浅析全断面钢模台车在隧洞混凝土衬砌施工中的应用

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(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，电站装机容量3000MW。水电站枢纽建筑物由砾石土心墙堆石坝、洞式溢洪道、深孔泄洪洞、放空洞、漩流竖井泄洪洞、5#导流洞、地下发电厂房、引水及尾水建筑物等组成。其隧洞群洞内混凝土衬砌均采用钢模台车施工，本文以5#导流洞为例予以阐述。

电站引水隧洞5#导流洞长1096m，设计开挖断面为渐变城门洞型，分为3个断面，下游向上游断面尺寸由9m×12.5m(宽×高)经渐变段后变为9m×14m(宽×高)。全衬段洞身共有3种衬砌厚度，下游向上游衬砌厚度分别为0.8m、0.6m、1m。洞身底板存在纵坡，坡比为4.5645%(参见图1)，侧墙衬砌混凝土为抗冲耐磨混凝土，顶拱为常态混凝土，分界线在拱肩以下1m。

图1 5#导流洞纵剖面

2 全断面钢模台车设计

2.1 5#导流洞衬砌施工技术难点

根据5#导流洞的洞身特点分析，其技术难点为：

(1)台车从下游向上游施工，衬砌断面从9m×12.5m经过50m长的渐变段渐变到9m×14m，若能使用一种台车实现全洞段衬砌浇筑是最经济的首选方案，但要实现这一点势必要通过简单改制台车来实现，但是在狭小的隧洞内如何通过简单安全的方式来实现是个难点；

(2)在整个衬砌过程中，衬砌厚度需要经过从0.8m—0.6m—0.8m—1.0m的四次衬砌厚度变化过程，而此时底板尚未浇筑，这实际上又是四种断面，就需要能够调节台车高矮衬砌施工；

(3)抗冲耐磨混凝土和泵送混凝土分界线在侧墙拱肩以下1m，该分界线高程到顶拱的最大高度为3.5m。因侧墙无法采用泵送混凝土，所以这个3.5m净空既要考虑布置顶拱模板，又要布置为侧墙输送混凝土的纵向及横向混凝土运输设备，并且要兼顾模板立模脱模及顶拱泵管的布置干扰，空间非常狭小，如何合理布置是关键；

(4)该工程隧洞存在纵坡，台车坡道行走及浇筑时的自身稳定也是关键问题。

2.2 解决方案

2.2.1 不同衬砌厚度断面台车调整方案

现场施工方案要求先进行隧洞两侧墙衬砌，后顶拱衬砌，再进行隧洞底板回填浇筑。

具体设计方案如下：

以D53断面为基准断面进行台车设计(参见图1)：

(1)施工D54断面时，在基准断面钢模台车门架基础上增加20cm增高块；

(2)施工D53断面时，在基准断面钢模台车门架基础上拆除20cm增高块；

(3)浇筑D52断面时，在基准断面钢模台车门架基础上增加4块20cm增高块，门架增加附斜撑，此时侧面板增加150cm；

(4)浇筑D51断面时，钢模台车在D52断面的基础上，在钢模台车门架基础上增加20cm增高块；

(5)钢模台车增加杆件及增减垫块通过千斤顶整体顶升钢模台车来实现。

2.2.2 渐变段台车调整方案

渐变段长50m，渐变段仅在断面高度上发生渐变，宽度方向上保持不变，因而考虑使用本台车局部进行小调整来衬砌该段，较之常规搭设满堂红脚手架进行衬砌的方案，可节约更多的经济投入。

2.2.3 侧墙抗冲耐磨混凝土供料方案

(1)抗冲耐磨混凝土纵向供料方案：该方案采用上下游各2台5t电动葫芦作为起升设备，外部混凝土运输车将混凝土卸至3m3料罐内，由2台电动葫芦共同抬吊将3m3料罐垂直运送至台车顶部，然后再分别水平运至四条横向皮带机下料部位，并坐落在皮带机上部钢架上进行混凝土卸料作业。

(2)抗冲耐磨混凝土横向供料方案：在抗冲耐磨混凝土分界线以上设有四条横向皮带机，间距2.5m，每条皮带机长6.8m，均为可移动式皮带机，可左右移动将上下游两个料罐送来的混凝土输入到两侧墙。

