，使上模(頂模)總成下降，在油缸動作前，要縮回相應的托架支撐千斤頂。

c.旋回門架基腳千斤頂，使其離開軌面。

d.操作臺車行走電器按鈕，使臺車在電機牽引下行走。

e.臺車就位后，縮定行走輪，旋出基腳千斤頂撐緊鋼軌，防止臺車移動。

臺車行走、就位約需2h。

6.4 鋼模臺車立模

臺車行走至襯砌位置、鋼筋工序驗收后，即可開始立模工作。臺車立模按照以下步驟操作:

a.操作多路換向閥手柄，讓平移油缸工作，在測量人員的配合下，通過左右調節，使模板外形中心線與隧洞中線重合。

b.操作多路換向閥手柄，讓豎向油缸工作，升降調節，使頂模總成外形達到設計要求。

c.操作多路換向閥手柄，讓側向油缸工作，升降調節，使邊模總成外形達到設計要求。

d.臺車模板外形達到設計要求后，將托架支撐千斤頂撐緊托架縱梁。將側向支撐千斤頂旋出，撐緊千斤頂連接梁，以至達到模板總成結合密貼。

e.模板外形輪廓到位固定后，即可開始進行環向止水帶安裝及堵頭模板的立模工作。堵頭模板采用3cm厚度層板，四周圍囹采用10cm×10cm方木。模板固定時，一端通過加工的角鋼作為環向圍囹，以螺栓連接固定在臺車上，另一端通過墻壁錨桿固定，適當位置設置拉條與內部鋼筋點焊連接。

根據現場情況，鋼模臺車立模8h可以完成。

6.5 邊頂拱混凝土澆筑

現場采用1m3拌和樓拌料，8m3混凝土攪拌車開展混凝土水平運輸，80m3/h混凝土泵車泵送入倉，用φ50軟管振搗棒及附著式振搗器振搗的工藝開展邊頂拱混凝土澆筑。

混凝土入倉通過臺車上設置的工作窗口及注漿口進行。下料本著由遠而近、自下而上、對稱下料的原則進行。根據臺車設計要求，混凝土澆筑速度應控制在1.2m/h之內，兩側的下料高差控制在50cm之內。

考慮混凝土的超填量，每倉混凝土的實際方量為120m3，平均澆筑能力為15m3/h，每倉的實際澆筑時間為8h。

6.6 鋼模臺車脫模、刷油

鋼模臺車待強12h后，即可以脫模。脫模流程如下:

a.拆除臺車周邊的堵頭模板，啟動液壓站工作。

b.收回側向千斤頂，操作換向閥手柄，縮回側向油缸，收回邊模總成，使其離開混凝土。

c.收回豎向托架支撐千斤頂，操作換向閥手柄，縮回豎向油缸，收回頂模總成，使其離開混凝土。

d.停止油泵電機，清理臺車，即完成了臺車的脫模。

e.模板清理、刷油主要通過在超挖斷面較大的倉位處提前在端部預留1m寬度范圍不綁扎鋼筋的部位進行，通過臺車的前后移動配合人工開展清理。

以上工序約需6h。

7 工效分析

單臺臺車按照臺車行走與就位2h、立模8h、混凝土澆筑8h、待強12h、脫模與刷油6h計，一個循環流程的時間為36h。

因現場按照四臺臺車布置，除混凝土澆筑的8h在關鍵線路工期時間上外，剩余28h內均可以平行安排其他臺車的備倉與澆筑工作。故利用四臺邊頂拱襯砌臺車，混凝土襯砌的理論強度能夠達到36h完成四倉邊頂拱混凝土襯砌(約2.67倉/天)的工效水平，月最高強度水平能達到80倉的工效水平。

同時考慮施工的不均衡性及運距長短不一，通過加強現場組織管理，實際月最高工效水平能夠達到87倉。

8 結語

a.波波娜水電站于2010年8月5日開始進行首倉邊頂拱混凝土襯砌施工，12月一個月內通過加強現場組織管理，實現了單月87倉的工效水平，創造出波波娜水電站隧洞單月襯砌混凝土施工最高紀錄，確保了發電工期目標的提前實現。

b.該工程具有工期緊、施工任務重、洞內空間狹窄、僅有一條單向交通的特點。在中小型斷面隧洞襯砌中，單向工作面布置四臺鋼模臺車尚屬少見。為滿足工期要求，該工程采用四臺鋼模臺車施工，取得了良好的施工工況效果，可為類似工程提供借鑒。■