钢模衬砌台车在紫坪铺工程引水系统隧洞砼施工中的应用

吕国伟

（中国水利水电第七工程局有限公司 四川 成都 610081）

1 工程概况

紫坪铺水利枢纽工程，位于岷江上游映秀至都江堰市沙金坝河段，总库容11.2亿m3，装机容量4×190MW。枢纽共有引水发电隧洞4条、冲砂放空隧洞1条和2条由导流洞改造而成的泄洪排砂隧洞，其中引水隧洞轴线总长1617.228m，进口为16m为方圆渐变段，2#、4#洞上平段长191.0m，1#、3#引水洞下平段钢筋砼段长154.292m，斜管段各洞段长103m，上平段电0+16m～电0+183.0m和下平段电0+93.466～电0+247.758m为标准断面，砼衬砌后标准断面为8.0m直径的圆型隧洞。冲砂放空隧洞洞身段总长580.16m，冲0+56.0m～冲0+517.06m为标准洞段，冲0+89.26m～冲0+118.11m和冲0+410.18m～冲0+428.83m为转弯段，转弯半径为别为R=50m、R=100m，砼衬砌后标准断面为4.4m直径的圆型断面。

2 钢模衬砌台车的构造、运行原理

紫坪铺工程引水隧洞及冲砂放空洞标准段砼衬砌分别所选用了全液压针梁式钢模台车（设计衬砌度度0.8～1.0m）和全液压收缩穿行式钢模台车（设计衬砌度度0.6～2.0m）。针梁钢模台车由钢模、台车、针梁、外部支撑四部分组成；穿行钢模台车由钢模、台车（门架）和外部支撑三部分组成。钢模为隧洞砼衬砌的模板，台车及针梁为钢模拆卸、安装、的运输工具，外部支撑为钢模的定位支承和抗浮力构件。

2.1 钢模板

钢模板是隧洞砼衬砌的模板，针梁式台车模板在针梁就位后，整体移动，穿行式台车模板可以缩于台车上并在伸展开的模板内穿行。

针梁式台车钢模长为9.0m，由6组1.5m长的模板组成，每组模板由顶模、左及右边模、底模四块组成，模板之间用螺栓联接、纵向用螺栓和铰耳销轴联接。钢模上安装了三组油缸，可完成立模、拆模工作，在顶模和边模的对应位置上安装螺旋千斤顶，油缸伸出，钢模定位后，旋紧螺旋千斤顶，这样保证了衬砌尺寸的准确性，同时减轻油缸载荷。脱模时，行脱顶模，再脱右边模，然后脱左边模，最后底座竖向油缸向上顶，使整个台车向上运动，底模便于混凝土脱离。

穿行式台车钢模长13.5m，分别由三节钢模板组成，每节长4.5m，每节钢模又由5块模板组成。钢模节与节之间采用定位销和螺栓连接，以便于钢模的拆卸、收缩、移动和安装。其构造方式为“三铰两缝式”，一块顶模与两块侧模之间采用铰接以便于顶、侧模收缩；两块底模间也为铰接，以便于底模收缩、起吊并在台车内穿行；侧模与底模之间成缝接，用定位销和螺栓连接，以便于侧模与底模的分离和连接牢固。每块模板由三块1.5m长的小模板拼成，用螺栓联接，使用过程中不再卸开。模板由面板和肋板组成，底板上设有轨道，供台车行走用。

2.2 台车（门架）

针梁台车为自行式，台车由针梁总成、梁框总成、底座、行走机构、卷扬牵引机构几部分组成，针梁总长：24.10m。安装在针梁上的卷扬机用两根钢丝绳，分别绕过针梁端部和梁框上的滑轮，固定在针梁两端，针梁和钢模互为支点相对运动使台车前进。脱模之间，收缩底座油缸，悬吊底座，针梁下面轨道落在底模行走轮上，开动卷扬机使针梁向前移动，到位后放下底座，油缸顶在针梁然后进行脱模、脱模后，开动卷扬机使其反方向运动，钢模即向前移。台车上的卷扬机使钢模和针梁作相对运动，台车便可向前移动。

