馬蹄形鋼模臺車在老撾南椰2水電站引水隧洞混凝土襯砌中的應(yīng)用

鄧 斌 吳 勇，熊 瀟

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

南椰2(Nam Ngiep2)水電站位于老撾川壙省(Xieng Khouang)，樞紐工程由南椰河引支流系統(tǒng)及南森河引水發(fā)電系統(tǒng)組成，輸水系統(tǒng)包括引支流壩、引支流隧洞；發(fā)電系統(tǒng)包括水庫及首部粘土心墻土石主壩、溢洪道、泄洪兼導(dǎo)流洞、進(jìn)水口及發(fā)電系統(tǒng)的引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道及地面廠房。電站裝機(jī)容量為3×60 MW，保證出力為56 MW，多年平均發(fā)電量為7.21×108kW·h，裝機(jī)年利用小時數(shù)為4 006 h。

老撾南椰2引水隧洞長10 959.317 m(0+004～10+963.317)，為馬蹄形有壓隧洞，襯砌形式分為A、B、C、D四種型式，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖分別采用A、B、C、D 型式襯砌。A型襯砌為只進(jìn)行底板C25素混凝土澆筑，厚度為30 cm，襯砌后底寬442 cm，高530 cm，頂拱內(nèi)徑厚560 cm；B型襯砌與一次支護(hù)(邊頂拱噴15 cm厚混凝土)結(jié)合，二襯也只進(jìn)行底板C25素混凝土澆筑，厚度為30 cm，襯砌后底寬408 cm，高515 cm，頂拱內(nèi)徑為530 cm；C型襯砌為鋼筋(單層筋)混凝土全斷面襯砌，底板襯砌厚度為40 cm、邊頂拱為35 cm，襯砌后底寬340 cm，高470 cm，頂拱內(nèi)徑為460 cm；D型襯砌為鋼筋(雙層筋)混凝土全斷面襯砌，襯砌厚度為40 cm，襯砌后底寬340 cm，高470 cm，頂拱內(nèi)徑為460 cm。

因該引水隧洞混凝土襯砌具有施工的洞段長、澆筑難度大、斷面結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，經(jīng)研究決定將老撾南椰2水電站導(dǎo)流洞中拆出的全圓軌道式液壓鋼模臺車修改后重新設(shè)計制作出具有針對性地解決引水隧洞斷面混凝土襯砌施工的馬蹄形鋼模臺車；全圓軌道式液壓鋼模臺車的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)、機(jī)械原理、材料等將在很大程度上體現(xiàn)在該馬蹄形鋼模臺車上，該方案為工程項目大大節(jié)約了材料、制造和運輸成本。

2 馬蹄形鋼模臺車的結(jié)構(gòu)及具有的功能

根據(jù)隧洞斷面尺寸要求，設(shè)計制作了一套馬蹄形鋼模臺車，該臺車尺寸為12 m×4.3 m×7 m(長×寬×高)；鋼模臺車的主要組成部分有：模板系統(tǒng)、臺車中梁、行走裝置及軌道、液壓系統(tǒng)以及絲桿系統(tǒng)。

2.1 模板系統(tǒng)

該臺車的模板長度為12 m，分三部分，即兩側(cè)模部分與頂模部分。頂模由6張同標(biāo)準(zhǔn)的小模(2 m/張)組成，每塊小模兩側(cè)留有10 cm的搭接長度以方便組裝搭接；側(cè)模面板采用10 mm厚的鋼板，主梁采用20 mm厚的鋼板，次梁采用10號槽鋼。頂模通過由液壓操作的頂升油缸和平移系統(tǒng)與中梁連接；為方便脫模，頂模與側(cè)模采用鉸接，其他采用螺栓連接(圖1)。

