马蹄形钢模台车在老挝南椰2水电站引水隧洞混凝土衬砌中的应用

邓 斌 吴 勇，熊 潇

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

南椰2(Nam Ngiep2)水电站位于老挝川圹省(Xieng Khouang)，枢纽工程由南椰河引支流系统及南森河引水发电系统组成，输水系统包括引支流坝、引支流隧洞；发电系统包括水库及首部粘土心墙土石主坝、溢洪道、泄洪兼导流洞、进水口及发电系统的引水隧洞、调压井、压力管道及地面厂房。电站装机容量为3×60 MW，保证出力为56 MW，多年平均发电量为7.21×108kW·h，装机年利用小时数为4 006 h。

老挝南椰2引水隧洞长10 959.317 m(0+004～10+963.317)，为马蹄形有压隧洞，衬砌形式分为A、B、C、D四种型式，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩分别采用A、B、C、D 型式衬砌。A型衬砌为只进行底板C25素混凝土浇筑，厚度为30 cm，衬砌后底宽442 cm，高530 cm，顶拱内径厚560 cm；B型衬砌与一次支护(边顶拱喷15 cm厚混凝土)结合，二衬也只进行底板C25素混凝土浇筑，厚度为30 cm，衬砌后底宽408 cm，高515 cm，顶拱内径为530 cm；C型衬砌为钢筋(单层筋)混凝土全断面衬砌，底板衬砌厚度为40 cm、边顶拱为35 cm，衬砌后底宽340 cm，高470 cm，顶拱内径为460 cm；D型衬砌为钢筋(双层筋)混凝土全断面衬砌，衬砌厚度为40 cm，衬砌后底宽340 cm，高470 cm，顶拱内径为460 cm。

因该引水隧洞混凝土衬砌具有施工的洞段长、浇筑难度大、断面结构复杂等特点，经研究决定将老挝南椰2水电站导流洞中拆出的全圆轨道式液压钢模台车修改后重新设计制作出具有针对性地解决引水隧洞断面混凝土衬砌施工的马蹄形钢模台车；全圆轨道式液压钢模台车的技术参数、结构、机械原理、材料等将在很大程度上体现在该马蹄形钢模台车上，该方案为工程项目大大节约了材料、制造和运输成本。

2 马蹄形钢模台车的结构及具有的功能

根据隧洞断面尺寸要求，设计制作了一套马蹄形钢模台车，该台车尺寸为12 m×4.3 m×7 m(长×宽×高)；钢模台车的主要组成部分有：模板系统、台车中梁、行走装置及轨道、液压系统以及丝杆系统。

2.1 模板系统

该台车的模板长度为12 m，分三部分，即两侧模部分与顶模部分。顶模由6张同标准的小模(2 m/张)组成，每块小模两侧留有10 cm的搭接长度以方便组装搭接；侧模面板采用10 mm厚的钢板，主梁采用20 mm厚的钢板，次梁采用10号槽钢。顶模通过由液压操作的顶升油缸和平移系统与中梁连接；为方便脱模，顶模与侧模采用铰接，其他采用螺栓连接(图1)。

2.2 台车中梁

中梁为桁架钢结构，它是连接固定模板和台车行走装置的基础件；台车定位后，该梁起到主要的支撑和受力作用。上下纵梁、立柱、立柱斜撑、横梁等构成整个机身框架，能够很好地保证台车在实际运作中的稳定性。为方便拆装，中梁分为上块件、下块件及中梁柱，全部采用45号工字钢制作，各构件之间采用螺栓连接；8台50 t螺旋千斤顶设置在该台车中梁上平面，当台车行驶到指定位置时千斤顶升到固定高度，能够对模板起到很好的稳定作用，防止浇筑时模板松动而导致混凝土表面不规整、不光洁。两排、共32根丝杆安装在中梁两侧，其主要作用是连接和固定两侧边模(图2)。

图1 马蹄形钢模台车洞内断面图

图2 马蹄形钢模台车主体结构图

2.3 行走装置及轨道

轨轮为该台车前后行走的主要装置，其行走轮一边三组，共六组，均采用φ500铸钢轮；轨道为43 kg/m钢轨，轨道行走时其下方铺设枕木，尺寸要求为20 cm×20 cm×100 cm。台车行走依靠爬轨器，爬轨器的动力主要由液压泵站提供。当液压泵动力输出时，前-后轮中间油 缸(φ140×1 800 mm)通过伸缩作用促使爬轨器舒张和啮合，实现钢模台车前进或停止功能；由于台车是从隧洞下游往上游浇筑，考虑到台车自身行走安全，在轨道两侧焊接了稳定支座和锁定装置，以避免轨道变形而导致台车行走偏心和向下游方向滑行。