穿行式台车中的台车作为钢模拆卸、安装的运输工具，由吊梁、门架、液压系统、行走机构几部分组成。吊梁为门架顶梁的下设的长纵梁，在梁上有行走电动小车和液压操作的吊架。门架是台车的主要部分，在门架的底部有行走轮和移动装置，在顶部和侧面有供拆模、立模用的液压油缸。在拆模时可将边、顶模落在门架上，吊起的底模可从门架的中部腹腔内穿过。

2.3 外部支撑

外部支撑作为钢模定位支承、钢模安拆时承担钢模台车的重量和抗浮力构件，由底部支撑和侧顶部支撑构成。底部支撑主要承受安装过程中及砼浇筑前的钢模台车自重，采用实心支撑；侧顶部支撑承受新浇混凝土产生的侧压力及浮托力，采用空心支撑。支撑采用油缸支撑或做成螺杆，便于调整和拆卸。

3 钢模台车的应用技术

3.1 钢模台车的安装

3.1.1 引水隧洞针梁台车的安装

①为了使引水隧洞压力钢管运输和上平段针梁台车安装能同时进行，考虑到斜管段压力钢管部分存放于上平段的实际情况，台车采取在下游安装，自内向外逐段衬砌的方式进行。如：在4#洞上平段钢模台车安装选择电0+100～0+130m段进行，安装完成后由0+124开始向进口浇筑，当斜管段压力钢管结束后，将台车移至0+183处进行0+183～0+124m段砼衬砌，标准段砼衬砌完后在电0+25.0m处将台车拆除。在台车安装前洞内底板垫层砼浇筑完成，形成临时道路，供吊车及运输机械使用。采取在下游安装，自内向外逐段衬砌的方式进行。

②台车安装前，由测量人员按洞轴线放出台车两侧底模及砼衬砌底部的准确位置，用型钢作好临时支撑，同时根据台车顶模、侧模安装需要，在安装范围内洞顶部预先形成锚杆吊钩，便于采用手动葫芦辅助模板吊装。由于台车构件重量较轻，最重件针梁4T，所以选用8T汽车吊及小松WA380装载机（倒运构件）进行安装，其安装顺序为：底模→针梁门架→顶、侧模。底模就位后，上好底模之间的联接螺栓，安装底部定位支撑并调节底模，完成后用测量复测使之与设计相符合。待底模全部安装完成后，进行底模托架及针梁安装，完成后进行一节侧、顶模安装，安装完成后连接好节与节之间的定位销及连接螺栓，使之成为整体，同时通过台车顶、侧模油缸顶撑到位，使之与底板重合，上好底模与侧模定位销及连接螺栓。重复上述程序，直至安装完毕为止。安装两端侧模模板是台车安装中的关键工序之一，为了使两端侧模模板安装牢靠，在钢模板周边设计一些安装专用的工件、卡具和支撑传力梁等。

3.1.2 冲砂放空隧洞穿行台车的安装

①受出口道路影响及考虑台车安装完成后对钢筋运输的影响，钢模台车安装场地设在进口冲0+56.485～0+69.985m洞段，采用由上游向下游逐段守砌的方式进行。为满足安装需要，在安装段开挖时隧洞顶拱130度范围进行局部超挖0.8～1.0m，安装段进口底板垫层砼浇筑完成，为台车安装机械提供通道。

