改進(jìn)全圓針梁臺(tái)車在前坪水庫襯砌工程的應(yīng)用

羅福生 郝二峰 皇甫澤華 王磊 胡玲玲

摘?要：基于前坪水庫輸水洞洞身混凝土襯砌工程，分析全圓針梁臺(tái)車的組成、受力、臺(tái)車組裝、運(yùn)行，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)后應(yīng)用于前坪水庫輸水洞洞身襯砌工程中。通過對(duì)全圓針梁臺(tái)車進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，增加全圓針梁臺(tái)車輔助振搗孔，施工人員在臺(tái)車內(nèi)采用插入式振搗器進(jìn)行輔助振搗，解決了小斷面洞型襯砌施工時(shí)人員無法進(jìn)入倉內(nèi)進(jìn)行混凝土振搗的問題，為小斷面洞型混凝土襯砌施工質(zhì)量提供有力保障，同時(shí)為提高小斷面洞型襯砌的混凝土質(zhì)量積累了施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：輸水洞;混凝土襯砌;混凝土振搗;針梁臺(tái)車;改進(jìn)與應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TV672+.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.06.031

Application of Improved Full Circle Needle Beam Trolley in Small Section Tunnel Lining of Qianping Reservoir

LUO Fusheng1， HAO Erfeng1， HUANGFU Zehua2， WANG Lei1， HU Lingling1

（1.Second Engineering Bureau of Henan Water Conservancy， Zhengzhou 450016， China;

2.Construction and Management Bureau of Henan Qianping Reservoir， Zhengzhou 450003， China）

Abstract： Based on the concrete lining project of the tunnel body of Qianping Reservoir， this paper introduced in detail the composition， stress analysis， trolley assembly， operation and improvement and application of the trolley with full-circle needle beam in the lining of the tunnel body of Qianping Reservoir. Through technical improvement of the trolley with full-circle needle beam， the auxiliary trolley with full-circle needle beam was added. The construction workers used plug-in vibrator as auxiliary vibration to solve the issue of difficult concrete vibration in a small area of small section tunnel lining construction， providing strong support for the quality of small section tunnel lining construction and accumulating construction experience for increasing the concrete quality of small section tunnel lining of similar projects.

Key words： delivery tunnel; concrete lining; concrete vibration; needle beam platform car; application

混凝土振搗是影響混凝土澆筑質(zhì)量的重要工序，振搗方式直接影響混凝土的密實(shí)度、實(shí)體質(zhì)量與外觀質(zhì)量。小斷面洞型襯砌施工中混凝土振搗是難點(diǎn)，在類似工程施工中[1-3]混凝土的振搗通過懸掛在模板外壁上的附著式振搗器進(jìn)行，如振搗器振搗時(shí)間過長，則會(huì)增大臺(tái)車位移的風(fēng)險(xiǎn)，如振搗器振搗時(shí)間過短，則會(huì)增大混凝土振搗不密實(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，混凝土的實(shí)體質(zhì)量與外觀質(zhì)量難以保證。全圓針梁臺(tái)車在隧洞襯砌工程中應(yīng)用廣泛[4-6]。筆者基于對(duì)全圓針梁臺(tái)車的構(gòu)成、行走系統(tǒng)、工作原理以及混凝土澆筑順序等的分析，對(duì)臺(tái)車進(jìn)行改造，增加混凝土振搗孔及觀察孔，在混凝土澆筑時(shí)，通過增加的振搗孔采用插入式振搗器進(jìn)行輔助振搗，確?；炷琳駬v密實(shí)，同時(shí)減少附著式振搗器的振搗時(shí)間，從而降低模板臺(tái)車位移的風(fēng)險(xiǎn)，確?；炷翝仓膶?shí)體質(zhì)量與外觀質(zhì)量。

1?工程概況

前坪水庫位于沙潁河支流北汝河上游、河南省洛陽市汝陽縣縣城以西9 km的前坪村，屬于大（2）型水庫，開發(fā)任務(wù)以防洪為主，結(jié)合灌溉、供水，兼顧發(fā)電。水庫總庫容5.84億m3，控制流域面積1 325 km2。

輸水洞洞身為圓形有壓隧洞，進(jìn)出口坡降為5.31%，相應(yīng)進(jìn)口海拔高度361.00 m，出口海拔高度348.58 m。進(jìn)口為方變圓漸變段，長12 m;出口為壓力鋼管段，長10 m;其余輸水隧洞洞身分為Ⅰ型和Ⅱ型兩部分，共234 m。Ⅰ型洞身襯砌混凝土厚度為0.5 m，長110 m;Ⅱ型洞身襯砌混凝土厚度為0.8 m，長124 m。洞身混凝土澆筑完成后斷面直徑為4.0 m，設(shè)計(jì)流量29.8 m3/s，校核流量34.5 m3/s。

