全斷面針梁式液壓襯砌臺車在小洞徑引水隧洞中的應用

施建軍

（遼寧省水資源管理集團有限責任公司，遼寧沈陽 110003）

1 問題的提出

某引水隧洞位于本溪市桓仁縣境內，引水隧洞全長4 395 m，水源進水口位于桓仁水庫內，隧洞開挖斷面為圓拱斜墻形，開挖尺寸為：2.39 m（底寬）×2.58 m（高），隧洞襯砌成型斷面為圓形，全斷面襯砌，成洞洞徑D=2.0 m。工程隧洞施工作業(yè)面狹小，且主洞襯砌距離較長，主洞襯砌施工面臨的主要難點有：

1）隧洞距離長，采用鋼排架及組合鋼模板法施工進度緩慢，且質量無法得到保證；同時由于成洞斷面小，采用針梁式襯砌模板臺車結構設計困難。

2）由于斷面狹小，采用針梁式模板臺車結構，混凝土入倉困難，并且入倉混凝土無法實現(xiàn)人工振搗，需要選擇適宜的配合比。

3）由于斷面小，無通用的混凝土運輸設備，需要對設備進行專門設計。

4）隧洞混凝土襯砌腰線以下曲面混凝土氣體在向上排出時，大部分不能沿模板有效排出，附著在模板上而造成大量的氣泡，所以表面曲墻下部是氣泡的重災區(qū)，影響混凝土表面外觀質量。

2 方案選擇

1）襯砌臺車采用全斷面針梁式臺車，襯砌臺車長9.2 m，搭接長度為20 cm，襯砌長9.0 m。采用全斷面針梁式襯砌臺車一次性襯砌成型，可以保證混凝土外觀質量，并解決鋼排架及組合鋼模板法施工進度緩慢問題。

2）為解決混凝土入倉難題，將原設計的C35 W12 F200（二級配）混凝土調整為同標號的一級配自密實混凝土，以增加混凝土的流動性，確保倉內混凝土填充密實，可以解決混凝土難以入倉及振搗難題。

3）受洞內空間限制，洞內混凝土運輸采用特制的2 m3混凝土罐車運輸，確?；炷吝\輸，并降低了采用有軌運輸成本增加的問題。

4）采用長效脫模劑替代傳統(tǒng)脫模劑，解決隧洞腰線以下氣泡集中問題。

3 全斷面針梁式臺車設計

全斷面針梁式液壓鋼模臺車主要由模板總成、針梁總成、模垂直對中調整機構、卷揚牽引機構、抗浮裝置等組成。臺車結構如圖1所示。

1）模板總成。模板間用螺栓聯(lián)接，每組模板由頂模、左邊模、右邊模、底模4塊組成。各模塊與圓心的夾角分別為：頂模90°，左邊模95°，右邊模105°，底模70°。每組模板寬1.5 m、厚1 cm，縱向用螺栓和銷軸聯(lián)接。

2）針梁總成。是鋼模的受力支撐平臺和臺車行走的軌道。中心寬400 mm，高550 mm，由4組組成，為裝配式桁架組合結構。針梁主要由鋼板焊接構成，其長度為21.4 m；針梁上、下焊接有4條40 mm×40 mm的方鋼軌道；為了運輸和安裝方便，針梁分為4節(jié)，節(jié)與節(jié)之間用20顆高強度螺栓連接。

圖1 全斷面針梁式鋼模臺車橫剖面圖

3）梁框總成。它的上部與頂模用螺栓聯(lián)接，構成一個門框式構架，在框架上、下部安裝有行走輪機構，針梁從門框內穿過，框架上都是安裝邊模、底模伸縮油缸的支承面。梁框門架是通過各支承千斤和油缸與模板連接，它要承受襯砌層的壓力，門架與頂模上的橫梁構成框架結構，立柱的間距為1.5 m。

4）水平和垂直對中調整機構。平移機構安裝在針梁下邊的前、后底座上，前、后底座上各安裝有2個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中調整，從而完成底模的脫模和立模，最大脫模行程為200 mm；前、后底座上各安裝有1個水平油缸，利用其左、右移動來調整模板中心線與隧洞中心線相吻合，左右移動行程為100 mm。

5）行走機構。由支座和多個滾輪等零件組成，共有4套行走架安裝在門架內針梁的上下方，因此針梁可在行走架的滾輪上移動。支座由槽鋼構成，滾輪是鑄鋼件，滾輪設計成帶輪邊的結構，使針梁或模板移動時不會左右擺動。

6）抗浮裝置。鋼模前端安裝了2個抗浮千斤頂，制約上浮力的作用，在前后梁框上安裝4個側向千斤頂，使針梁和鋼模不產(chǎn)生側向位移。

4 自密實混凝土配合比設計

由于洞內空間狹小，混凝土襯砌厚度?。?5 cm），混凝土入倉及振搗困難，采用一般混凝土很難保證倉內混凝土密實。而自密實混凝土具有高流動度、不離析、均勻性和穩(wěn)定性，澆筑時依靠自重流動，無需振搗而能達到密實。因此，在選擇配合比時，選用自密實混凝土?；炷僚浜媳燃夹g要求見表1。

表1 自密實混凝土配合比技術要求

混凝土配制強度的計算依據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》要求進行計算?；炷僚渲脧姸龋夯炷翗颂朇35，強度保證率95%，標準差5.0 MPa，保證率系數(shù)1.645，配置強度43.2 MPa。

