重庆牛栏口水电站引水隧洞全圆液压针梁钢模台车衬砌施工

李庭坚

【摘要】重庆牛栏口电站引水隧洞采用全圆液压针梁钢模台车进行衬砌，循环快，施工方便，质量保障。

【关键词】牛栏口电站；引水隧洞；全圆液压针梁钢模台车；衬砌；施工

【Abstract】Chongqing Nulankou hydropower station diversion tunnel full-round hydraulic needle beam steel mold trolley lining， fast cycle， construction convenience， quality assurance.

【Key words】Niulanou power station；Diversion tunnel；Full-round hydraulic needle beam steel mold trolley；Lining； construction

1. 概述

1.1工程概况。

（1）牛栏口水电站位于重庆市石柱县境内的龙河中下游河段上，是龙河梯级开发中的第五级工程，距上游藤子沟电站38公里，是藤子沟电站的下级开发。电站以发电为主，兼有养殖、旅游等。电站主要建筑物有拦河坝、引水系统和厂房，装机容量20MW。

（2）我标段施工的引水隧洞衬砌长度1091.87米（桩号1+100～2+191.87）。为圆形洞型，洞衬砌厚度30cm，衬砌后净空5.4米。隧洞末端通过渐变段（8米）与调压井连接。

1.2台车简介。

（1）针梁钢模台车是为了隧洞的衬砌而设计的。针梁台车能使隧洞衬砌全断面底、邊、顶一次性成型。立模、拆模用液压油缸执行，定位找正由底座竖向油缸和调平油缸执行。台车为自行式，安装在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。

（2）牛栏口电站引水隧洞衬砌用的全圆针梁钢模台车参数如下（台车参数表见表1）：

1.3台车主要部件及功能。

全圆针梁钢模液压台车主要由模板总成、针梁总成、梁框总成、水平和垂直对中调整机构、卷扬牵引机构、抗浮装置、液压系统、电器系统等组成。详见图1台车总图。

（1）模板总成。

模板用于隧洞的成型，隧洞的形状和尺寸主要靠模板来制约。考虑混凝土对模板的压缩作用，模板的半径较理论值大10mm。模板间用螺栓连接，每组模板由顶模、左边模、右边模、底模四块组成。模板面板为δ=6mm，加强筋为等边角钢。为了加强模板间的整体连接强度，设计有模板连接梁。

（2）针梁总成。

针梁是钢模的受力平台和台车行走的轨道。中心宽1.5米，高2.5米，由2块×4组组成，为装配式桁架组合结构。针梁主要由槽钢25″构成，总长度24.5米。针梁上、下有四条40×40mm的方钢轨道，焊接在针梁上，用于梁框的行走。

（3）梁框总成。

梁框的下部底模用螺栓连接，构成一个门框式构架，在框架上、下部安装有行走轮系，针梁从门框内穿过。框架主要作为边模、顶模伸缩油缸的支撑面。

（4）底座。

针梁的两端分别安有两个底座，是针梁的受力支点，衬砌时台车的全部重量和浇筑所承载的力全部落在两个底座上。

（5）抗浮装置。

为了防止浇筑过程中钢模受到混凝土产生的浮力而发生移动，在钢模两端安装八个抗浮千斤顶，立模后将千斤顶与岩基面抵紧。

（6）行走机构。

行走机构是由支座和多个滚轮等组成，模板和针梁可通过卷扬机的牵引在行走架的滚轮上作相对移动。

（7）水平、垂直对中调整机构。

在针梁的前后两端安装两个竖向油缸，通过油缸的伸缩针梁可作上下移动。前后底座上分别安装一个水平油缸，利用其收缩来完成针梁的水平摆动。水平移动最大幅度为200mm，垂直移动的最大幅度370mm。

（8）牵引机构。

由摆线针轮减速器驱动双卷筒作同步旋转，电机功率7.5KW，牵引力3.5t。卷扬牵引机构安装在针梁的中部，卷扬机有两个钢丝绳卷筒，之间用链条连接，两个卷筒的钢丝绳分别与框架前后连接，从而带动针梁和模板作相对运动。

