新型液壓自行式巖錨梁澆筑臺車的設計與應用

韓 進 奇， 楊 帆， 張 丹 萍

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

新型液壓自行式巖錨梁澆筑臺車的設計與應用

韓 進 奇， 楊 帆， 張 丹 萍

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

創(chuàng)造性地設計并應用了新型液壓自行式臺車并將其應用于白鶴灘水電站左岸地下廠房和尾水管檢修閘門室?guī)r錨梁混凝土澆筑，提升了機械化水平，節(jié)約了澆筑成本，消除了傳統承重排架配定型大模板澆筑巖錨梁工藝存在的安全風險高、人力及材料投入大、施工工效低等弊病，實現了巖錨梁混凝土快速、安全、優(yōu)質施工，極具推廣價值。

巖錨梁；澆筑；新型；液壓自行式；臺車；設計；應用；白鶴灘水電站

1 概 述

巖錨梁(巖壁吊車梁的簡稱)因其結構型式具有可減少地下廠房跨度、有利于圍巖穩(wěn)定、吊車可提早投入運行、為后期施工安裝提供方便等優(yōu)點，在國內外大型地下廠房中被廣泛使用。而目前國內外水電工程普遍采用人工搭設承重排架、安裝定型鋼模板進行巖錨梁混凝土澆筑施工，該傳統工藝存在安全風險高、人力及材料投入大、施工工效低等弊病。為消除傳統工藝具有的弊病、改進施工工藝、提升機械化施工水平、切實保證巖錨梁混凝土澆筑質量，我們在白鶴灘水電站左岸地下廠房及尾水管檢修閘門室設計并應用了新型液壓自行式臺車進行巖錨梁混凝土施工。

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣境內，是金沙江下游干流河段梯級開發(fā)的第二個梯級電站，左右岸各布置了8臺、單機容量為100萬kW的水輪發(fā)電機組(是目前世界上單機容量最大的水輪發(fā)電機組)，總裝機容量為1 600萬kW，是目前世界上在建規(guī)模最大、建成后世界第二大水電站。

在白鶴灘水電站左岸引水發(fā)電系統工程中，其尾水管檢修閘門室及地下廠房均布置有巖錨梁結構。其中，尾水管檢修閘門室?guī)r錨梁布置在尾水管檢修閘門室上、下游邊墻，分南北側兩段布置，南側尾水管檢修閘門室斷面寬度為9.1 m，北側尾水管檢修閘門室斷面寬度為12 m。尾水管檢修閘門室高程645.5 m以上開挖支護完成后進行巖錨梁混凝土施工，其底板距巖錨梁頂部高12.5 m。上、下游各分為24倉澆筑，標準段分倉長度為15.5 m。尾水管檢修閘門室?guī)r錨梁結構見圖1。

左岸地下廠房總長度為453 m，巖錨梁布置于廠房上、下游邊墻，巖錨梁單邊設計長度為406 m，在廠房第Ⅲ層開挖支護結束后進行巖錨梁混凝土澆筑，底板距巖錨梁頂部9.7 m。上、下游各分為28個倉澆筑，標準段分倉長度為15.5 m/15 m。地下廠房巖錨梁結構見圖2。

2 新型液壓自行式巖錨梁澆筑臺車的設計

2.1 設計思路

液壓自行式巖錨梁澆筑臺車的設計思路歷經從傳統搭設承重腳手架、吊裝定型鋼模板方案改進為固定腳手架配滑軌式定型鋼模板方案、移動腳手架牽引定型鋼模板行走方案的演化過程。通過對后兩種改進方案中模板及腳手架在移動過程中的安全穩(wěn)定問題進行研究，結合尾水管檢修閘門室和地下廠房巖錨吊車梁的空間布置和結構特點，最終優(yōu)化為液壓自行式澆筑臺車方案。

2.2 設計要點

為使巖錨梁澆筑臺車技術可行、經濟適用，在進行臺車設計時，充分考慮了以下幾個因素：

(1)尾水管檢修閘門室洞室斷面跨度小(9 m/12 m)，臺車設計可采用對稱式結構：一則臺車受力條件好、一次就位可同時施工兩側巖錨梁，進而提升效率；二則可以保證臺車下部通道通暢；對于洞室斷面跨度大(31 m)的廠房，其上、下游巖錨梁需分別布置臺車進行施工，因此，臺車采用單側式結構。

