论整体针梁式混凝土衬砌钢模台车在马蹄形断面隧洞中的应用

王仁龙 武映文 韩永杰

（1.山西省水利水电勘测设计研究院山西太原030024；2.山西省中部引黄工程建设管理局山西太原030000；

0 引言

某隧洞工程地处温季大陆性半湿润型气候区，地质围岩为Ⅴ类和土洞。依据设计要求，衬砌横断面为城门洞形和马蹄形。城门洞形横断面混凝土衬砌采用的钢模台车可为分离式，多次浇筑形成。马蹄形横断面混凝土衬砌宜用整体式，整体针梁式钢模台车应运而生。整体针梁式混凝土衬砌钢模台车，从技术要素、工作原理、操作性能、施工质量、工作效率、使用功能等方面，进行阐述与论证，展示了整体针梁式混凝土衬砌钢模台车在马蹄形横断面施工中具有巨大的优越性，可推广使用。

1 水利工程混凝土衬砌钢模台车形式

1.1 综述

水利工程混凝土衬砌钢模台车形式多种多样，有边顶拱式、直墙变截面顶拱式、全圆针梁式、全圆穿行式等。钢模台车的主要作用是为提高混凝土衬砌表面光洁度，加快混凝土衬砌速度，降低劳动强度而设计、制造的专用设备。

钢模台车由横板部分、门体部分、行走部分、支撑机构、平移系统及其他附属装置组成。

安装的顺序为：底板—门形架—两边侧模及其他支撑（斜支撑及水平支撑）—顶模及其支撑—其他附件。

1.2 适用范围

边顶拱式、直墙变截面顶拱式、全圆穿行式钢模台车，多用于铁路、公路及部分水利工程。全断面针梁式钢模台车，多用于全圆或椭圆断面的地下隧洞引水洞和导流洞。而本文提到的马蹄形断面适用的钢模台车很少，为了探索和应用，将整体针梁式混凝土衬砌钢模台车用于马蹄形横断面工程。

2 马蹄形断面形式和基本要求

马蹄形断面，依据某水利输水隧洞工程建设实际，采用水利条件较好，性能优越，3 个不同半径的4段圆弧构成，相对较为复杂的断面形式。图1 为某水利工程设计马蹄形横断面形式，纵坡1/3 000，设计输水流量2.63 m3/s，混凝土衬砌长度（每段）8 m。

图1 马蹄形设计横断面

2.1 整体针梁式混凝土衬砌钢模台车

整体针梁式混凝土衬砌钢模台车的基本参数和工作原理，简述如下。

2.1.1 基本参数

1）台车每模衬砌长度8 100 mm；

2）最小脱模量110 mm；

3）水平最大调整量175 mm（单边）；

4）轨道中心距1 030 mm；

5）升降油缸行程300 mm；

6）左侧油缸行程300 mm；

7）右侧油缸行程300 mm；

8）顶模油缸行程350 mm；

9）平移油缸行程200 mm；

10）整车长度23 600 mm；

11）整车宽度3 020 mm；

12）整车高度3 020 mm（不带基座）。

图2 为马蹄形混凝土衬砌台车横断面。

图2 马蹄形混凝土衬砌台车横断面

2.1.2 整体针梁式混凝土衬砌钢模台车工作原理

1）立模

钢模台车沿隧洞轴线调整到适当的位置，去除杂物，涂刷脱模剂，调整平移油缸按钮，待台车中心与隧洞中心重合时，旋紧升降油缸，将门架立柱和螺栓固定针梁上，微调侧向模板，形成刚性体，并与岩体固定。

2）混凝土浇筑

混凝土的坍落度控制在160～200 mm 之间，根据混凝土灌注部位不同，混凝土坍落度取不同的值。墙体混凝土坍落度宜小，拱顶部混凝土坍落度宜大。在保证混凝土便于泵送的情况下，尽量减少混凝土的坍落度，并提高混凝土的和易性、保水性，避免混凝土泌水。

混凝土采用泵送，用分层、左右交替对称浇注，每层浇筑厚度不大于1 m。两侧高差控制在50 cm 范围。接头管箍避免接触不当造成爆脱，管路用方木支垫高超出地面，穿过台车时管箍不与台车构件相接触。混凝土输送管路端部设置一根软管，软管管口至浇筑面垂距控制在1.5 m 以内，以避免混凝土集料堆积和产生离析。拆模前后需加强混凝土洒水养护，降低温度，保证混凝土施工质量。

3）行走

针梁脱模后，松动门架与针梁，各机械和设备配合行走；行走速度不超过4 m/s，在整体钢模台车行走前，四周模板采用固定措施，预防在台车行走过程中滑落。

3 整体针梁式混凝土衬砌钢模台车总成及液压系统

整体针梁式混凝土衬砌钢模台车由模板总成、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、抗移装置、液压系统、电气系统等组成。

图3 和图4 为整体针梁式混凝土衬砌钢模台车，针梁移动图例。

图3 针梁式钢模台车移动中

图4 针梁式钢模台车移动中

针梁总成由针梁、针梁支腿、两侧抗滑梁、卷扬机、钢丝绳、滑轮、千斤顶等部件组成。

液压系统由油缸、千斤顶、支撑支腿、电机、旋钮、按钮等部件组成。

电气系统由漏油断路器、熔断器、熔断器芯、电机、热继电器、指示灯、按钮、配电箱等部件组成。

4 在操作方式方面

整体针梁式混凝土衬砌钢模台车，因针梁总成系统，优于边顶拱式、直墙变截面顶拱式、全圆穿行式等台车，所以针梁式钢模台车机械化程度高，整体性能好，行走灵活，能够快速牵引和移动，操作方便。

通过某地下输水隧洞1 000 m 洞段125 仓衬砌测试，在操作灵活方面，与其他钢模台车比较，性能更优越，便于现场施工人员使用，降低工人劳动强度。

5 在施工质量方面

整体针梁式混凝土衬砌钢模台车，在某地下输水隧洞1 600 m 洞段200 仓混凝土衬砌质量来看，针梁式钢模台车在马蹄形横断面混凝土衬砌中，实现了底、边、顶、拱一次成型，外观光洁美观，强度高，平整度好，整体质量佳，与其他钢模台车施工质量相比，优越30%。工程质量评定100%合格，优良率达到98%以上。

6 在工作效率方面

整体针梁式混凝土衬砌钢模台车，全圆马蹄形断面一次成型，多种设备共同作用，工作效率大大提高，立模、拆模速度加快。从立模、混凝土浇筑、拆模整个周期循环方面，每衬砌一仓可节省3 到5 个小时。长度480 m 的隧洞划分为60 个混凝土仓面，全部施工完成共耗时61 d，整体混凝土衬砌工作效率提高25%以上。

7 在使用功能方面

整体针梁式混凝土衬砌钢模台车，在马蹄形断面隧洞混凝土衬砌作业中，充分体现使用价值，循环可靠，安全稳定，灵活使用，很好地发挥了经济效益，展现了良好的使用功能，对地下输水隧洞混凝土衬砌起到良好的保障作用。

8 结语

通过对整体针梁式混凝土衬砌钢模台车的基本参数、工作原理、结构的阐述，经过现场某地下输水隧洞工程现场马蹄形断面混凝土衬砌的实践，在操作方式方面、在施工质量方面、在工作效率方面、在使用功能方面，进行综合分析和论证，整体针梁式混凝土衬砌钢模台车与其他钢模台车相比，具有较强的使用优势，显著的功效，适合马蹄形断面混凝土衬砌，具有推广价值。