導流洞龍?zhí)ь^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?zhí)ь^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?zhí)ь^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(nèi)空白，施工方案新穎，臺車結構合理，移動方便快捷，循環(huán)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?zhí)ь^；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(chǎn)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?zhí)ь^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?zhí)ь^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(tài)，施工難度較大。

河口村水庫導流洞改造龍?zhí)ь^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(nèi)，后9段位于導流洞拆除襯砌洞段內(nèi)，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?zhí)ь^改造一般在水庫和水電站建設的后期進行，面臨著蓄水發(fā)電經(jīng)濟效益發(fā)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?zhí)ь^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?zhí)ь^改造建設工期僅體現(xiàn)后段施工上。

2　方案的形成

與普通隧洞襯砌一樣，導流洞龍?zhí)ь^改造襯砌部位也分為側(cè)墻、頂拱和底板，不同之處是龍?zhí)ь^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(cè)墻與底板混凝土施工相對容易，側(cè)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(nèi)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(xiàn)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(cè)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(jié)臺車長度3m，最多只需加工4節(jié)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(huán)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(jù)《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(jīng)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(shù)2，臺車單節(jié)重量16 t。

經(jīng)計算選用的側(cè)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(cè)視如圖2。

圖1　空中臺車正視圖

圖2　空中臺車側(cè)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(jié)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(jié)相連后前端用兩個32 t的滑輪組相牽引，經(jīng)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(cè)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(tǒng)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(xiàn)場，按相應的順序吊裝并焊接在牛腿上，牛腿安裝高程出現(xiàn)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(cè)墻的間距，以防臺車運行過程中碰到側(cè)墻或出現(xiàn)卡死現(xiàn)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(jīng)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(jīng)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(jié)運至現(xiàn)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(jié)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?shù)规溸_到行程后，更換倒鏈使臺車繼續(xù)前行至工作位置，旋緊卡軌器后摘除倒鏈進行后面三節(jié)臺車的安裝。

各節(jié)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(jié)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(tǒng)使襯砌符合設計軸線，最后人工旋轉(zhuǎn)頂升千斤頂以支撐和加固，對于水利水電工程導流洞龍?zhí)ь^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(xù)從下游往上游推進。頂拱全部澆筑完成后，臺車經(jīng)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?zhí)ь^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(nèi)擺動軟管使兩側(cè)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(nèi)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(yè)，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(jié)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(yè)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?zhí)ь^改造頂拱混凝土的循環(huán)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?zhí)ь^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(nèi)空白，施工方案新穎，臺車結構合理，移動方便快捷，循環(huán)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