圖1 尾水管檢修閘門室?guī)r錨梁結構示意圖(單位：cm)

圖2 地下廠房巖錨梁結構示意圖

(2)為減少施工成本、提高臺車利用效率，先施工的尾水管檢修閘門室?guī)r錨梁臺車在完成相應部位巖錨梁施工后，可將其改裝后用于廠房巖錨梁混凝土施工。臺車設計時，需考慮兩個部位巖錨梁在不同結構尺寸條件下能夠通過少量改制實現臺車共用，以減少臺車的制作成本。

(3)在廠房部分巖錨梁不良地質段設置有附壁墻結構，該部位巖錨梁結構與標準斷面不一致，臺車設計時需考慮通過局部改裝能兼顧類似部位異型結構巖錨梁施工。

2.3 鋼模臺車的設計

(1)對稱式鋼模臺車門架總成設計。

尾水管檢修閘門室?guī)r錨梁采用對稱式鋼模臺車，其門架由橫梁、立柱、縱梁、斜撐通過螺栓連接而成，各橫梁及立柱間通過連接梁及斜拉桿連接和加固。整個門架必須保證具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。

尾水管檢修閘門室?guī)r錨梁單倉澆筑長度為15.5 m，安裝基面距巖錨梁頂部12.5 m，南側洞室跨度為9.1 m、北側洞室跨度為12 m，因此，尾水管檢修閘門室?guī)r錨梁南側鋼模臺車門架最大外形尺寸為15.6 m×9.1 m×14.3 m(長×寬×高)；北側鋼模臺車門架最大外形尺寸為15.6 m×12 m×14.3 m(長×寬×高)。

考慮到尾水管檢修閘門室臺車與廠房共用，而其安裝基面距巖錨梁頂部的距離與廠房不同，分別為12.5 m和9.7 m，因此，在尾水管檢修閘門室臺車門架設計時將立柱分兩節(jié)設計，其中一節(jié)為活動節(jié)，改裝至廠房時將活動節(jié)移除即可使臺車高度滿足廠房巖錨梁施工要求。

(2)單側式鋼模臺車門架總成設計。

單側式鋼模臺車用于廠房巖錨梁施工，考慮的是在尾水管檢修閘門室臺車改裝至廠房后、為滿足工期要求而需要另行增加的臺車。

該臺車門架的結構與對稱式鋼模臺車門架結構基本一致，與改裝臺車共軌，其最大外形尺寸亦與尾水管檢修閘門室臺車相同，上游側單側式鋼模臺車門架最大外形尺寸為15.6 m×9.1 m×14.3 m(長×寬×高)，下游側單側式鋼模臺車門架最大外形尺寸為15.6 m×12 m×14.3 m(長×寬×高)。單側式臺車與對稱式臺車的區(qū)別在于：單側式模板系統只有一側，且為減小臺車重量，其門架上部架體斷面設計為梯形結構。

(3)臺車模板系統設計。

臺車模板系統主要由定型鋼模、支承千斤及調節(jié)液壓油缸組成。

巖錨梁混凝土模板構筑面包括直立面和下斜面，在模板設計時，考慮到直立面和下斜面采用整體定型模板，其直立面與斜面之間的拐角通過設計一塊可替換的拐角模板、用螺栓及定位銷將直立面與斜面定型模板聯結成整體，并將其整體吊裝在模板連接梁上。

支撐系統包括用來支承、調節(jié)模板位置并承受混凝土澆筑壓力的側向支撐千斤，以及用于鋼模臺車定位后固定支撐臺車門架的門架千斤和用于安裝支撐系統的平臺支撐。

液壓油缸包括調整定型模板豎向定位的頂升油缸、調整定型模板水平位置的橫移油缸和調節(jié)模板側向定位的側向油缸，頂升油缸、橫移油缸通過螺栓和定位銷固定在頂部橫梁上，側向油缸通過螺栓和定位銷固定在托架與定型模板之間。通過調節(jié)油缸實現模板的精準定位及收模。

