全斷面針梁式鋼模臺(tái)車在瑪依納水電站隧洞混凝土襯砌施工中的應(yīng)用

陳廷康

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

哈薩克斯坦瑪依納水電站裝機(jī)容量為300MW(2×150 MW)，為引水式電站。樞紐攔河工程為粘土心墻壩，高94 m;電站引水線路長(zhǎng)9020 m，其中引水隧洞長(zhǎng)4820 m，為鋼筋混凝土襯砌，壓力管道長(zhǎng)4200 m，電站廠房建于基巖上。

本標(biāo)隧洞底板傾斜度為0.0633%～0.00041%，隧洞線路為直線，開挖斷面為 5.3 m×5.3 m 和5.7 m ×5.7 m 的馬蹄形剖面，鋼筋混凝土襯砌，其斷面面積為15.9～31 m2，鋼筋混凝土襯砌厚度為40～60 cm。

采用全斷面針梁式鋼模臺(tái)車(以下簡(jiǎn)稱“臺(tái)車”)混凝土襯砌隧洞洞身總長(zhǎng)3120 m，全圓襯砌斷面，混凝土襯砌分三個(gè)工作面，共配備了三套襯砌臺(tái)車，其中2臺(tái)φ5.63 m的負(fù)責(zé)1#支洞上、下游襯砌施工;1臺(tái)φ5.63 m的負(fù)責(zé)2#支洞上游襯砌施工。其余區(qū)段為鋼襯段，2#洞上游兩個(gè)漸變段采用傳統(tǒng)的自制木模板澆筑。一個(gè)循環(huán)工作長(zhǎng)度為12 m。

2 臺(tái)車的構(gòu)造及原理

(1)臺(tái)車主要由模板、針梁總成、梁框總成、水平和垂直對(duì)中調(diào)整機(jī)構(gòu)、卷揚(yáng)牽引機(jī)構(gòu)、抗浮裝置、行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成(圖1)。

模板總成全長(zhǎng)12 m，共8組，每組長(zhǎng)1.5 m，由頂模、左邊模、右邊模三大塊組成，模板間用螺栓聯(lián)接;針梁總成總長(zhǎng)27 m，為裝配式桁架組合結(jié)構(gòu)，它是鋼模的受力支撐平臺(tái)和臺(tái)車行走的軌道;梁框總成的下部與底模用螺栓聯(lián)接，構(gòu)成一個(gè)門框式構(gòu)架，在框架上、下部安裝有行走輪系，針梁從門框內(nèi)穿過，框架上均為安裝邊模、頂模伸縮油缸的支承面;水平和垂直對(duì)中調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在針梁下面的前、后底座上，前、后底座上各安裝有2個(gè)豎向油缸與針梁連接，豎向油缸的伸縮可使針梁上升和下降，以便模板垂直方向的對(duì)中調(diào)整。前、后底座上各安裝有1個(gè)水平油缸，利用其左、右移動(dòng)來調(diào)整模板中心線與隧洞中心線相吻合;左、右各有兩個(gè)側(cè)向油缸，用于脫模和張模。卷揚(yáng)牽引機(jī)構(gòu)由擺線針輪減速器驅(qū)動(dòng)雙卷筒作同步旋轉(zhuǎn)，鋼模和針梁通過鋼絲繩的牽引作相對(duì)運(yùn)動(dòng);抗浮裝置為鋼模兩端的四個(gè)抗浮千斤頂，制約上浮力的作用，在前后抗浮架上安裝有四個(gè)側(cè)向千斤頂，其作用是使針梁和鋼模不產(chǎn)生側(cè)向位移;行走機(jī)構(gòu)由支座和多個(gè)滾輪等零件組成，共有四套行走架安裝在門架內(nèi)針梁的上下方，因此，針梁可在行走架的滾輪上移動(dòng);液壓系統(tǒng)由一個(gè)泵負(fù)責(zé)4個(gè)側(cè)模油缸的張拉動(dòng)作，另一個(gè)泵負(fù)責(zé)4個(gè)豎向油缸、2個(gè)水平油缸的動(dòng)作。臺(tái)車的立模、拆模、定位找正工序都是靠液壓油缸的伸縮完成;電氣系統(tǒng)采用380 V三相四線制供電，主要對(duì)液壓系統(tǒng)油泵電機(jī)的開關(guān)和卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的正、反運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。

圖1 臺(tái)車洞內(nèi)布置圖

(2)安裝在針梁上的卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩繞過針梁端部和梁框上的滑輪固定在針梁兩端，針梁和模板互為支點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使臺(tái)車產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)前進(jìn)后退。在脫模前，由模板承重，收縮底座豎向油缸，吊起底座，針梁軌道落在底模行走輪上，用3個(gè)操縱按紐開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)使針梁向前、向后移動(dòng)或停止，到位后落下底座，再通過兩側(cè)油缸完成脫模工作。在針梁底座對(duì)應(yīng)的位置上安裝螺旋千斤頂，在模板定位后使用旋緊螺旋千斤頂固定以增加針梁的穩(wěn)定性。