2?小斷面洞型襯砌施工難點(diǎn)與措施

前坪水庫輸水洞為有壓圓形隧洞，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B、抗磨及耐久性要求高，銅片止水必須采用雙面焊接。洞內(nèi)空間有限，圓弧鋼筋拼裝困難，且鋼筋無法使用機(jī)械倒運(yùn)。鋼筋施工與混凝土襯砌施工會(huì)產(chǎn)生交叉影響。洞內(nèi)襯砌倉內(nèi)空間狹小，雙層鋼筋密集，襯砌厚度0.8 m的倉位施工人員可勉強(qiáng)進(jìn)入倉內(nèi)振搗，襯砌厚度0.5 m的倉位施工人員無法進(jìn)入倉內(nèi)振搗。

為解決上述施工難點(diǎn)，經(jīng)分析采用全圓針梁臺(tái)車施工，并對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。①制作移動(dòng)式鋼筋臺(tái)車，按頂拱鋼筋布置在臺(tái)車上焊接樣架，預(yù)先在洞外將頂拱鋼筋綁扎完畢，再用移動(dòng)式鋼筋臺(tái)車將鋼筋運(yùn)至洞身段。②因臺(tái)車內(nèi)空間有限，安拆泵管異常困難，故提前在每個(gè)倉門孔安裝串桶，以減少泵管安裝工作。③因襯砌厚度0.5 m的倉位倉內(nèi)空間太窄，施工人員無法進(jìn)入倉內(nèi)振搗，故澆筑至厚度為0.5 m洞身段時(shí)，對(duì)針梁臺(tái)車進(jìn)行改造，在原針梁臺(tái)車的基礎(chǔ)上，增加預(yù)留孔和觀察孔數(shù)量，施工人員通過預(yù)留孔從倉外進(jìn)行振搗，同時(shí)采用附著式振搗器輔助振搗，以確?；炷翝仓馁|(zhì)量。④銅片止水焊接施工時(shí)間因施工空間有限而無法縮短，是影響襯砌施工質(zhì)量和工程進(jìn)度的關(guān)鍵，通過合理安排施工順序、減少交叉施工對(duì)銅止水焊接的影響。⑤組織技術(shù)嫻熟的專業(yè)人員進(jìn)行銅止水焊接，以提高銅止水焊接施工質(zhì)量和進(jìn)度。

3?針梁臺(tái)車構(gòu)造及受力分析

輸水洞全斷面采用一次性澆筑成型，因此采用全液壓式全圓針梁鋼模臺(tái)車進(jìn)行混凝土澆筑，模板臺(tái)車直徑4 040 mm，比原隧洞直徑大40 mm，臺(tái)車由模板總成、門架總成、針梁總成、定位支撐系統(tǒng)、抗浮系統(tǒng)、電動(dòng)行走系統(tǒng)等組成[7-9]。臺(tái)車長度為10 300 mm，鋼模板面板厚度為10 mm，臺(tái)車總質(zhì)量為98.5 t。

模板組件由頂模、側(cè)模、底模、擋頭模和窗、外支撐、千斤頂?shù)冉M成。針梁組件由立柱、上下縱梁，斜拉筋、上橫梁和下橫梁等組成。門架是針梁與外形模板連接的構(gòu)件，由立柱、橫梁、行走導(dǎo)輪及框架等組成[10-12]。定位支撐系統(tǒng)用于臺(tái)車定位，安裝、拆卸時(shí)承擔(dān)臺(tái)車的重力，采用油缸支撐，便于安、拆和調(diào)節(jié)。在模板兩端安裝抗浮千斤頂達(dá)到抗浮目的[13-15]，從而形成抗浮裝置，抵抗針梁和模板在新澆混凝土?xí)r產(chǎn)生的浮托力，使其不發(fā)生位移。電動(dòng)行走系統(tǒng)：安裝在針梁的卷揚(yáng)機(jī)用兩根鋼絲繩分別繞過針梁端部和梁框上的滑輪固定在針梁兩端，針梁和鋼模彼此互為支點(diǎn)，以此推動(dòng)臺(tái)車前進(jìn)[16-19]。針梁臺(tái)車橫斷面見圖1，縱斷面見圖2。

全圓臺(tái)車的主體支架是針梁。模板的移動(dòng)依靠輪系和針梁的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來完成;在襯砌過程中，澆筑混凝土對(duì)臺(tái)車的作用力也是通過針梁傳遞到地面的，故全圓臺(tái)車的受力分析主要是對(duì)針梁的分析。針梁的受力是模板通過輪子傳遞過來的，針梁的受力示意見圖3。圖中：F1～F11為輪系與升降油缸1距離為L1～L11時(shí)對(duì)針梁的反作用力;P1、P2為針梁支撐結(jié)構(gòu)的反作用力;L為兩個(gè)升降油缸之間的距離。圖3?針梁受力示意