（9）液压系统。

液压系统由3个顶模油缸、6个侧模油缸、4个竖向油缸、2个水平油缸和一套泵站组成，台车的立模、拆模、定位找正工序都由液压油缸的伸缩来完成。

（10）电器系统。

电器系统主要对液压系统油泵电机的开关和卷扬机电机的正、反运转进行控制，实际上是一个操作柜。

2. 台车衬砌施工

2.1台车的安装。

台车为组合式钢结构，最长件7.2米，最重件3t，隧洞的开挖直径为6米，隧洞设计开挖空间不能满足台车的安装要求，需在台车安装的范围内进行隧洞扩挖，并在安装范围内打32根22的锚杆。锚杆长度4米，采用锚固剂进行锚固，出露端头加工成弯钩，保证单根锚杆承重5吨以上。台车安装的最小起吊空间不小于1.2米，具体尺寸参见图2。台车组件用汽车运至洞内后，用5t葫芦人工进行吊装。

2.2扎筋。

（1）因为台车的针梁较长（24.5米），浇筑时台车支座和部分针梁将占据下一仓的一定位置。隧洞高6米，必须通过搭设架子才能达到上半圆的高度。为此，在已有的台车伸出端头制作一简易的钢筋台架，台架不需拆除，只要将撑到底板的两根直立钢管拆除，其余部分随台车的针梁一起移动，缩短扎筋搭脚手架的时间，且方便。

（2）如图3所示，台架用两根100钢管与台车的针梁焊接，伸出长度能满足一仓的扎筋要求（即从上一仓的衬砌末端算起10.5长即可）。在电器系统操作平台斜向上焊接两根16#工字钢作为支撑。两根100钢管的表面焊接一排（间距1.5米）50脚手架管，脚手架管单根长4.5米，两端对称靠近岩基面，再在该层架管上用50搭设一层脚手架，高度离洞底4.5米～5.5米。脚手架间用扣件连接，顶面铺搭竹跳板，并用铁丝将竹跳板与脚手架管固定。

（3）在100钢管远离台车端头竖立两根50脚手架管，用扣件连接，台车移动时将其暂时拆除，台车校正后恢复。

2.3立模。

2.3.1移动针梁。

（1）首先，需移动针梁，针梁长度必须横跨即将浇筑的仓面。针梁的移动通过固定钢模利用卷扬机钢丝绳的牵引来完成（针梁和模板作相对移动，即固定针梁移动钢模，固定钢模移动针梁）。

（2）针梁移到位后，在基座下面垫枕木，通过基座上的竖向油缸将基座与枕木紧密接触，使整个台车的重量均落在前后基座上。利用全站仪放样检查台车轴线是否与隧洞轴线一致，如不一致，用台车的水平和垂直对中机构进行调整，直至台车轴线与隧洞轴线的偏差在规范允许范围内为止。

2.3.2移动模板。

（1）固定针梁，即可将模板滑向仓面，钢模滑动时，支撑钢模的油缸处于收缩状态。钢模末端与上一仓面的搭接长度不小于10cm，以免伸模受力造成上一仓混凝土的缺边掉角。

（2）钢模伸开时，先撑开底模和侧模，顶模要在左侧模板伸开与顶模形成一道约400mm～500m的缝后，通过伸顶模油缸，顶模不断向上升起，直至与左侧模面板形成圆弧型，然后用螺栓和销轴将左侧模板与顶模连接固定。

2.3.3模板加固。

完成模板的成型定位后，将台车的48个单耳螺旋千斤与钢模连接梁拧紧加固，再将鋼模两端的八个抗浮千斤顶与基岩或已浇混凝土面紧密抵触，保证钢模不变形移位。

2.3.4端头模板。

钢模台车的浇筑除第一仓外，一般均为单头挡模，台车制作时只设计了端模的固定构件（由焊接角铁和螺栓组成），封模时应根据钢模外侧的超欠挖情况用木板加工，因混凝土施工缝处需设止水带，衬砌钢筋必须出露一定的长度，端头木模只能采用小块拼装，缝隙用水泥袋子堵塞。

