全圓引水隧洞襯砌混凝土施工
——針梁式臺車在全圓隧洞襯砌中的應用

張明坦

（中國電建市政建設集團有限公司 天津 300384）

1 前言

遼寧鐵嶺市清河區引水隧洞工程，隧洞共4段，全長4040m。4段隧洞均為有壓隧洞，斷面為圓形，成洞洞徑D=5.8m，根據圍巖類型不同襯砌厚度分為500mm、600mm、700mm三種。由于該工程工期較緊，要求標準較高，為加快進度提高成型質量，在隧洞混凝土襯砌中采用了針梁式臺車施工工藝，收到了較好的效果，保證質量的同時提高了施工進度。

2 臺車的構造及工作原理

本工程采用的全圓針梁模板臺車由中國隧道集團隧道設備制造有限公司設計制造，針梁長29m，模板長12.1m，共由8節組成，每節分底模、左邊模、右邊模和定模四部分（具體見鋼模臺車結構示意圖）。

圖1 針梁鋼模臺車結構示意圖（縱斷面）

2.1 臺車構造

臺車總長29m，模板襯砌長度12.0m，主要由圓形模板、針梁及梁框總成、對中調整機構、動力牽引機構、抗浮裝置、行走機構、液壓系統、電氣系統等組成。

2.2 鋼模的工作原理

鋼模的立模、拆模靠液壓油缸完成。在模板對應的位置上安裝螺旋千斤頂，千斤頂后部與液壓油缸連接，通過液壓油缸對模板進行定位和拆除。模板的精確定位是通過調整千斤頂的螺旋來控制。臺車的豎向調整是通過底座上的豎向油缸來調整，水平方向通過水平油缸左右調整。

模板的立模順序為：底模→左邊模→右邊模→頂模；脫模順序為：頂模→右邊模→左邊模→頂模。

2.3 行走與定位

臺車內設置有電動卷揚機，卷揚機通過滾筒及循環鋼絲繩控制臺車行走。電動卷揚機固定在針梁上，鋼絲繩與模板滑架相連，從而使針梁和模板滑架產生相對運動。臺車移動時，鋼模面板不能接觸初期支護混凝土面，必須墊方木，以避免模板受損破壞。臺車定位是通過豎向和水平油缸配合調整，用全站儀測量進行精確定位。

2.4 澆搗系統

臺車模板上共開有30個工作窗，沿模板橫斷面周長方向平均分布8排，模板正頂部設置有2個工作窗，間距6m。其它7排均布置有4個工作窗，間距3m。這些工作窗口為下料與振搗窗口，澆筑時可保持對稱均勻下料，插入式振搗棒隨澆隨振搗。該臺車模板上還設置有20臺ZW-7型1.5kW附著式振搗器，分為5排，其中正底部一排，左右兩側與水平夾角45°方向各有一排。每排4個振搗器，間距3m。每個振搗器均可單獨控制。

2.5 抗浮設置

澆筑混凝土時，為防止因澆筑速度過快，導致模板上浮，需在臺車鋼模兩端及中間設置抗浮支撐。抗浮支撐與初期支護混凝土面接觸，并設有抗傾斜裝置，使其穩定支撐著臺車。中間的抗浮支撐設有支撐窗口，在澆筑到拱頂時已無上浮危險，即可拆除該支撐，然后封死該支撐窗口。

2.6 液壓系統

臺車行走和模板支拆通過液壓系統傳遞動力。

液壓系統由液壓站、高壓油管、油缸及控制線組成，工作壓力20MPa。為便于調平，針梁的四支油缸為單獨作用。邊模油缸有兩只控制手柄，左右各一支；頂模有一支控制手柄；前后各設置一支平移控制手柄。

3 襯砌工藝流程

設計要求全圓混凝土一次性澆筑成型，分倉長度為12m，施工中采用針梁式鋼模臺車，與HBT60混凝土輸送泵、12m3混凝土罐車配套使用，泵送入倉。

具體流程見圖2。

圖2 混凝土襯砌工藝流程圖

3.1 模板就位安裝

采用全站儀配合水平儀控制鋼模臺車圓心軸線與里程，軸線里程確定好后將臺車制動。立模按照底模、左邊模、右邊模、定模的順序進行，根據臺車端頭里程，按設計坡度調整模板標高。端頭標高定好后，最后用絲杠對模板進行微調定型，同時對抗浮機構進行加固。

3.2 封頭模板與止水帶安裝

3.2.1 橡膠止水帶安裝方法

采用I型止水帶，尺寸為350×10mm，根據設計在廠家制作成環形，比現場熱硫化搭接既節約了時間，又保證了質量。

止水帶安裝位置沿襯砌輪廓線距離內壁15cm位置進行固定，采用φ16鋼筋制作U型定位鋼筋卡，定位鋼筋通過焊接在雙層鋼筋網上來固定止水帶，保證止水帶不上下左右移動。每條止水帶采用45個定位鋼筋進行固定，間距為0.42m。

