水工隧洞斜井混凝土钢模台车衬砌施工工法

(1.新疆维吾尔自治区水利厅建设管理与质量安全中心，新疆 乌鲁木齐 830000 2.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072)

1 工程概况

吉音水利枢纽工程位于新疆和田地区于田县境内的克里雅河干流吾格也克河上，表孔溢洪洞布置在大坝右岸，紧邻右坝肩。进口采用WES堰，堰顶高程2500.5m，堰高4.0m，堰宽10m，由引渠段、控制段、洞身段、挑流鼻坎段、护坦段组成。控制段设弧形工作闸门一道，洞身段纵坡1/10～1/2，溢洪洞总长545.9m，设计泄量505.00m3/s，校核泄量655.00m3/s。斜井段全长190m，设计纵坡1∶2，倾角为26.6°，洞身成型尺寸为7.0m×7.0m。底板衬砌厚度80cm，边顶拱衬砌厚度60cm，设计混凝土等级C25W6。

目前，大倾角斜井隧洞混凝土衬砌传统施工方法主要是先浇筑底板，后浇筑边顶拱，洞身边顶拱立模支护采取满堂脚手架支撑，组合模板立模，施工难度大，成本高(占用大量的脚手架杆)，安全隐患大，施工效率低下，费时费力，直接影响施工工期。为有效提高施工效率，本文结合吉音水利枢纽工程表孔溢洪洞工程，提出了一种斜井混凝土钢模台车衬砌施工工法。与传统满堂脚手架支撑施工技术相比，该工法具有成本费用低，工期短、质量佳、工艺简单、操作方便、安全可靠等特点，旨在大倾角长斜井混凝土衬砌施工中进行推广应用。

2 工法特点及适用范围

本工法使用钢模台车，具有以下优点:

a.采用钢模台车衬砌加快了斜井混凝土的衬砌速度，避免了采用满堂脚手架立模而占用大量的脚手架杆，减少了支模加固的时间，加快了施工进度，降低了施工成本。

b.本工程上平洞混凝土衬砌断面型式及尺寸与斜井段一致，上平洞的钢模台车可在斜井段衬砌中重复利用。

c.斜井钢模台车通过10t卷扬机、3组30t定动滑轮组牵引行走，台车就位后采用固定支撑装置、限位装置等措施，有效地保证了台车的运行安全。

d.在钢模台车后端部分上、中、下及底板四层设置白色尼龙绳安全网，对钢模台车后端封闭，并增设了操作平台及防滑板，有效地保证了施工人员的作业安全。

e.斜井混凝土浇筑采用常规方法施工，即混凝土采用集中拌和站制备，12m3罐车运输，HBC80拖式泵入仓浇筑，边墙采用插入式振动棒振捣，顶拱采用附着式振动器振捣，工艺简单、操作方便。

本工法适用于倾角小于30°的斜井混凝土衬砌施工，尤其在长斜井边顶拱混凝土衬砌施工中效果显著。

3 工艺原理及流程

斜井混凝土衬砌施工工法通过低速卷扬机牵引钢模台车行走，台车就位后采用固定支撑装置、限位装置、抗滑设置等一系列确保台车运行安全的措施，泵送混凝土入仓浇筑。该工艺减小了人工搭拆脚手架及支模的施工强度，同时通过一系列安全措施保证了台车运行安全，并且在台车上给操作人员提供了一个安全的操作平台，在安全高效的前提下降低了施工成本，提高了施工速度。施工工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程

