組合式頂拱鋼模臺車在龍抬頭襯砌中的應用

□汪水光（河南省水利第二工程局）

1 施工背景資料

河口村水庫2#泄洪洞龍抬頭段改建段為樁號2泄0+000～2泄0+150.28，水平投影長度150.28m，典型洞身斷面7.5m× 13.5m，襯砌厚度為2.0m。設計襯砌頂拱內徑為4.04m，外側半徑6.06m，頂拱襯砌高程隨底板拋物線尺寸而改變，龍抬頭洞身軸線方程為：y=x^2/350。

2#泄洪洞進口開挖寬度為25.4m，進口段屬于Ⅳ類圍巖。設計圖紙注明龍抬頭開挖過程中采用鋼拱架支撐，但該泄洪洞開挖斷面跨度較大，在中導洞擴挖及分層開挖施工中就有可能出現大面積塌方，且洞身軸線呈拋物線走勢更增加了開挖難度。經施工方、有關專家再三考慮論證，為確保安全施工，采用頂拱鋼模臺車，在側墻施工過程中埋設軌道埋件，待側墻施工完成后，利用組合式頂拱鋼模臺車完成頂拱襯砌施工。

2 施工工法

2.1 臺車軌道埋設

該軌道埋件分為兩部分：引軌埋件和工作軌埋件，其中引軌埋件的作用是安裝頂拱鋼模臺車，布置在2~4段邊墻上；工作軌埋件用于頂拱鋼模臺車的運行和為頂拱混凝土澆筑提供支撐。

頂拱鋼模臺車經引軌進入工作軌時，如果工作軌埋件超出側墻混凝土面，勢必形成相互打攪和干擾，因此影響鋼模臺車就位的工作軌埋件需斬斷分為兩部分，第一部分不露出側墻混凝土面，待臺車經過后再把第二部分焊接上。埋件位置見圖1，工作軌埋件形式見圖2（引軌結構及材料與工作軌相同，可省略雙拼18a槽鋼斜撐）。

圖1 埋件位置圖

圖2 工作軌埋件圖

2.2 頂拱施工

2.2.1 臺車方案

邊墻施工時提前埋設埋件用于軌道安裝，軌道用小型起重設備起吊并安裝焊接在埋件牛腿上。

頂拱模板臺車共4節，每節3.0m，節間用螺栓連接，各節設置8套卡軌器，拱腳各設置一塊與邊墻緊貼且可活動的拐角模板。臺車在進口平臺拼裝后，把臺車吊放在引軌上，卷揚機從后面牽引著臺車，人工把臺車推入第6段澆筑位，再把下一節臺車按同一方式就位直至全部拼裝在一起。然后把引軌段的工作軌埋件外漏部分焊接上，形成前5段頂拱澆筑完整的臺車軌道。

前5段頂拱澆筑完成后，拆除頂拱臺車并移至2#導流洞出口重新進行組拼，汽車吊跟進把臺車吊放在桁架梁上并固定，提升滑輪組使桁架梁與軌道處于同一高程，然后把臺車推入工作軌道并臨時固定，再進行下一節臺車的吊裝直至全部完成。其吊裝方式如圖3。

圖3 頂拱模板臺車現場安裝示意圖

施工過程中，臺車生產廠家派人到現場指導組裝和安裝，并指導臺車使用時的詳細過程。

2.2.2 頂拱澆筑

頂拱混凝土澆筑是龍抬頭段施工的關鍵，首先澆筑第6段頂拱，然后依次往上游澆筑第5、4、3、2段，第2段頂拱澆筑后，拆除頂拱臺車并移至出口重新進行拼裝，依次澆筑15→7段頂拱。如果龍抬頭下游側的工期允許也可以在下游側的側墻澆筑完成后臺車直接從第6段沿軌道推至第15段。隨后進行后9倉頂拱混凝土襯砌。

第1段頂拱澆筑在后9段頂拱施工過程中穿插進行。其支撐形式為：在邊墻上安裝間距0.75m的埋件，用1#泄洪洞漸變段內拆除的H型鋼為下部支撐，上部安裝拱架和3015普通鋼模板后與后9段頂拱同時澆筑，進一步壓縮有效工期。