3.2.2 封頭模板形式

封頭模板采用木模封堵，首先在臺車鋼模板兩端外邊緣焊接φ28的環向固定鋼筋，通過固定鋼筋和木楔子來固定封頭木模。然后沿巖壁鉆孔，埋設模板固定鋼筋（φ28），鋼筋間距1m。用鋼管套在固定鋼筋上，通過粗鐵絲將臺車端頭與固定鋼筋綁扎牢固，鋼管與封堵模板間的空隙用木楔子塞實。此方法靈活方便，對巖壁表面不規則時，也可實現很好的封堵。

3.3 混凝土澆筑

采用一臺HBT60混凝土輸送泵，混凝土由工作窗口入倉。為防止模板傾斜，混凝土應對稱均勻下料入倉，首先從模板最下排中間兩孔進料，待澆筑至混凝土快平齊工作窗時，關閉工作窗，再在兩端兩孔進料。第一排灌注完畢后，再從第二排工作窗進行灌注，以此類推，直至封頂。混凝土每層澆筑厚度控制在50cm以內，采用插入式φ50振搗棒振搗密實，并利用倉外附著式振搗器，對人員不易操作的部位加強振搗。在拱底范圍易產生氣泡導致蜂窩麻面現象，應對該處加強振搗，盡量將氣泡引出，避免漏振和過振。拱腰及以上部位澆筑時，應控制澆注速度，避免因速度過快造成封頭模板損壞。封頂時，混凝土輸送泵應減小壓力使用低速檔灌注，并安排專人隨時注意灌注口的壓力變化，避免因混凝土注滿后仍強行灌注使模板產生變形。

為減少堵管的機率，應嚴格控制骨料粒徑，級配要好，保持較好的和易性，并在泵車進料口做好現場塌落度試驗。澆筑過程中，在兩臺罐車交替間隙，輸送泵車內要準備一斗余料，萬一供料不及時，每間隔10min開啟泵送一次，以防堵管。

3.4 模板拆除

混凝土澆筑完成24h后，方可進行模板拆除。拆除時應先拆封頭木模板，然后按頂模、右邊模、左邊模、頂模的順序拆模，操作時應注意封頭處避免碰傷混凝土邊角。

3.5 混凝土的養護

模板拆除后應進行混凝土的養護，采取噴水養護，養護時間不小于14d。對混凝土表面出現的麻面氣泡等外觀缺陷應按照經監理批復的處理方案進行處理。通過工程實踐，嚴格按照施工程序施工，脫模劑涂刷均勻，振搗到位，拆模后的外觀質量效果較好。

4 混凝土配合比與原材料控制

4.1 混凝土配合比

襯砌混凝土C35W12F200設計配合比經監理單位批準，并通過四方參加的現場施工配合比試配驗證，指標及要求如下：

（1）每立方米混凝土原材料中的總堿含量不大于3.0kg；

（2）選用中砂，混凝土膠砂率宜為40～45%；

（3）混凝土水膠比控制在0.45～0.48之間；

（4）混凝土中的氯離子含量不大于0.06%；

（5）混凝土中不應采用堿活性骨料；

（6）泵送混凝土出機坍落度宜控制在160mm±30mm（仰拱）、180mm±30mm（邊頂拱）。泵送混凝土拌和物的坍落度經時損失不大于30mm/h。

4.2 原材料控制

（1）水泥：選擇低堿含量的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，且應選擇正規大型廠家的產品。

（2）粗細骨料

①粗骨料：選擇5～20mm、20～40mm天然卵石，含泥量小于0.5﹪，針片狀含量小于5%，壓碎指標小于12%，達到《建設用卵石、碎石》（GB/T14685-2011）Ⅱ類技術指標要求。

②細骨料：選擇滿足《建設用砂》（GB/T14685-2011）中Ⅱ類2區技術指標要求的中砂。

（3）外加劑：根據隧洞襯砌混凝土的標準要求選擇緩凝型聚羧酸減水劑，減水率大于等于25%，初凝凝結時間差大于90min。

（4）摻合料：按照國家標準采用性能指標Ⅱ級及以上的粉煤灰，摻量嚴誤差控制在±2%。

（5）抗裂防水劑：選擇的抗裂防水劑滿足《砂漿、混凝土防水劑》（JC474-2008）和《混凝土膨脹劑》（GB23439-2009）的相關技術指標要求。

5 效果分析

針梁式臺車應用于全圓隧洞優點明顯，主要體現在這幾個方面：

①可大大加快施工進度，在實際應用中，能達到2d一倉的速度（一倉12m），效益明顯。②澆筑效果較好，針梁式臺車使混凝土澆筑一次成型，外觀質量較好，表面整潔，后續清理工作量小。③臺車的機械設備利用率較高，閑置時間基本為混凝土等強時間。

但缺點也明顯，主要有：

（1）由于設備是提前從廠家定做，造成一次投入較大，重復利用率低。

（2）由于設備較重，構配件較多，造成安裝、轉運時間較長，不利于轉場。

（3）質量問題較突出，受廠家生產工藝，現場組裝條件，使用不當等原因，設備在使用過程中發生過模板變形等現象。模板一旦發生變形調整難度較大，需更換發生變形部位所在的整塊模板，由于是弧形模板且在廠家生產，更換費時費力。

6 總結

總體說，針梁式臺車的優點大于缺點，在本工程應用中取得了較好的效果，保證了工程進度和質量。在前期做好調查，選擇適合本工程的臺車，嚴格安裝操作規程作業，還是可以取得較好的經濟效果的。