2.4浇筑。

（1）混凝土在搅拌场拌和后用3m3搅拌车运至洞内，用砼泵输送入仓。在底模和侧模部位，砼入口为工作窗口（参见图4），要保证砼浇筑饱满，入料顺序非常重要，必须先下后上、先里后外。顶模由注浆孔注浆，如顶拱超挖大，注浆孔注到一定厚度后，需从端头模板处接入注浆管，倒退式入料。

（2）混凝土的振捣顺序与注浆顺序一致，通过工作窗伸入振捣棒进行振捣。钢模台车一般采用附着式振捣器。其实，台车浇筑到顶拱位置时，因泵送混凝土的坍落度较大（14～16cm），且混凝土通过砼泵后有一定的压力，浆液靠着重力的作用向下（分力指向模板）流动，浇筑同样可以饱满密实、表面光洁。

2.5拆模

为了加快浇筑的循环进度，在混凝土浇筑到顶拱范围内时，适当加入早强剂（胶材的2～3%），混凝土浇筑8～12小时后可进行拆模（如超挖较大洞段宜推迟拆模时间）。钢模台车的拆模先拆端头模板，在模板移动前对端头混凝土面进行打毛冲洗。将台车内支撑模板的螺旋千斤顶及其他支撑物件松开，启动油缸电机，收缩顶模油缸，使顶模与侧模脱开，形成400～500mm的间隙，左右侧模板就可在侧模油缸的作用下与浇筑面脱开，完成顶模和左右侧模板的收缩。当下一仓面准备好后，移动台车针梁，进入下一仓的浇筑循环。

3. 结束语

3.1钢模台车与普通小钢模的比较。

（1）钢模台车价格比小钢模拼装贵出很多，占的空间很大（总长约28米），该台车重约70t，价格65万元，浇筑过程中运输

车辆不能穿过台车进行运输。初期安装和末期拆除时间长，运输难度大。但台车安装后，由于采用液压系统控制，模板和针梁的移动均较为方便，正常情况下将台车模板收缩移到新的浇筑仓面并校正加固不超过3小时，拆模和立模几乎是同道工序的工作，缩短浇筑循环周期，平均每36小时可完成一个循环的浇筑，每月衬砌长度在200米以上。小钢模拼装的立模和拆模将会耗去数倍的时间和人力，循环时间大大延长。

（2）钢模台车可以减少施工工人的数量。入料过程中，仓面只需3个人即可完成注将管的换管和振捣等工作，不需进行边浇筑边升模加固等琐碎的工作。

（3）台车牢固稳定。台车一旦定位后，台车高强度的型钢组合结构和抗浮千斤顶保证了台车的稳固性，不产生变形。由于模板接缝少，浇出的砼表面光洁，外观质量好。

（4）台车可进行二次改装，如有圆形隧洞砼衬砌，只需对台车的模板（半径尺寸）等部分构件进行改装即可使用。

3.2全圆针梁钢模台车衬砌注意事项。

（1）台车必须按照先下后上、先里后外的浇筑振捣顺序，否则底版部位常常因为通道堵塞等原因浇筑不饱满，形成一道或数道坑槽（空洞）。

（2）浇筑到达顶拱部位后，需按顺序入料，浇筑过程中如有其他原因造成停顿，时间稍长已入仓的混凝土初凝，新入仓混凝土流入的通道减小，由于砼泵的压力，使得局部产生较大的压力，破坏钢模。如发现有初凝情况，且浇筑未饱满，应及时处理。

（3）台车移到新浇筑仓面时，应保证模板末端与已浇砼的搭接长度不小于10cm，否则会因伸模时产生的强大压力将已浇砼边缘破坏，造成缺边掉角。