立模順序:頂模對(duì)中→左邊大模及底模→右邊小模;脫模順序?yàn)?右邊小?！筮叴竽！斈！Ｍㄟ^安裝在底座上的豎向油缸使臺(tái)車上、下移動(dòng)進(jìn)行縱向調(diào)整，水平油缸左右平移進(jìn)行臺(tái)車橫向調(diào)整。臺(tái)車上由抗浮千斤頂固定，使針梁和鋼模緊密地結(jié)合在一起，從而增加了整個(gè)臺(tái)車的穩(wěn)定性，橫向穩(wěn)定裝置是兩對(duì)可定位的伸縮千斤頂，安裝在前后抗浮架上(第一倉(cāng)混凝土澆筑完成后，也可在鋼模邊緣沿45°角焊接長(zhǎng)50 cm左右的工字鋼，以增加模板與老混凝土的接觸長(zhǎng)度，起到上游抗浮穩(wěn)定作用)。當(dāng)臺(tái)車調(diào)整后，旋緊千斤頂，支撐針梁，保證臺(tái)車橫向的穩(wěn)定。

(3)臺(tái)車的洞內(nèi)安裝及調(diào)試。

由于受洞內(nèi)空間的限制，臺(tái)車在洞內(nèi)安裝無法直接使用吊車，只能采用在洞頂打錨桿、掛設(shè)手拉葫蘆吊裝的方法進(jìn)行，單根錨桿承重不小于最重單塊構(gòu)件重量的2倍。根據(jù)實(shí)際情況，安裝順序?yàn)?針梁系統(tǒng)→卷揚(yáng)系統(tǒng)→頂?！筮吥！疫吥！啄！簤合到y(tǒng)。

安裝完成后，準(zhǔn)備好行走部分的潤(rùn)滑，在液壓油箱加滿油后進(jìn)行調(diào)試，做好臺(tái)車的行走、合模、脫模，最好對(duì)臺(tái)車的軸線進(jìn)行校核。首先，利用上、下游液壓千斤頂調(diào)整好臺(tái)車的高度。

3 混凝土襯砌

(1)混凝土襯砌程序:基巖面清理→全斷面鋼筋綁扎→鋼模臺(tái)車就位→涂刷脫模劑→縫面處理及測(cè)量放線→封邊墻堵頭模及底腳模→預(yù)埋灌漿管→澆筑混凝土→等強(qiáng)→拆模養(yǎng)護(hù)→下一循環(huán)。

(2)混凝土襯砌的主要技術(shù)措施。

①臺(tái)車就位后應(yīng)檢查鋼模的情況，檢查鋼模與前一塊已澆好的混凝土的結(jié)合情況，通過臺(tái)車中間的滑輪校核鋼模中心的位置，若鋼模中心位置有偏差，可采用前述方法通過調(diào)中油缸及上下游液壓系統(tǒng)調(diào)整。臺(tái)車軸線位置校核完畢，將抗浮千斤頂旋緊。

②鋼模臺(tái)車混凝土澆筑采用泵送混凝土，混凝土入倉(cāng)坍落度控制在12～14 cm范圍內(nèi)。混凝土由混凝土泵送到澆筑口入倉(cāng)，兩側(cè)交叉入倉(cāng)，頂拱利用頂部2個(gè)澆筑窗依次后退澆筑。

③鋼模板上設(shè)置有附著式振搗器，一般情況下可以通過附著式振搗器對(duì)混凝土進(jìn)行振搗，對(duì)于底部較大面積的混凝土，作業(yè)人員可以通過打開臺(tái)車模板上的檢查口用插入式振動(dòng)棒進(jìn)行振搗作業(yè)。

④利用無貨箱車輛在其平臺(tái)上用鋼管焊接成簡(jiǎn)易鋼筋臺(tái)車進(jìn)行鋼筋綁扎，人員在簡(jiǎn)易鋼筋臺(tái)車上作業(yè)。

⑤混凝土澆筑結(jié)束10 h后，鋼?？梢悦撃?，脫模的順序?yàn)?拆卸模板與門架連接絲桿→收縮左側(cè)小模油缸(可用2個(gè)10 t葫蘆代替)→收縮左邊大模油缸→降落前、后支座油缸拆頂?！苿?dòng)針梁進(jìn)入下一倉(cāng)。灑水噴霧養(yǎng)護(hù)已經(jīng)澆筑的混凝土，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 d。

4 混凝土襯砌工作中的主要注意事項(xiàng)