(4)臺車其他結構設計。

臺車走行機構包括利用電機驅動的主動走行機構和從動走行機構，通過走行機構帶動臺車整體行走。

臺車操作平臺主要包括頂部平臺及側面平臺，頂部平臺主要用于澆筑工器具、臨時所需材料等的堆存，側面平臺主要用于模板定位、校正及加固作業(yè)。

防護結構包含安全爬梯、護欄和防護平臺，以保證作業(yè)人員施工過程中的安全。

臺車的具體結構見圖3、4。

(5)臺車受力分析。

臺車設計完成后，通過電算進行有限元分析，對臺車模板側壓力、模板彎曲應力、模板位移及門架穩(wěn)定性等進行了受力計算(圖5、6)。

計算結果表明：臺車門架結構及各千斤的強度滿足設計要求。

2.4 臺車通用功能設計

為提高臺車利用率，降低施工成本，采取對臺車模板分塊設計、門架立柱分節(jié)設計的方案，對臺車進行局部改制即可滿足在不同部位巖錨梁多次使用。

筆者以白鶴灘水電站左岸尾水管檢修閘門室臺車與廠房臺車實現通用為例進行介紹：

(1)不同澆筑高度的臺車通用功能設計。針對不同部位巖錨梁存在澆筑高度不同的問題，可以通過門架立柱分節(jié)設計方案予以解決，采用取掉(或增加)立柱使臺車高度滿足不同巖錨梁澆筑高度需求(圖7、8)。

(2)不同拐角及尺寸的巖錨梁臺車通用功能設計。對于不同部位巖錨梁直立面與斜面尺寸及拐角角度不一致的問題，可以通過加工滿足拐角輪廓的拐角模板進行更換予以解決。

圖3 單側式鋼模臺車示意圖

圖4 對稱式鋼模臺車示意圖

圖5 單側式鋼模臺車受力云圖

圖6 對稱式鋼模臺車受力云圖

圖7 尾水管檢修閘門室臺車改裝前示意圖

圖8 尾水管檢修閘門室臺車改裝至廠房示意圖

鋼模臺車整體模板由直立面模板(通用模板1)、拐角模板、斜面模板(通用模板2)采用螺栓連接而成，針對拐角不同的巖錨梁結構(圖9)，只需將拐角模板A更換為拐角模板B即可改變拐角角度、直立面與斜面尺寸。

圖9 不同結構巖錨梁輪廓構造示意圖

2.5 臺車在附壁墻段異型結構巖錨梁的適應性設計

巖錨梁作為重要受力結構，在遇到不良地質部位時通常會采取增加附壁墻的方式進行圍巖加固。在此情況下，常規(guī)的巖錨梁澆筑臺車將不再適用。因此，在進行臺車設計時需充分考慮該因素，可以通過改裝臺車下斜面模板予以解決。白鶴灘水電站左岸地下廠房巖錨梁標準段和附壁墻段鋼模臺車立模情況見圖10、11。

圖10 標準段鋼模臺車立模示意圖

在無附壁墻的標準斷面洞段采用標準臺車施工，在有附壁墻的部位先提前進行附壁墻混凝土澆筑，待附壁墻混凝土澆筑完成后，將標準臺車下斜面模板(通用模板2)更換為拐角模板C后與已澆筑的附壁墻搭接即可(圖12)。

2.6 液壓自行式鋼筋安裝臺車設計方案

采用臺車進行巖錨梁混凝土澆筑，鋼筋需利用鋼筋臺車提前安裝。

圖11 附壁墻段鋼模臺車立模示意圖

鋼筋臺車由門架、操作平臺、支撐系統、走行機構、防護結構組成。門架為多層框架式結構，門架兩側底部設置有平行的縱梁。操作平臺包括側面伸縮平臺和頂部平臺，以滿足巖錨梁外側不同開挖厚度時鋼筋運輸及安裝需求。在頂部平臺上設置有懸臂卷揚提升機構，用于垂直運輸鋼筋等材料。支撐系統包括設置在主、從走行機構之間每根立柱位置用于支撐臺車門架的門架千斤和布置在門架一側或兩側的平臺支撐。走行機構包括安裝在縱梁兩端的主動走行機構和從動走行機構，在走行機構軌道上還布置有夾軌裝置，用以保證臺車的安全行走和就位。防護結構包含安全爬梯、護欄和防護平臺。

對稱式鋼筋臺車結構以尾水管檢修閘門室北側鋼筋臺車為例，單側式鋼筋臺車結構以廠房下游側鋼筋臺車為例。為實現臺車利用的最大化，節(jié)約臺車成本，廠房鋼筋臺車由尾水管檢修閘門室臺車改制而成，具體情況見圖13、14。