②台车安装前，由测量人员按洞轴线放出台车两侧底模及砼衬砌底部的准确位置，在洞内底部安装焊接30个Ф90mm的镀锌钢管做台车安装支撑点。同样参照引水洞台车安装，在安装段顶拱设锚杆吊钩，由于台车构件重量较轻，所以选用ZL50装载机倒运模板等构件，采用手动葫芦辅助进行台车构件安装。其安装顺序为：底模→台车→顶侧模。底模就位后，上好底模之间的联接螺栓，安装底部定位支撑并调节底模后，进行测量复测使之与设计相符合。待全部底模就位后，吊装台车置于底模轨道上，台车安装好后进行顶侧模安装，待前一节侧、顶模安装好后，移动台就位，利用台车顶、侧模油缸收缩顶侧模并运送至下游底模上。然后，通过台车顶、侧模油缸顶撑到位，使之与底板重合，上好底模与侧模定位销及连接螺栓，退出台车。按上述程序进行下一节顶、侧模安装，并连接好节与节之间的定位销及螺栓，使之成为整体，重复上述程序，直至安装完毕为止。

3.2 钢模台车的应用

3.2.1 隧洞采用钢模台车衬砌施工工序为（图1）:

3.2.2 钢筋安装

为了使隧洞衬砌施工中钢筋安装与钢模台车运行、砼浇筑能同时进行流水作业，互不干扰，在台车安装前，尽可能将台车安装位置前洞段的钢筋优先运进洞内，避免台车安装好后影响钢筋运输作业。在台车安装过程中，同步进行台车下游面的洞身钢筋、预埋件等安装，确保台车安装、调试完成后，紧接着进行首段洞身砼浇筑。洞身钢筋安装领先台车至少三个循环，压力钢管安装领先台车至少二个循环。

钢筋安装中应注意的关键问题：①针梁式台车衬砌段底板钢筋安装，测量对架立钢筋放样时，确定两个前支座位置，每隔18m洞段在底板垫层砼浇筑时预先浇同洞身标号混凝土墩，洞身钢筋安装完成，在底板钢筋上切割预留出支座位置，以便台车针梁移动时安放前支座，在砼浇筑前对切割底板钢筋按规范要求进行重新焊接。针对上述问题，与厂家协商新增设一块台车支座，且两座底部为弧形，与洞身有效连接，并将底座与针梁台车前支座用螺栓紧密的接连在一起。②穿行式台车衬砌段洞身钢筋安装时，要考虑到台车周圈支撑点的问题。根据衬砌厚度由测量放线，确定钢模台车支撑点的位置，在钢筋安装过程中底板采用Φ108mm钢管、边顶拱采用Φ50mm钢架管做支撑点，并与洞身钢筋焊接牢固。

3.2.3 台车的运行及模板安装

针梁台车及穿行式全液压钢模台车的运行按本文第二部分介绍运行原理进行操作。当整套钢模全部运行安装到指定洞段并安好台车顶、侧模支撑后，台车端头采用散装木模进行封堵。引水洞渐变段与洞身段钢模之间采用普通钢模板进行平滑衔接。

3.2.4 砼浇筑

钢筋、止水及其它预埋件安装完毕，钢模台车行走，就位前应对其面板涂涮脱模剂，台车要求就位后，就近安装砼泵，以使砼输送管道越近越好。同时接好泵管，仓号经验收合格后进行混凝土浇筑作业。

洞身砼衬砌严格按即定分段分块进行，主要根据设计图纸、结构特性、地质情况、及浇筑方法进行洞身段分段分块，引水洞标准段台车衬砌均按9m进行分段，冲砂洞标准段均按13.4m进行分段，标准断面转弯段均按4.4m进行分段。为确保砼浇筑质量，首先要保证砼的拌和质量，引水洞及冲砂洞洞内砼浇筑全部采用砼搅拌车进行砼运输，以保持砼具有良好的和易性。每个仓号砼浇筑过程中保持连续性，不得间断。在浇筑底板及边墙砼时，施工人员必须钻到仓号内是行内部砼振捣。同时确保两墙砼均匀上升，有效控制砼浇筑上升速度。为保证顶部砼浇筑达到衬砌厚度，在顶部上游端埋不小于0.8m长的观测管。观测管有两个作用，一是排气以利于砼泵送入仓，二是一旦观测管漏出砼，就表明砼浇满顶拱，顶部砼主要靠安设在顶模上的吸附式振捣器进行外部振捣作业。一般，砼收盘后24小时进可以拆模。附后：钢模台车砼衬砌砌施工方法图（图2、图3）。