2.2.4 隧洞钢模台车衬砌混凝土方案优缺点

(1)优点：

①充分合理利用顶拱有限空间，能满足侧墙抗冲耐磨混凝土输料(拱肩以下1m)的要求；

②侧墙抗冲耐磨混凝土输料全部采用皮带机，速度较快，可实现混凝土快速入仓；

③各条皮带机运行采用电气开关控制，移动就位时设有限位装置和跑偏预警装置，能及时发现系统运行问题，结构安全；

④可满足多断面使用，尽管钢模台车体型庞大占用空间，但不影响下部通车；

⑤台车与外部供料系统相对独立，钢模台车结构相对简单，设计风险小。

(2)缺点：

①其皮带机及配套钢结构总体造价高，系统总功率大，接线布线较多，有布线及用电安全要求；

②钢模台车随着洞高变化，需要二次进行斜撑附件安装及多次增高块安拆；

③因隧洞有纵坡存在，电动葫芦起吊系统在坡道上起重作业，作业风险相对较大，需设计限重及限位开关确保提升安全；电动葫芦起吊系统整体移动及固定机构存在一定风险，设计结构较为复杂；起重系统在台车内部占用较大空间，对台车钢结构设计有较高要求；

④钢模台车系统操作程序具有一定的顺序性，相对复杂，需经过培训才能进行操作。

3 全断面钢模台车安装调试

钢模台车由于自身较重及隧洞坡度原因，采用液压驱动行走机构带动台车行走，利用液压油缸和螺旋千斤调整模板到位和收模，利用料罐做垂直和平移运动，将混凝土通过皮带机送至仓内进行隧洞侧墙混凝土衬砌。钢模台车由模板总成，托架总成，平移机构，门架总成，行走机构，侧向液压油缸，侧向支撑千斤，门架支撑千斤等组成。其外形尺寸12.15m×10.6m×(14.085m～14.995m)(长×宽×高)，高度根据断面不同进行增高块的增减。其总重274.34t，纵向长度12.15m，软搭接0.15m，每一个衬砌长度12m。

钢模台车的安装分洞外及洞内安装。首先钢模台车经厂内拼装、产品检验合格后将其拆卸成单个总成及零部件运至施工现场。洞外安装前，在5#导流洞正对洞口的位置，平整一块大于两倍台车长度和宽度的场地并压实，利用25t汽车液压起重机进行拼装，将台车安装好后，起动行走机构将台车开进洞内。洞内安装是根据断面不同进行增高块的增减。

安装调试流程为：箱式轨道安装→门架安装→托架安装→顶部模板安装→调整→边模安装→调整→联接梁及支承千斤顶安装→检查、紧固所有螺栓→液压及电气系统安装、调试→试运行。

(1)箱式轨道安装：按总图要求，检查地面是否平整，如有坡度(一般为2%)，检查坡度是否满足设计要求，否则，轨道地基该挖则挖，该填则填，以保证安装的基准。

(2)门架安装：安装门架时，横梁与立柱，立柱与门架纵梁及各连接梁和斜拉杆的连接必须牢固，各固定螺栓必须拧紧；行走轮中心应与轨道中心重合，误差不得大于5mm。整个门架安装好后，找准两根纵梁的中心线，其对角线长度误差不得大于20mm。

(3)平移小车到位：两套平移小车支撑在门架两根边横梁上，调节油缸应调节到行程中位。

(4)安装托架总成：先安装托架纵梁，两根纵梁支撑在平移小车的液压油缸上，然后，依次安装边横梁，中横梁边立柱中立柱及各支撑螺旋千斤，注意纵梁中心线应与门架中心线平行。两根纵梁中心线的对角线长度误差不得大于20mm。

(5)安装模板总成：模板的安装应先顶模，将全部顶模安装到位后，再挂左右边模，接着安装千斤连接梁及各侧向支撑千斤。

(6)安装液压站及液压管道，配接电气线路。

(7)部件的检查：台车安装完毕后，全面检查各部件各部位螺栓连接是否有松动，各连接销子是否转动灵活，各螺旋千斤伸缩是否达到设计要求，有关液压件及管道是否有渗漏，电气接线是否安全绝缘等。