2.2 臺車中梁

中梁為桁架鋼結(jié)構(gòu)，它是連接固定模板和臺車行走裝置的基礎(chǔ)件；臺車定位后，該梁起到主要的支撐和受力作用。上下縱梁、立柱、立柱斜撐、橫梁等構(gòu)成整個機(jī)身框架，能夠很好地保證臺車在實際運作中的穩(wěn)定性。為方便拆裝，中梁分為上塊件、下塊件及中梁柱，全部采用45號工字鋼制作，各構(gòu)件之間采用螺栓連接；8臺50 t螺旋千斤頂設(shè)置在該臺車中梁上平面，當(dāng)臺車行駛到指定位置時千斤頂升到固定高度，能夠?qū)δ０迤鸬胶芎玫姆€(wěn)定作用，防止?jié)仓r模板松動而導(dǎo)致混凝土表面不規(guī)整、不光潔。兩排、共32根絲桿安裝在中梁兩側(cè)，其主要作用是連接和固定兩側(cè)邊模(圖2)。

圖1 馬蹄形鋼模臺車洞內(nèi)斷面圖

圖2 馬蹄形鋼模臺車主體結(jié)構(gòu)圖

2.3 行走裝置及軌道

軌輪為該臺車前后行走的主要裝置，其行走輪一邊三組，共六組，均采用φ500鑄鋼輪；軌道為43 kg/m鋼軌，軌道行走時其下方鋪設(shè)枕木，尺寸要求為20 cm×20 cm×100 cm。臺車行走依靠爬軌器，爬軌器的動力主要由液壓泵站提供。當(dāng)液壓泵動力輸出時，前-后輪中間油 缸(φ140×1 800 mm)通過伸縮作用促使爬軌器舒張和嚙合，實現(xiàn)鋼模臺車前進(jìn)或停止功能；由于臺車是從隧洞下游往上游澆筑，考慮到臺車自身行走安全，在軌道兩側(cè)焊接了穩(wěn)定支座和鎖定裝置，以避免軌道變形而導(dǎo)致臺車行走偏心和向下游方向滑行。

2.4 液壓系統(tǒng)

臺車的液壓系統(tǒng)由泵站、截止閥、油管和油缸等部件組成，其功能為對模板的立模、脫模以及臺車的行走起決定性的控制作用；而該鋼模臺車主要通過8只φ180頂模油缸實現(xiàn)升降作用和8只φ140側(cè)模油缸起伸縮功能。

3 臺車混凝土襯砌的施工方法

引水隧洞混凝土襯砌施工工藝流程見圖3。馬蹄形鋼模臺車主要實施全襯砌段(直線段)的混凝土襯砌。該鋼模臺車的工作形式為在已經(jīng)施工完畢的引水隧洞底板上安裝臺車軌道，軌道按每12 m為一段安裝，軌道相互之間采用道夾板螺栓連接，軌道與枕木之間用軌道釘連接牢固。每段軌道在安裝時都必須按照要求誤差調(diào)整達(dá)到安裝精度(兩軌標(biāo)高差±3 mm,軌距±5 mm，軌道中心線±5 mm,支點間軌道變形±2 mm,軌道接頭錯縫±1 mm)；因鋼模臺車為軌道式邊頂拱鋼模臺車，故在已澆筑的底板混凝土上鋪設(shè)了2根46 kg/m的軌道作雙線支撐，行走方式采用液壓爬軌器牽引，行走軌輪在軌道上滾動行走；門型鋼桁架支撐在軌道上，模板支撐在桁架上，模板的伸縮依靠液壓油缸，模板支撐采用可調(diào)絲桿與桁架連接。臺車結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、剛度和強(qiáng)度滿足要求，能夠承受混凝土澆筑和振搗的側(cè)向壓力和振搗力，防止產(chǎn)生模板位移，確保了混凝土結(jié)構(gòu)外形尺寸準(zhǔn)確并具有足夠的密封性，以免漏漿。

鋼模臺車的封頭模板采用5 cm厚的楔形木板，其在現(xiàn)場拼裝、固定在鋼模臺車的端部；局部超挖部位(混凝土厚度較大部位)采用外加支撐在巖體上；為避免上下游倉號的混凝土出現(xiàn)銜接不良、錯臺等缺限，將鋼模臺車直接搭接在已成型的混凝土段30～50 cm，使接頭部位平順連接。