图2 引水隧洞钢模台车砼衬砌施工方法示意图

图3 针梁钢模台车工作示意图

①引水隧洞针梁式钢模台车衬砌施工方法图

②冲砂放空隧洞穿行式钢模台车砼衬砌施工方法图

图4 冲砂放空洞钢模台车衬砌施工方法示意图

图5 穿行台车工作示意图

4 钢模台车砼衬砌施工进度完成情况

4.1 针梁式钢模台车施工进度情况

引水隧洞上平段针梁台车安装总工期：19天 （2003年12月28～2004年元月15日）。2004年2月8日开始进行第一段砼衬，2004年9月25日4#上平段砼衬砌结束。其中标准段月最大浇筑强度为6段54m，台车衬砌段为4段36m，月平均强度为2.5段22.5m（含进口16m渐变段及标准其它段，采用组合小钢模、拱架衬砌段）；上平段钢模台车衬砌共完成81m。钢模台车拆除总工期为：10天（2004年10月22日～10月31日，在边、顶模全部进行切割，无法继续使用的前提下）。

4.2 穿行式钢模台车施工进度情况

冲砂放空隧洞穿行式台车安装总工期：9天 （2003年10月22～2003年10月30日）。2003年11月12日开始进行第一段砼衬，2004年5月18日标准段钢模台车衬砌砼结束，其中月最大浇筑强度为8段107.2m，月平均强度为5段67m；钢模台车拆除总工期为：8天（2004年6月2日～6月8日）。

5 结语

通过紫坪铺工程引水隧洞和冲砂放空洞钢模台车进行全圆段砼衬砌的运用实践证明：进行隧洞砼施工所采用衬砌形式至关重要，直接影响施工进度、砼施工质量、经济效益；并不是所有隧洞砼衬砌都适用钢模台车进行衬砌。如：引水洞根据结构特点不适合用钢模台车进砼衬砌，因上平段相对较短只有191m、台车衬砌段167m，且需储运压力钢管，故不同于标准段长的隧洞，存在洞身钢筋运输、安装及洞内灌浆等各工序因场地问题相互干扰，同时隧洞进口前方为引水系统进水塔，受塔体拦污栅墩等结构影响，引水隧洞在进口工作面交通不畅，给台车的安拆增加了难度。所以在确保砼质量的前提下，取消台车衬砌改为小钢模加拱架进行砼衬砌施工，满足了施工进度要求。

钢模台车的优点是：①钢模台车衬砌好的砼表面质量高，表面光滑平整，接缝处平滑程度高、无错台现象，保证了砼衬砌施工质量；②降低工序间的施工干扰，进行流水化施工作业（长隧洞）；③能改善洞内作业条件，降低劳动强度，提高工效，加快施工度；④穿行式台车在洞内转弯处也能衬砼，且通过性能良好。

钢模台车的缺点是：

穿行式台车：①穿行式台车段与段循环之间搭接15cm处，端头模板整体钢度差、容易变形，浇筑完成几段后要对模板用葫芦拉或人工铁钎撬进行恢复；②台车支撑钢针、螺杆太短，调节不方便；③穿行式台行走机构及油缸出现坏损，处理起来比较困难，影响施工进度。

针梁台车：①针梁式台车自重较重80T，安拆施工难度较大，占用工期长；②受隧洞坡度影响较大，引水洞为3%，在运行过程中因台车支座油缸不能随坡度变化而有效结合，出现了支座油缸拆断现象；③台车液压系统质量不过关，常出现问题。

如钢模台车生产厂家能对上述几方面问题进行改进和完善，钢模台车在进行长隧洞（≥400m洞段）砼衬砌施工时，必将是施工单位首选产品。