4 操作要点

4.1 施工准备

a.施工测量。表孔溢洪洞斜井底板基础按设计图纸给定平面尺寸及高程，采用全站仪、DS3水准仪，准确地进行轴线、边线定位控制和高程控制。

b.斜井底板混凝土浇筑。斜井底板混凝土浇筑采用扣模施工，扣模采用内拉式拉杆进行加固，在底板模板上预留两个混凝土入仓口。底板两侧圆弧倒角采用定型钢模，并与直墙连接部位设20cm平直段以便于钢模台车就位。根据现场实际情况控制好脱模时间，拆模后采用铁抹子压光两道，保证混凝土外观质量。斜井段底板混凝土浇筑完毕后，边顶拱衬砌采用钢模台车衬砌。

c.台车组装。斜井段衬砌混凝土断面型式与上平洞一致，故斜井段可利用上平洞施工用钢模台车。上平洞洞身混凝土已衬砌完毕，其台车可直接用于斜井段，不需组装。

d.轨道铺设。采用铁路专用重轨，钢轨不设枕木，直接铺设在浇筑完成的斜井底板上，钢轨底部每隔25cm设置φ18长16cm的膨胀螺丝进行固定。

4.2 钢模台车结构系统

4.2.1 钢模台车结构组成

本台车由行走机构、台车架、模板纵梁、钢模板、模板垂直升降和侧向伸缩机构及液压、电气控制系统等六大部分组成。结构型式见图2。

图2 钢模台车示意

4.2.2 台车行走系统

斜井台车采用10t低速建筑卷扬机配合3组30t定动滑轮组牵引行走，见图3。

图3 斜井台车固定示意图

4.2.3 固定支撑装置

固定支撑装置设置为三套，分别为后支撑、前拉装置和台车自带的驻车装置，根据钢模台车运行特性，后支撑、前拉装置以及驻车装置的功能不同，具体如下：

a.后支撑。斜井台车移动到达预定位置后，在预埋钢板上面焊接18工字钢(工字钢长20cm，计4块，与钢板接触部分必须满焊)，并利用特制顶丝与钢模台车支撑固定，形成后支撑装置。

b.前拉装置。在已浇筑好的斜井混凝土底板上造孔2个(利用预埋的固结灌浆孔)，孔深80cm，孔内插入长1.2m，直径90mm的钢棒作为地锚，孔距台车12m，地锚与台车之间采用2套30t手动吊葫芦进行牵引，台车在卷扬机牵引行走的同时，人工同步进行吊葫芦牵引，防止台车行走时卷扬机故障或滑轮组故障台车溜车。

c.限位装置。台车行走到位后应立即对其自身的驻车装置进行安装(卡轨器)，卡轨器共计4个，分别布置在台车行走轮下游，与钢轨固定。

4.2.4 安全防护设置

a.在钢模台车后端部分上、中、下及底板四层设置白色尼龙绳安全网，对钢模台车后端封闭。安全防护网安装方法：ⓐ在台车后端部采用φ22钢筋设置钢骨架并在台车后端加筋环上设置挂钩；ⓑ人工安装白色尼龙绳网，安全防护网高1.5m。

b.为确保斜井段混凝土浇筑施工中人员安全，台车分上、中、下三层设置防滑板，防滑板采用5mm厚木板，防护板上设置防滑条，防滑条间距30cm。防滑板必须与型钢连接牢固，与全断面台车连接成整体。

4.3 施工方法

4.3.1 钢模台车行走

a.钢模台车上行方法。钢模台车向上运行时，采用JM10低速建筑卷扬机配合3组30t滑轮组做外力牵引钢模台车，2台30t手动吊葫芦做安全辅助。台车自重50t(500kN)，倾角26.6°，台车与轨道之间的摩擦系数0.08，故F牵=Gx+Ff=259.39kN。所用的滑轮组荷载30t，绕绳6段，则F牵1=F牵/6=259.39/6=43.23kN(4.41tf)，故选用10t低速卷扬机1台3组定动滑轮组作为牵引装置满足要求，见图4。

图4 斜井台车滑轮组示意

b.钢模台车下行方法。钢模台车向下运行时，采用4个30t手动吊葫芦作为外力牵引钢模台车，具体方法为：4个吊葫芦分为2组，分别与钢模台车底梁连接，2组吊葫芦交替受力，通过人工同步操作吊葫芦将钢模台车缓慢下放至浇筑部位。