（1）輪系對(duì)針梁的反作用力為臺(tái)車除針梁以外的所有重力之和，因模板均勻分布，故F=F1+F2+…+F11=（臺(tái)車重力-針梁重力）/11=66.4 kN，通過列彎矩方程，分析計(jì)算得F1=F=66.4 kN，P1=757.4 kN，P2=227.6 kN。

（2）確定針梁的橫截面積剪力Q與彎矩M。分析針梁橫截面剪力與彎矩可知，針梁正中位置彎矩最大，只要該斷面滿足要求即可，計(jì)算得Q=161.2 kN、Mmax=1 510 kN·m。

（3）進(jìn)行結(jié)合面處彎曲應(yīng)力及剪應(yīng)力校核。針梁連接夾板結(jié)構(gòu)截面尺寸見圖4，材料為A3鋼，其中1～5號(hào)為5個(gè)斷面編號(hào)。1～5號(hào)斷面對(duì)中心軸的形心坐標(biāo)分別為（510，0）、（0，0）、（0，10）、（0，-10）、（-510，0），計(jì)算得到1～5號(hào)斷面的慣性矩分別為1.3×10-3、0.833×10-3、0.715×10-3、0.715×10-3、1.3×10-3 m4，總慣性矩為4.863×10-3 m4，從而得到截面的正應(yīng)力σ1=158.359 MPa。對(duì)于A3鋼，取安全系數(shù)為1.25，則許用彎曲應(yīng)力[σ]=176 MPa>σ1，因此針梁截面彎曲應(yīng)力合格。由于截面上剪力大部分由腹板承擔(dān)，因此可以近似得出腹板的剪應(yīng)力τmax=3.5 MPa。取許用剪應(yīng)力[τ]=0.7[σ]=123.2 MPa>τmax，因此針梁截面剪應(yīng)力合格。

4?針梁臺(tái)車技術(shù)改造

在臺(tái)車腰線以下左右側(cè)各增加3排輔助振搗孔，最底層增加4個(gè)輔助振搗孔，中間層增加7個(gè)輔助振搗孔，最上層增加3個(gè)輔助振搗孔，增加的輔助振搗孔尺寸為15 cm×15 cm。澆筑混凝土?xí)r人員進(jìn)入臺(tái)車內(nèi)，通過增加的輔助振搗孔用插入式振搗器進(jìn)行振搗，同時(shí)采用附著式振搗器進(jìn)行振搗，確?；炷琳駬v密實(shí)，從而達(dá)到解決振搗困難的目的。針梁臺(tái)車改造展開圖見圖5。

5?襯砌施工工藝

輸水洞洞身襯砌施工期內(nèi)，進(jìn)口段、進(jìn)水塔同時(shí)施工，洞身襯砌只能由上游向下游進(jìn)行。應(yīng)用全圓針梁臺(tái)車進(jìn)行襯砌施工的工藝流程見圖6。

5.1?鋼筋制安

輸水洞Ⅰ型洞身主筋為C22，Ⅱ型洞身主筋為C25，間距均為15 cm，分布筋均為C16，間距均為20 cm，雙層鋼筋網(wǎng)。因洞身施工空間有限，為確保鋼筋安裝順利，故主筋由長短兩根鋼筋組成，通過套筒機(jī)械連接和單面搭接焊接相互配合施工[17]。鋼筋絲頭在鋼筋加工廠加工完成后，運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行連接。

鋼筋安裝順序?yàn)椋喊惭b鋼筋樣架→外圈側(cè)頂部主筋→外圈側(cè)頂部分布筋→內(nèi)圈側(cè)頂部主筋→內(nèi)圈側(cè)頂部分布筋→側(cè)頂部架立筋→外圈側(cè)底部主筋→外圈側(cè)底部分布筋→內(nèi)圈側(cè)底部主筋→內(nèi)圈側(cè)底部分布筋→側(cè)底部架立筋。

5.2?灌漿管安裝

為便于后期灌漿施工，混凝土澆筑前在設(shè)計(jì)位置預(yù)埋Φ50薄壁鋼管，長度略長于兩層鋼筋間距。兩端管口用泡沫膠堵塞，一端緊貼鋼模臺(tái)車模板壁，另一端穿過洞襯外層鋼筋，管身焊接在洞襯鋼筋上?；炷潦┕み^程中可能會(huì)有少量混凝土漿液通過灌漿管與模板之間縫隙流入灌漿管口，拆模后漿液硬化導(dǎo)致灌漿孔不能完全露出，為以后灌漿施工方便，應(yīng)在拆模后對(duì)管口進(jìn)行及時(shí)處理，露出灌漿孔。

5.3?銅止水焊接

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【責(zé)任編輯?張華巖】