3 新型液壓自行式巖錨梁臺車澆筑施工

圖12 異形結構巖錨梁模板改裝示意圖

圖13 單側式鋼筋臺車示意圖

采用新型液壓自行式臺車進行巖錨梁混凝土施工時，首倉混凝土施工需提前進行鋼筋、鋼模臺車的安裝。臺車安裝完成后，后續(xù)各倉號施工時只需將臺車行走至相應倉位即可。

單倉施工工序為：先進行鋼筋臺車就位，在鋼筋臺車上進行鋼筋安裝，鋼筋安裝完成后，將鋼筋臺車移位至下一倉位施工，將鋼模臺車行走至本倉，然后進行臺車模板的定位及加固，完成后進行剩余預埋件、端頭模板的安裝等施工。

備倉完成后，組織質檢人員及監(jiān)理人員進行倉面驗收，驗收合格后澆筑混凝土。具體工藝流程見圖15。

在白鶴灘水電站左岸尾水管檢修閘門室及廠房巖錨梁澆筑施工中，采用新型液壓自行式臺車完成了尾水管檢修閘門室?guī)r錨梁混凝土澆筑48倉，歷時3.5個月，完成后將其改裝至廠房完成巖錨梁混凝土澆筑56倉，歷時6個月，施工進度滿足合同工期要求。巖錨梁混凝土成型美觀、質量優(yōu)良，單元工程合格率及優(yōu)良率均達到100%。

圖15 新型液壓自行式臺車澆筑巖錨梁混凝土工藝流程圖

施工過程中的文明施工環(huán)境大大改善，施工安全受控，未發(fā)生安全事故。

4 新型液壓自行式臺車具有的特點和優(yōu)勢

(1)與傳統施工工藝相比，采用液壓自行式臺車進行巖錨梁混凝土施工，一方面規(guī)避了大量高排架搭設和大型模板吊裝作業(yè)的安全風險，另一方面使巖錨梁施工形成平面流水作業(yè)，避免了大量的人力消耗，提高了施工效率，節(jié)約了施工成本。

(2)采用臺車代替?zhèn)鹘y的高排架作為巖錨梁鋼筋混凝土施工作業(yè)平臺，避免了施工人員在狹窄的平臺空間作業(yè)，提升了施工人員作業(yè)環(huán)境的安全性。

(3)臺車模板系統通過電動走行機構帶動其支承門架整體移動，實現了模板系統快速安全定位，全過程只需一次安拆，從而避免了傳統工藝中模板反復吊裝、拆卸的安全風險。特別是對于小跨度洞室的巖錨梁采用對稱式臺車施工，臺車一次就位即可同時完成兩側巖錨梁施工，更能體現出該工法快速高效的優(yōu)越性和先進性。

(4)臺車的模板是由直立面模板、拐角模板和底面模板通過螺栓聯結成的整體定型模板，并通過液壓系統進行定位，模板整體性好、剛度可靠，為巖錨梁混凝土成型質量提供了可靠保障。

(5)地下廠房巖錨梁技術應用廣泛且?guī)r錨梁結構大同小異，臺車生產后通過對模板及門架立柱進行局部改裝，即可實現巖錨梁混凝土澆筑自動化臺車在同一工程不同部位或多個工程重復利用，不僅大大降低了臺車成本，提高了臺車的利用率，也提高了混凝土澆筑施工進度，經濟效益顯著。

5 結 語

新型液壓自行式巖錨梁澆筑臺車在白鶴灘水電站左岸地下廠房和尾水管檢修閘門室?guī)r錨梁混凝土澆筑施工中的成功研制和應用，為巖錨梁混凝土施工提供了一套全新的施工設備、工藝和方法，使巖錨梁混凝土施工在機械化程度上有了新的突破。可以說，新型液壓自行式巖錨梁澆筑臺車的應用，使施工安全更可靠、質量更有保障、作業(yè)更高效、成本更節(jié)約，在提質增效、構建本質安全方面取得了顯著成果，對后續(xù)水電站巖錨梁澆筑施工具有顯著的指導意義，極具推廣價值。

TV7;TV52;TV53

B

1001-2184(2017)06-0001-06

2017-10-18

韓進奇(1978-)，男，湖北應城人，白鶴灘施工局總工程師，高級工程師，一級建造師，從事水電工程施工技術與管理工作；

楊 帆(1985-)，男，四川彭州人，白鶴灘施工局局長助理兼技術部主任，工程師，從事水電工程施工技術與管理工作；

張丹萍(1990- )，女，陜西西安人，助理工程師，從事水電工程施工技術與管理工作.

李燕輝)