在馬蹄形鋼模臺車混凝土襯砌施工過程中，由于靠近模板部位的混凝土極易粘接模板，故需控制好振動棒與模板之間的距離，保證混凝土的外觀質(zhì)量；邊、頂拱混凝土的振搗、全襯砌段邊、頂拱混凝土的振搗采用固定在鋼模臺車上的附著振搗器振搗，平倉采用從不同倉口入料的方式以達(dá)到平倉的目的。

圖3 混凝土施工工藝流程圖

在混凝土澆筑過程中，派專人守護(hù)模板，控制混凝土澆筑的上升速度，避免發(fā)生意外；在混凝土具有一定強(qiáng)度、保證不損傷混凝土棱角時方能脫模作業(yè)，脫模后的模板應(yīng)及時修整、清理表面，整齊堆放，以便下一循環(huán)使用；模板在每次使用前應(yīng)清理干凈，面板涂刷脫模劑；當(dāng)完成以上工作環(huán)節(jié)后，進(jìn)入下一個工作面。

4 混凝土襯砌施工的注意事項

鋼模臺車運行必須指定專人負(fù)責(zé)，非專業(yè)操作人員不得運行鋼模臺車；必須對電源進(jìn)行檢查，確定無問題后方可合閘；應(yīng)對驅(qū)動裝置、液壓裝置、制動裝置進(jìn)行檢查，嚴(yán)禁帶病工作；鋼模臺車運行時操作人員不得擅自離開操作臺，如需離開時必須經(jīng)現(xiàn)場負(fù)責(zé)人同意，同時，操作人員應(yīng)聽從指揮人員的信號進(jìn)行操作，如指揮人員所發(fā)信號不夠清楚或?qū)⒁鹗鹿蕰r可拒絕執(zhí)行并通知指揮人員。

臺車在澆筑施工時，混凝土在臺車兩側(cè)的入倉速度必須受控；澆筑時，混凝土最大的下落高度不能超過2 m，兩側(cè)混凝土面的高差不得大于0.5 m，模板縱向前后混凝土的高差要求不超過0.4 m。混凝土頂拱滿倉時，封拱泵送要稍緩慢、壓力不可太大，以免臺車受損，臺車施工襯砌后的混凝土灑水養(yǎng)護(hù)按規(guī)定進(jìn)行。

鋼模臺車行走時，必須在其前后15 m的范圍外設(shè)置安全警示帶，禁止行人通行并掛“禁止通行”的標(biāo)示牌；臺車前進(jìn)方向20 m范圍內(nèi)嚴(yán)禁從事任何施工作業(yè)，并派專人負(fù)責(zé)主電源電纜的收放工作，以免電纜被車輪壓斷而損壞電纜；臺車工作時，由專人觀察模板是否與洞壁、混凝土澆筑面接觸、碰撞，協(xié)助指揮人員完成鋼模臺車的行走。

鋼模臺車立模時，先調(diào)節(jié)橫移裝置使鋼模對中，然后升頂模裝置至指定位置，頂緊上下螺旋撐桿，再由側(cè)模裝置撐開側(cè)模到位，頂緊上下螺旋絲桿，然后側(cè)模裝置撐開使側(cè)模到位、頂緊側(cè)部螺旋撐桿，再封堵澆筑。脫模時，先松開螺旋撐桿、收回側(cè)模，然后再降下頂模。

5 結(jié) 語

馬蹄形鋼模臺車在老撾南椰2水電站引水隧洞混凝土襯砌工程中的實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，鋼模臺車經(jīng)重新設(shè)計和修改后可適用于其它不同類型的洞段工程；該方案能夠很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)鋼模臺車具有單一性、獨特性的不足之處，因此，經(jīng)過合理的改造、設(shè)計、優(yōu)化等措施，可以更好地體現(xiàn)材料、工藝、制作的價值。