(8)试运行：进行空载试车，观测电气及液压是否工作正常，台车各种动作是否灵活准确到位。

4 全断面钢模台车混凝土衬砌施工

使用钢模台车必须严格按照操作顺序及要求，正确使用与维护，以确保钢模台车安全正常工作，并延长其使用寿命。

其衬砌混凝土施工流程为：钢模台车安装→仓位准备→钢模台车就位→钢模台车校模板→混凝土浇筑→脱模板→养护。

(1)基础面清理。基础岩石面清理验收合格后进行下一道工序施工。

(2)钢筋绑扎及预埋件施工。在全断面钢模台车前面安装有一台钢筋台车，两台车均使用同一轨道。按照混凝土浇筑方向，钢筋绑扎需提前几仓进行备仓。预埋件按照设计要求预埋后应采取保护措施，防止浇筑过程中被破坏。

(3)钢模台车行走和就位。首先为方便脱模，在模板外侧涂抹脱模剂。打开上下游防滑座，操作多路换向阀手柄，让侧向油缸收回，使下模总成回缩；收回竖向油缸，使上模板总成下降，在油缸动作前，要缩回相应的托架支撑千斤；旋回门架支撑千斤(基脚千斤)，使其离开轨面；操作多路换向阀手柄，使台车在循环液压顶推下行走到工作位置；台车就位后，锁定防滑座，旋出基脚千斤撑紧钢轨，防止台车移动。

(4)钢模台车立模。在测量人员配合下，操作多路换向阀手柄，通过调整，使模板外形达到施工要求。操作多路换向阀手柄，让平移油缸工作，左右调节，使模板外形中心线与隧道中线重合；操作多路换向阀手柄，让竖向油缸工作，升降调节，使上模总成外形达到施工要求；操作多路换向阀手柄，让侧向油缸工作，伸缩调节，使下模总成外形达到施工要求。台车模板外形达到混凝土施工要求后，应将托架支撑千斤撑紧托架纵梁；把侧向千斤旋出，撑紧千斤连接梁；旋出撑地丝杆撑紧底部纵梁(地面预先按照一定间隔打好插筋)。

(5)混凝土衬砌。首先在两侧墙八个浇筑窗口安装好料斗和溜桶，溜桶距混凝土面应不大于2m，浇筑过程中需保证左右侧墙对称下料，保证台车受力平衡，左右侧墙混凝土面高差应不大于50cm，混凝土入仓按照先侧墙后顶拱顺序进行。根据现场实际供料速度及浇筑要求，可以采取四条横向皮带机同侧浇筑或两侧墙各两条横向皮带机同时浇筑，每个料罐负责两条皮带机的供料。根据不同的浇筑高程位置相应打开附着在模板上面的1.5kW振捣器。当混凝土浇至分界线时，退出皮带机关闭八个浇筑窗口，改用上下游两个顶拱封拱器浇筑入仓，利用混凝土搅拌机在泵送过程中操作人员要密切关注压力表数值变化，封头板位置预紧拉杆螺栓，人员随时观察浇筑进展情况，尽可能使混凝土填满仓位，浇筑完毕后，关闭封拱器封堵门。

(6)脱模。待混凝土强度达到设计强度约70%即可脱模。先拆除台车前后周边有关的模板，然后启动液压站工作。收回侧向千斤顶，操作换向阀手柄，缩回侧向油缸，收回下模板总成，使其离开混凝土，再用手拉葫芦收回最下部小边墙模板。收回竖向托架支撑千斤顶，操作换向阀手柄，缩回竖向油缸，脱下上模板总成，使其离开混凝土。关闭油泵电机清洗台车，除掉模板表面上粘结的混凝土。钢模台车的一个工作循环结束后，检查液压站的抗磨液压油用量是否足够，不够时应补加，检查各联结螺栓是否松动，销子是否可靠，发现问题及时处理，继续下一个衬砌施工。

5 结语

四川甘孜州两河口水电站引水隧洞群采用全断面钢模板混凝土衬砌隧道台车进行混凝土施工，操作简单方便，混凝土表面成型效果好，同时提高了混凝土浇筑质量和施工效率，缩短了施工工期，可供其他类似工程借鉴及推广应用。