钢模台车行走时应注意以下几点：

a.台车行走之前应对其牵引系统进行检查，如钢丝绳的磨损情况，卷扬机的固定是否松动，各卡扣是否松动等，若出现上述问题应及时进行维护，确保安全。

b.台车行走时卷扬机与钢模台车之间不能通视，要求配置4台同频率对讲机，其中卷扬机处1人/台，定滑轮处1人/台，动滑轮处1人/台，台车处1人/台，此外，闲杂人员均应在洞外等候，不可进洞，等台车牵引至指定仓面后方可进洞及时进行固定。

c.台车行走前要求铺设轨道距离大于本次台车行走距离，减少台车行走期间的启、停。要求所有钢丝绳与台车连接部位圆滑，不可出现棱角，防止钢丝绳损坏。

d.台车就位后，要求每一班工作前对其各个连接部位进行检查，各连接要可靠牢固，并做好检查记录，发现问题及时告知分管领导，及时进行处理。

4.3.2 钢模台车固定

钢模台车就位后，采用卡轨器在台车行走轮下游与钢轨进行连接固定，并采用2台30t手动吊葫芦与台车上部底梁连接形成前拉装置，最后安装台车后端的后支撑装置。

4.3.3 立模

立模前检查台车所有固定装置，当确定台车处于安全状态后，开始立模，先立顶模，后立侧模。立顶模时，采用钢模台车自带的液压千斤顶将顶模升至设计高度，再利用顶模下方的丝杆进行辅助支撑。立侧模时，通过人工转动丝杠，保证侧模紧贴矮边墙混凝土表面。最后加主梁横支撑，保证模板整体稳定。立模通过台车自带的丝杠、液压千斤顶进行。

4.3.4 混凝土浇筑

打开侧模工作窗口，进行混凝土浇筑，要求左右两侧对称浇筑，防止台车受力不对称；同时控制浇筑速度，一模混凝土浇筑时间要大于8h，左右对称浇筑，两侧最大高差不宜大于0.4m。

4.3.5 拆模

待衬砌混凝土达到规范规定强度(时间)后，即可脱模。拆模时，先拆侧模，后拆顶模。侧模拆除时，先将增加的主梁横向支撑拆除，然后两侧的模板同时收起，并且从下至上依次拆除。拆顶模时，先将支撑顶模的丝杆收起，再将液压千斤顶收拢。

5 钢模台车的质量保证措施

a.根据混凝土结构特点，对钢模台车进行专门设计，保证模板及钢支撑具有足够强度、刚度和稳定性。

b.保证混凝土浇筑后的结构物形状、尺寸与相互位置符合设计规定。

c.台车安装的允许误差，应符合建筑施工模板安全技术规范规定，结构混凝土和钢筋混凝土梁、柱的模板允许偏差，应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2015)的规定。

d.台车模板表面应光洁平整，接缝严密，不漏浆，以保证混凝土表面的质量。钢模台车在每次使用前应清洗干净，并涂刷养护剂便于拆模。

e.混凝土浇筑前，对模板轴线、加固支撑、加固螺栓进行认真检查复核，发现问题及时进行处理。

f.混凝土钢模台车要待混凝土达到设计规定强度后才能拆除，对不承重侧面模板的拆除，应在混凝土强度达到表面及棱角不因拆模而损坏时，方可拆除。

6 效益分析

与传统的普通模板拼装、脚手架做支撑体系相比，水工隧洞斜井混凝土衬砌采用钢模台车衬砌，减少了支模加固的时间及材料运输时间，衬砌速度较常规法施工提高了60%。同时，钢模台车衬砌避免了采用满堂脚手架立模而占用大量的脚手架杆，较常规法施工成本降低了40%。

7 结 论

该工法巧妙运用滑轮组，科学地解决了大型钢模台车在斜井中混凝土衬砌的问题，其施工工艺操作简单、安全可靠，且工程质量易于受控，加快了施工进度，降低了施工成本，具有显著的社会综合效益，可为类似斜井边顶拱衬砌工程提供参考。