配合比分別試拌0.39，0.36，0.33等3個水膠比，用水量選用160 kg/m3，粉煤灰摻量為25%，抗裂防水劑摻量為6%，砂率為46%，減水劑摻量為1%，引氣劑摻量為1/10 000。通過檢測拌和物性能得出：擴散度為650～670 mm，T500達到2～3 s，含氣量為4.7%～5.2%。通過對拌和物抗壓、抗?jié)B、抗凍結果檢測，確定了最終的配合比：水膠比0.36，水泥306 kg，粉煤灰111 kg，抗裂防水劑27 kg，用水量160 kg，砂子803 kg，小石943 kg，減水劑4.44 kg，引氣劑0.044 4 kg。

5 施工工藝

5.1 混凝土澆筑工藝

模板采用定制的9.2 m針梁式鋼模臺車，通過調整液壓元件，使模板正確對位?；炷劣啥赐獍韬驼竟?，采用無軌運輸，4臺定制的2 m3混凝土罐車，水平運輸至洞內工作面，采取HBT30型混凝土泵泵送入倉。

因臺車內空間狹小，不利于頻繁更換混凝土灌注口，采用頂部2個專用混凝土灌注口向倉內灌注混凝土。從已灌段接頭處向未灌方向，水平分層對稱澆灌，層厚不超過40 cm，相鄰兩層澆筑時間不超過1.5 h，確保上下層混凝土在初凝前結合好，不形成施工冷縫，垂直自由下落高度控制不超過2 m，搗固采用附著式振搗器，安排專人負責，保證混凝土襯砌內實外光。

5.2 臺車試驗循環(huán)作業(yè)時間統(tǒng)計

通過全斷面針梁式模板臺車作業(yè)階段各工序占用時間統(tǒng)計,混凝土襯砌澆筑循環(huán)時間為每倉46 h：鋼筋制安6 h（超前進行），倉面清理、清洗3 h，混凝土澆筑12 h，混凝土等強24 h，臺車移動、就位、找正4 h，堵頭模板安裝3 h。月有效施工天數(shù)25 d，月澆筑強度117 m/月（13倉）。

5.3 混凝土長效脫模劑使用

為了減少隧洞混凝土表面氣泡、麻面等質量通病及便于脫模，提高混凝土外觀質量，使用長效脫模劑替代傳統(tǒng)的機油、柴油的混合物等脫模劑，以改善混凝土外觀質量。根據(jù)現(xiàn)場實際使用、改進，長效脫模劑涂刷工藝總結如下：

1）使用前將臺車鋼模板，采用角磨打磨并清洗干凈，模板表面不能有混凝土垢、油脂、銹、塵土污垢等。如使用過脫漆劑的模板，一定要將模板上殘留的脫漆劑徹底清除干凈，以免影響涂刷效果。

2）模板清理完成后，模板晾干，表面不能有水漬。

3）涂刷脫模劑。選擇毛刷順著一個方向均勻涂刷，不能有漏刷。涂刷2道脫模劑，第一道脫模劑涂刷完，晾干后再涂刷第二道，由于洞內濕度較大，一般涂刷10～12 h，達到實干方可澆筑混凝土。

4）長效脫模劑涂刷一次可重復脫模4～6次。澆筑混凝土脫模后，如涂層有局部破損，需要將破損部位做簡單清理后，重新刷上一道即可。

5）在臺車注漿口位置范圍2 m內著重噴涂，以防止此處混凝土與模板表面因劇烈摩擦而導致的粘?，F(xiàn)象。

6 結語

1）混凝土成洞斷面經(jīng)測量檢查，結構物邊線與設計邊線尺寸偏差在1 cm范圍內，混凝土內輪廓、中線滿足設計要求。

2）由于底模、小側模之間連接的結構原因，在澆筑過程中，混凝土側壓力過大，油缸易出現(xiàn)泄壓導致底模向內收縮抬起，產(chǎn)生錯臺。通過對臺車進行改造，在該部位增加絲杠（每2 m距離），解決了油缸泄壓底模錯臺的問題。

3）采用全斷面針梁式模板臺車襯砌混凝土一次成型，混凝土面澆筑光滑平整，解決了隧洞仰拱、邊頂拱分期澆筑，引水隧洞表面過水糙率大的問題。

4）采用全斷面針梁鋼模臺車，隧洞一次性襯砌成型，月澆筑強度平均為13倉，滿足工期要求，解決了鋼排架及組合鋼模板法施工進度緩慢問題。

5）采用一級配自密實混凝土，對比普通混凝土具有高流動度、不離析、均勻性和穩(wěn)定性，澆筑時依靠其自重流動，無需振搗而達到密實。解決了針梁式鋼模臺車在小洞徑隧洞內無操作空間，混凝土無法人工振搗難題。同時工程自密實混凝土配比中選用高保坍高性能減水劑，降低用水量，增加和易性的同時有效降低新拌混凝土的工作性能損失速度，解決了長距離運輸混凝土塌落度損失大的難題。

6）自行研制的專用于小直徑隧洞的無軌混凝土運輸罐車，解決了受洞內空間限制混凝土運輸難題，小直徑洞室有軌改無軌運輸，降低了運輸成本。

7）襯砌臺車外模涂刷長效脫模劑，脫模后混凝土表面光滑明亮，顏色均勻，氣泡及麻面明顯減少，提高了混凝土外觀質量；同時襯砌自身保水性增強，有利于襯砌自身養(yǎng)護；涂刷一次可多次使用，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。