2.4 液压系统

台车的液压系统由泵站、截止阀、油管和油缸等部件组成，其功能为对模板的立模、脱模以及台车的行走起决定性的控制作用；而该钢模台车主要通过8只φ180顶模油缸实现升降作用和8只φ140侧模油缸起伸缩功能。

3 台车混凝土衬砌的施工方法

引水隧洞混凝土衬砌施工工艺流程见图3。马蹄形钢模台车主要实施全衬砌段(直线段)的混凝土衬砌。该钢模台车的工作形式为在已经施工完毕的引水隧洞底板上安装台车轨道，轨道按每12 m为一段安装，轨道相互之间采用道夹板螺栓连接，轨道与枕木之间用轨道钉连接牢固。每段轨道在安装时都必须按照要求误差调整达到安装精度(两轨标高差±3 mm,轨距±5 mm，轨道中心线±5 mm,支点间轨道变形±2 mm,轨道接头错缝±1 mm)；因钢模台车为轨道式边顶拱钢模台车，故在已浇筑的底板混凝土上铺设了2根46 kg/m的轨道作双线支撑，行走方式采用液压爬轨器牵引，行走轨轮在轨道上滚动行走；门型钢桁架支撑在轨道上，模板支撑在桁架上，模板的伸缩依靠液压油缸，模板支撑采用可调丝杆与桁架连接。台车结构稳定性、刚度和强度满足要求，能够承受混凝土浇筑和振捣的侧向压力和振捣力，防止产生模板位移，确保了混凝土结构外形尺寸准确并具有足够的密封性，以免漏浆。

钢模台车的封头模板采用5 cm厚的楔形木板，其在现场拼装、固定在钢模台车的端部；局部超挖部位(混凝土厚度较大部位)采用外加支撑在岩体上；为避免上下游仓号的混凝土出现衔接不良、错台等缺限，将钢模台车直接搭接在已成型的混凝土段30～50 cm，使接头部位平顺连接。

在马蹄形钢模台车混凝土衬砌施工过程中，由于靠近模板部位的混凝土极易粘接模板，故需控制好振动棒与模板之间的距离，保证混凝土的外观质量；边、顶拱混凝土的振捣、全衬砌段边、顶拱混凝土的振捣采用固定在钢模台车上的附着振捣器振捣，平仓采用从不同仓口入料的方式以达到平仓的目的。

图3 混凝土施工工艺流程图

在混凝土浇筑过程中，派专人守护模板，控制混凝土浇筑的上升速度，避免发生意外；在混凝土具有一定强度、保证不损伤混凝土棱角时方能脱模作业，脱模后的模板应及时修整、清理表面，整齐堆放，以便下一循环使用；模板在每次使用前应清理干净，面板涂刷脱模剂；当完成以上工作环节后，进入下一个工作面。

4 混凝土衬砌施工的注意事项

钢模台车运行必须指定专人负责，非专业操作人员不得运行钢模台车；必须对电源进行检查，确定无问题后方可合闸；应对驱动装置、液压装置、制动装置进行检查，严禁带病工作；钢模台车运行时操作人员不得擅自离开操作台，如需离开时必须经现场负责人同意，同时，操作人员应听从指挥人员的信号进行操作，如指挥人员所发信号不够清楚或将引起事故时可拒绝执行并通知指挥人员。

台车在浇筑施工时，混凝土在台车两侧的入仓速度必须受控；浇筑时，混凝土最大的下落高度不能超过2 m，两侧混凝土面的高差不得大于0.5 m，模板纵向前后混凝土的高差要求不超过0.4 m。混凝土顶拱满仓时，封拱泵送要稍缓慢、压力不可太大，以免台车受损，台车施工衬砌后的混凝土洒水养护按规定进行。

钢模台车行走时，必须在其前后15 m的范围外设置安全警示带，禁止行人通行并挂“禁止通行”的标示牌；台车前进方向20 m范围内严禁从事任何施工作业，并派专人负责主电源电缆的收放工作，以免电缆被车轮压断而损坏电缆；台车工作时，由专人观察模板是否与洞壁、混凝土浇筑面接触、碰撞，协助指挥人员完成钢模台车的行走。

钢模台车立模时，先调节横移装置使钢模对中，然后升顶模装置至指定位置，顶紧上下螺旋撑杆，再由侧模装置撑开侧模到位，顶紧上下螺旋丝杆，然后侧模装置撑开使侧模到位、顶紧侧部螺旋撑杆，再封堵浇筑。脱模时，先松开螺旋撑杆、收回侧模，然后再降下顶模。

5 结 语

马蹄形钢模台车在老挝南椰2水电站引水隧洞混凝土衬砌工程中的实际应用发现，钢模台车经重新设计和修改后可适用于其它不同类型的洞段工程；该方案能够很好地弥补传统钢模台车具有单一性、独特性的不足之处，因此，经过合理的改造、设计、优化等措施，可以更好地体现材料、工艺、制作的价值。