澆筑過程中應特別注意，因頂拱并不水平，如果澆筑速度過快，在混凝土沒有初凝的情況下，下游模板承受的混凝土厚度遠不止2m。因此，只要混凝土不初凝和能夠連續施工，可根據倉位的坡度情況適當減緩混凝土的入倉速度，以減輕下游頂拱模板的壓力。

2.2.3 臺車拆除

后9段頂拱澆筑結束后，臺車順軌道向上游移動至第2段側墻引軌上，用50t吊車把臺車逐節吊下引軌并運至進口平臺，完成從哪里來回到哪里去的拆除過程。

2.3 底板施工

底板澆筑在邊墻與頂拱全部澆筑完成后不分前6倉與后9倉統一從下游向上游用泵送混凝土和滑模方式施工，由于底板設置了分縫且需要安裝止水，故采取跳倉方式澆筑。

2.4 埋件拆除及混凝土表面處理

頂拱臺車使用后，軌道已經失去作用，應及時予以拆除。拆除時，除割除埋件外漏部分外，還應用角磨機打平，表面涂抹環氧樹脂，以防埋件生銹。

3 頂拱鋼模臺車安全性能及參數

3.1 主要結構及簡述

臺車由行走機構、臺車門架、鋼模板、鋼模板垂直升降和側向伸縮機構、液壓系統、電氣控制系統等6部分組成。

3.1.1 行走機構

行走機構由4套行走輪組成，分別安裝于臺車行走梁的兩端，行走靠固定在地面的兩臺同步卷揚機牽引行走，在行走梁的下端每個行走輪的旁邊安有一個卡軌器，臺車移動到位后鎖緊卡軌器，防止臺車倒車。

3.1.2 臺車門架

臺車門架設計共2榀，由門架橫梁、上縱梁、連接梁、剪刀架等部件組成。

3.1.3 模板

模板寬度為1.5m，為保證模板有足夠的強度，面板采用10mm，同時采用10#槽鋼加強,間距300mm。

3.1.4 液壓系統

由電動機、液壓泵、手動換向閥、垂直及側向液壓缸、液壓鎖、油箱及管路組成。

3.2 軌道牛腿埋件

牛腿截面結構為250×250×12H型鋼，軌道中心距墻體的距離為0.3m，按鋼性懸臂梁對牛腿強度和剛度進行驗算。牛腿間距為0.75m，3m共有10個牛腿。

3.3 軌道設計參數及安全性能

以最陡的直線段為計算單元，水平角21.8°，第一節臺車下游充滿混凝土時，其底部已經初凝，按此假設，混凝土的最大影響長度為9.17m，近似按9m計算。

軌道受力由臺車的輪子傳下，每個輪子的受力為：

經計算，Mmax=-69.3kNm，Qmax=629kN。

圖4 彎矩最大時軌道受力簡圖

3.3.1 軌道強度驗算

43kg重軌材料為71Mn，w=217×10-6m3，I=1489×10-8m4，[（]=586~785MPa

3.3.2 軌道剛度計算

由彎矩圖4可知最大撓度發生在兩個牛腿之間的軌道中間，按0.75m多跨連續梁受集中力629kN計算。查表得

軌道滿足要求。

4 龍抬頭襯砌臺車在隧洞襯砌中所能達到的效果

該工法在施工技術上是可行的，效應方面對工期、投資等見效快。能明顯節約施工工期，同時降低了隧洞襯砌人工成本，經濟效益顯著。

臺車有足夠的強度和剛度，在液壓缸和支撐絲桿的聯合作用下，能抵抗混凝土強大的垂直和側向壓力，臺車不發生變形。由于各支點設計布局合理，有效地利用了臺車自身的重量和混凝土重量的壓力，保證了臺車澆筑混凝土時克服混凝土的上浮作用。

每片鋼模接縫嚴實，混凝土密實，無蜂窩、斑點、錯臺現象發生，表面光滑、平整、美觀。當隧道開挖偏離中心時，可通過臺車的模板調整機構達到調中，能夠滿足設計和施工要求。