(1)臺(tái)車操作過程中的主要注意事項(xiàng)。

①每個(gè)工作循環(huán)后要檢查各部位螺栓、銷子的松緊狀態(tài)，對(duì)各種連接件進(jìn)行檢查緊固。

②臺(tái)車卷揚(yáng)、絲桿千斤頂要定期潤(rùn)滑，針梁在移動(dòng)時(shí)要由專人負(fù)責(zé)鋼絲繩的收緊工作，以免鋼絲繩纏入減速器齒輪。在鋼模臺(tái)車行走時(shí)，檢查針梁模板間有無混凝土塊、電線等障礙物。

③液壓系統(tǒng)應(yīng)無滲、漏油現(xiàn)象，液壓油要清潔，工作時(shí)隨時(shí)觀察壓力的波動(dòng)情況。

④每次移動(dòng)后，必須將臺(tái)車調(diào)整到左右平衡，針梁水平，中線在一條直線上。

(2)混凝土澆筑過程中的主要注意事項(xiàng)。

①混凝土一定要保持連續(xù)澆筑，避免超過混凝土終凝時(shí)間的中斷，而形成冷縫，及時(shí)抽排水。

②必須對(duì)稱澆筑，同一水平上的入倉(cāng)窗口間隔不大于5 m，兩側(cè)混凝土高差不大于50 cm，以防止左右不平衡而形成臺(tái)車的偏移或轉(zhuǎn)動(dòng)。底拱的混凝土澆筑速度不宜過快，避免在一個(gè)倉(cāng)口長(zhǎng)時(shí)間澆筑，防止臺(tái)車的整體和一端上浮，待混凝土澆筑高度到達(dá)腰線以上時(shí)，可適當(dāng)加快澆筑速度。

③附著式振動(dòng)器同時(shí)開啟的數(shù)量不宜過多(一般為2臺(tái)以下)，防止震動(dòng)過大造成各連接之間松動(dòng)。在震動(dòng)時(shí)，由專人看守木模封堵部位并及時(shí)堵縫，以免漏漿過多或造成爆模事故。

④嚴(yán)格控制混凝土骨料的最大粒徑，防止混凝土在泵管內(nèi)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。嚴(yán)格控制混凝土的坍落度?？刂票霉艹隹诰酀仓ぷ髅娴母叨?，防止高差過大混凝土產(chǎn)生骨料分離。

5 全斷面針梁式臺(tái)車的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

(1)使用全斷面針梁式臺(tái)車澆筑混凝土一次成型，澆筑面大且光滑平整，線形圓順，無錯(cuò)臺(tái)、漏漿等質(zhì)量通病;質(zhì)量好、速度快、操作程序化。臺(tái)車的合模、脫模均為液壓操作，既快速、安全，又節(jié)省了人力，生產(chǎn)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，機(jī)械設(shè)備等資源的利用率較高，對(duì)于一次施工長(zhǎng)度較長(zhǎng)的引水隧洞可以大大降低施工成本。對(duì)于同類型的工程，在洞徑變化幅度不大的情況下，可以改裝后重復(fù)利用。臺(tái)車設(shè)置有自行機(jī)構(gòu)，僅靠鋼模與針梁的相對(duì)固定即可前進(jìn)或后退，不需鋪設(shè)地面軌道，也不需借助外來的牽引設(shè)備，從而節(jié)省了費(fèi)用;臺(tái)車設(shè)置有調(diào)中裝置，通過操作調(diào)中油缸及主千斤頂，同時(shí)觀察已澆筑好的混凝土的結(jié)合情況，即可校核臺(tái)車的軸線位置，保證臺(tái)車的準(zhǔn)確定位;鋼模板上設(shè)有灌漿管預(yù)埋孔，通過這些預(yù)埋孔可以預(yù)埋灌漿管，為后續(xù)灌漿作業(yè)提供方便。

(2)針梁式臺(tái)車一次性投入較大，適用于洞線長(zhǎng)、洞徑一致的工程。對(duì)于洞線較短、洞徑變化較大的工程因其利用率低、成本攤銷大而不適用。如無同類型工程，一般都是一次性使用，重復(fù)使用率低。較長(zhǎng)距離的行走易造成針梁、卷揚(yáng)系統(tǒng)等構(gòu)件的變形。針梁、門架等構(gòu)件占據(jù)了中間空間，無法實(shí)現(xiàn)開挖襯砌同步施工。各主要構(gòu)件的重量均較大，洞內(nèi)空間較小，安裝、拆卸難度較大，存在一定的安全威脅。

6 結(jié)語

實(shí)際運(yùn)用效果表明:全斷面針梁式鋼模臺(tái)車作為水電站引水隧洞混凝土襯砌的專用設(shè)備，與其它混凝土澆筑設(shè)備相比具有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，在隧洞混凝土施工中，要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇。