導流洞龍抬頭改造頂拱襯砌空中臺車施工技術

□徐楠楠（河南省沙潁河流域管理局）

導流洞龍抬頭改造頂拱襯砌空中臺車施工技術

□徐楠楠（河南省沙潁河流域管理局）

導流洞龍抬頭改造頂拱襯砌空中臺車開辟了相似工程施工的先河，填補了隧洞襯砌曲線段變高差頂拱施工技術國內空白，施工方案新穎，臺車結構合理，移動方便快捷，循環時間短，施工效率高，頂拱混凝土成型后表面光潔、曲線符合設計要求，施工技術具有較強的推廣價值。

導流洞；龍抬頭；襯砌

1　概述

水庫和水電站建設初期，為滿足工程建設需要而修建導流洞，當大壩填筑至一定高程、泄洪洞具備過水條件時，導流洞的導流使命完成，需進行封堵。但若把導流洞廢棄不用，會產生巨大的浪費，因此在導流洞保留大部分洞體的情況下，在封堵段末端重新開孔，向上繞過封堵段形成另外一條泄洪洞，其形狀猶如一條昂首巨龍，簡稱龍抬頭段。由于導流洞改造成泄洪洞后承擔了部分泄洪能力，原有的泄洪洞就可以減小泄洪斷面，在保證總泄洪能力不變的前提下降低了工程投資。

改造后的龍抬頭段由拋物線段、直線連接段和反弧段組成，由于整體向上，分倉線垂直于洞軸線呈傾斜狀態，施工難度較大。

河口村水庫導流洞改造龍抬頭段按分倉線共分15段，前6段與進口進水塔相連，為拋物線段，全部位于新開洞段內，后9段位于導流洞拆除襯砌洞段內，其中后面的7段為反弧段，前面的兩段為拋物線與反弧段的連接段。斷面為城門洞形，襯砌厚度2 m，襯砌后標準段過水斷面b×h=7.50 m×13.50 m，縱向最大坡比1：2.50。

導流洞龍抬頭改造一般在水庫和水電站建設的后期進行，面臨著蓄水發電經濟效益發揮的時間壓力，工期要求極為苛刻，成為考量建設工期的重要指標，為縮短建設工期，龍抬頭襯砌可分為兩部分進行：前段可在導流洞封堵前進行，后段在導流洞封堵和拆除改造后進行。這樣，龍抬頭改造建設工期僅體現后段施工上。

2　方案的形成

與普通隧洞襯砌一樣，導流洞龍抬頭改造襯砌部位也分為側墻、頂拱和底板，不同之處是龍抬頭改造為曲線襯砌，需要符合設計的曲線方程才能滿足高速水流的過流要求，因此襯砌后形成的頂拱和底板澆筑面必須平順且符合設計曲線，不得有曲折存在。

側墻與底板混凝土施工相對容易，側墻可采用大塊鋼模板以減少錯臺和保證表面平整度，底板可采用拉模進行跳倉澆筑，問題的關鍵是采用何種措施既能滿足頂拱的設計曲線，又能在較短的時間內快速完成襯砌任務。若頂拱襯砌采用滿堂腳手架，一是阻斷交通，人員及設備無法通過，材料無法運輸；二是腳手管搭設在斜坡底板上容易滑動而出現安全事故；三是腳手架搭設量巨大，施工進度緩慢無法保證按期完成襯砌任務。若采用在側墻上安裝埋件并鋪設簡支梁作為支撐，由于減少了腳手架使用量，故施工進度較滿堂腳手架方案加快許多，但仍不能按期完成襯砌任務。如果能夠采用普通隧洞臺車襯砌方案則問題均可解決，關鍵是整段臺車剛性較大，不易滿足曲線方程，且臺車行走在坡面底板上，牽引與固定問題很難解決，設計的過流斷面寬度不變但高差不一，普通的隧洞全斷面襯砌臺車顯然不能使用。若把簡支梁方案與普通臺車方案有機地結合起來，把臺車分段設計置于空中柔性相連，前端用滑輪組和卷揚機牽引，則問題迎刃而解。

設計的頂拱分倉長度為7.49～12 m，若每節臺車長度3m，最多只需加工4節即可。組裝后，頂拱曲率最大處的弦高誤差4.10 mm，滿足設計曲線要求，板縫最大寬度46 mm，采用加環形木條方式解決。

3　安全計算

一倉頂拱混凝土約350 m3，加上臺車和埋件重量，一倉頂拱總重量近千噸，臺車在斜坡道放置的情況下，需同時考慮臺車構件及預埋件的強度與剛度，以及臺車抗滑與抗傾等問題。

加工前，根據《路橋施工計算手冊》與《結構力學》，借助清華大學結構力學求解器對臺車進行結構計算，臺車所受的混凝土壓力以坡面停置時最不利情況設定，受力模型采用偏于安全的簡化方法。計算中分析了臺車主要受力部件和容易破壞的部位，經計算，各部件和整個臺車均能滿足施工受力要求，臺車本身能夠承受4m厚的混凝土壓力，安全系數2，臺車單節重量16 t。

經計算選用的側墻埋件為：250×250×9×14×16 H型鋼，間距0.75 m，埋入深度0.60 m，外露0.50 m，外漏部分焊接雙拼18 a工字鋼斜支撐，支撐與腳板相連，H型鋼上鋪設43 kg/m重型鋼軌且與埋件相焊接。

空中臺車正視如圖1，側視如圖2。

圖1　空中臺車正視圖

圖2　空中臺車側視圖

4　安全裝置

坐落于1：2.50斜坡上的空中臺車，使用過程中的防滑至關重要，故本臺車每節均設置了8個卡軌器，為增加卡軌器與軌道的摩阻力，接觸面上銑出間距10 mm的凹凸條帶，輪子處設置止輪器，各節相連后前端用兩個32 t的滑輪組相牽引，經計算，采取以上措施能夠保證臺車使用過程中的安全，卡軌器見圖3。

圖3　卡軌器簡圖

5　埋件安裝及軌道鋪設

空中臺車軌道埋件事先按曲線方程預埋在側墻上，H型鋼上平面平行于頂拱曲線，腳板預埋件緊貼模板安裝，模板拆除后焊接支撐，形成牛腿。因頂升油缸系統總行程只有300 mm，為保證板面能夠達到設計高程，牛腿的埋置高度比理論值提高100 mm。單根長度12.50 m、單位重量43 kg/m重型鋼軌在車間按曲線方程彎曲成型，標注編碼后運至現場，按相應的順序吊裝并焊接在牛腿上，牛腿安裝高程出現局部偏差時，在H型鋼和重軌之間加裝鋼墊塊。重軌安裝時，嚴格控制軌距及與側墻的間距，以防臺車運行過程中碰到側墻或出現卡死現象。

6　引軌的設計與安裝

因頂拱襯砌厚度為2 m，小于汽車吊吊鉤高度與千斤繩長度之和，因此不能把臺車吊放在工作軌上，此時需降低軌道高度，另外設置水平引軌，臺車經引軌進入工作軌，期間部分工作軌埋件阻擋了臺車的前行，故該部分埋件可事先暗埋，臺車通過后再接長并安裝工作軌。經計算，引軌埋件間距2.00 m，仍使用前述H型鋼，但其下部不設支撐，引軌與工作軌布置見圖4。

圖4　引軌與工作軌布置圖

7　臺車安裝

拼裝完成的臺車用拖板逐節運至現場，并用50 t汽車吊吊放在引軌上，人工用撬杠輕輕撥動輪子使其緩慢前行，進入工作軌后，由于單節臺車高度較大（5.10 m）、長度只有4 m，斜坡之上容易傾翻，故用兩個10 t倒鏈拉著臺車中部的托架梁，另外兩個10 t倒鏈拉著下部的門架大梁，緩慢地放長四個倒鏈，臺車靠自重在斜坡軌道上前行，當倒鏈達到行程后，更換倒鏈使臺車繼續前行至工作位置，旋緊卡軌器后摘除倒鏈進行后面三節臺車的安裝。

各節臺車就位后，為增加整體性，在橫向門架大梁上焊接30 mm厚的鋼板并用直徑50 mm的8.80級高強螺栓進行活連接，然后在最上游一節臺車的橫向門架大梁上掛兩組32t滑輪組，并用8 t卷揚機牽引，組合完成后的空中臺車以某一段頂拱襯砌為例，其形式見圖5。

圖5　空中臺車組合圖

8　臺車使用

與普通的隧洞襯砌臺車使用一樣，臺車就位后，啟動液壓泵站使板面上升至設計高程，再啟動橫移油缸系統使襯砌符合設計軸線，最后人工旋轉頂升千斤頂以支撐和加固，對于水利水電工程導流洞龍抬頭改造曲線空中臺車，頂模面板間的縫隙在頂模撐開至設計位置后，拋物線段頂模的縫隙可用弧形木條予以填塞。

9　襯砌施工

9.1襯砌順序

如前所述，襯砌從第6段開始，自下游往上游推進，前6段完成后，臺車暫時停留在第2段，等后9段邊墻澆筑完畢后，把臺車移至第15段，繼續從下游往上游推進。頂拱全部澆筑完成后，臺車經引軌至第2段，然后用50 t汽車吊拆除并運出洞外，完成導流洞龍抬頭改造襯砌施工。

9.2泵送施工

泵送進料口設置在上游擋頭模頂部，人工倉內擺動軟管使兩側混凝土均衡上升，人員和設備撤出倉面后，從上游擋頭模頂部的觀察窗向內觀察混凝土充盈情況，為保證臺車安全，需要時及時停止泵送作業，絕不超泵澆筑，頂部留下的小空腔在下一段頂拱澆筑時流入至飽滿或進行回填灌漿。

9.3臺車移動

空中臺車板面收回后，松開卡軌器，四節臺車在兩套32 t滑輪和兩臺8 t卷揚機的牽引下順工作軌共同移至上游作業面，進行下一段頂拱襯砌施工。

采用該空中臺車澆筑一段導流洞龍抬頭改造頂拱混凝土的循環周期為5.50 d，而采用滿堂腳手架方案時需要40 d，施工效率提高6倍左右。

10　結語

導流洞龍抬頭改造頂拱襯砌空中臺車開辟了相似工程施工的先河，填補了隧洞襯砌曲線段變高差頂拱施工技術國內空白，施工方案新穎，臺車結構合理，移動方便快捷，循環時間短，施工效率高，頂拱混凝土成型后表面光潔、曲線符合設計要求，施工技術具有較強的推廣價值。

（責任編輯：劉長垠韋詩佳）

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1673-8853（2016）07-0086-03

2016-05-01