李華

（黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江 大慶 163000）

1 工程概況

南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程（北京段）西四環(huán)暗涵設(shè)計(jì)流量為30m3/s，加大流量為35m3/s，本標(biāo)段全長(zhǎng)1857.893m，為雙線隧洞。采用淺埋暗挖法施工，暗涵為外徑ф5200mm、內(nèi)徑ф4000mm的圓形，其初期支護(hù)為300mm厚C30噴射鋼筋混凝土，二次模注結(jié)構(gòu)為C30W8F150的防水鋼筋混凝土。該區(qū)間段暗涵左右線全部穿越砂卵石地層，施工中遇到最大的卵石達(dá)700 mm。

由于是輸水暗涵，且地面建筑物較多，所以要求襯砌一次澆筑成型，以減少結(jié)構(gòu)防水的薄弱環(huán)節(jié)。為了在施工技術(shù)上有所突破，設(shè)備方面，除了采用比較成熟的全園穿行式臺(tái)車(chē)，還自行研制了一種浮力自平衡式全斷面襯砌臺(tái)車(chē)。本文簡(jiǎn)要論述新型浮力自平衡式全斷面襯砌臺(tái)車(chē)的構(gòu)造、工作原理及施工工藝。

2 浮力自平衡式臺(tái)車(chē)施工技術(shù)

2.1 浮力計(jì)算原理

浮力自平衡式模板臺(tái)車(chē)借鑒了盾構(gòu)管片的結(jié)構(gòu)形式，充分利用了砼澆筑過(guò)程中產(chǎn)生的浮力。灌注前模板臺(tái)車(chē)的重量由環(huán)模下部的銷(xiāo)柱來(lái)支撐，當(dāng)砼灌注到一定高度時(shí)，拔出銷(xiāo)柱，利用砼的自浮力支撐模板臺(tái)車(chē)。銷(xiāo)柱的抽出時(shí)機(jī)應(yīng)選在局部商砼液面提高至其產(chǎn)生的浮力足以支持住鋼模自重時(shí)。結(jié)合圖1，由浮力計(jì)算公式可知：

其中：G-模板軸向單延米自重；A-軸向單延米長(zhǎng)模板表面積；ρ-商混密度；h-商混在澆筑中的液面高。

h值可很容易求出，當(dāng)鋼模加工完成后自重即為已知，再加上外部載荷，即可得出G值。用上式求出h值，即為下部銷(xiāo)柱的抽拔時(shí)機(jī)，這一環(huán)節(jié)可在澆筑過(guò)程中，由振搗窗觀測(cè)掌握。

圖1 模板受力圖

本臺(tái)車(chē)特點(diǎn)是重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。臺(tái)車(chē)自帶模板拆裝設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)半機(jī)械化操作，具有拆裝速度快，安全性能高的優(yōu)點(diǎn)。在局部進(jìn)行模板的拼、拆工作，每次拼裝的構(gòu)件重量相對(duì)比較小，所以對(duì)已施工完的防水板及鋼筋的保護(hù)工作十分有利。

2.2 構(gòu)造

（1）主體結(jié)構(gòu)為環(huán)狀散拼模板：按二襯的設(shè)計(jì)要求每次澆筑10m計(jì)，故鋼模板設(shè)計(jì)成每倉(cāng)10.7m（其中有一環(huán)是嵌在已澆注二次襯砌內(nèi)），共由11環(huán)環(huán)狀鋼模組成。每一環(huán)鋼模板分為7塊：圓心角 60°的4塊，56°的 2 塊，8°的 1 塊（為楔形塊，便于拆、裝），見(jiàn)圖2

經(jīng)過(guò)計(jì)算：模板面板厚采用6mm厚鋼板，肋板采用10mm厚鋼板卷制而成，模板的徑向和軸向聯(lián)接使用M14鉸孔螺栓連成一個(gè)整體。這樣模板本身就可以承受砼澆筑時(shí)產(chǎn)生的壓力，不用再加拱架支撐體系了。

（2）模板在初襯結(jié)構(gòu)中的定位：依靠安裝在每環(huán)模板上面的抗浮力可調(diào)整、收縮支撐柱（以下簡(jiǎn)稱：銷(xiāo)柱）來(lái)完成。銷(xiāo)柱直徑Ф100mm，由無(wú)縫鋼管（為的是減輕自重）制成。每一環(huán)模板上共設(shè)置了8根銷(xiāo)柱（如上圖），下面的銷(xiāo)柱主要用于定位和承重，上面的銷(xiāo)柱用于定位和抵抗浮力。每一根銷(xiāo)柱都可以抽回并由銷(xiāo)釘定位，定位后，銷(xiāo)柱的下端面將與模板外圓弧面平齊，成為封堵面。銷(xiāo)柱結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

（3）模板的裝拆：由安裝于環(huán)模之中的臺(tái)車(chē)來(lái)完成。臺(tái)車(chē)的前后端分別裝有兩臺(tái)模板拆裝裝置（以下簡(jiǎn)稱：機(jī)械臂），該機(jī)械臂可繞軸作360°旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)盤(pán)上的油缸用來(lái)舉升模板。臺(tái)車(chē)的自重由下部?jī)蓧K模板提供支持，該模板上裝有輕型鋼軌，臺(tái)車(chē)在該軌面上沿隧道的軸向行走。行走動(dòng)力來(lái)自安裝在臺(tái)車(chē)下面的一臺(tái)油缸。該機(jī)械臂轉(zhuǎn)盤(pán)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使用了外制動(dòng)器，油缸使用了雙向液壓鎖，用以保證操作時(shí)的安全。

（4）模板的前后輸送由裝在臺(tái)車(chē)上面的滑車(chē)來(lái)完成，滑車(chē)無(wú)動(dòng)力裝置，由人力完成。

（5）模板的端頭封堵：由一環(huán)較窄的模板來(lái)完成。該環(huán)模板不在11環(huán)之?dāng)?shù)內(nèi)。它的功能是封堵端面，固定環(huán)向橡膠止水帶，利用12點(diǎn)絲杠千斤頂頂住初襯結(jié)構(gòu)，用來(lái)作為模板臺(tái)車(chē)在銷(xiāo)柱全部收縮之后的定位之用。

（6）“水”字支撐模板的組合、緊固全部完成之后，在環(huán)模內(nèi)施以“水”字型支撐，該支撐桿使用Ф80水煤管，節(jié)點(diǎn)處鎖緊，以提高支撐桿的穩(wěn)定性，環(huán)模內(nèi)共設(shè)10組米字支撐，支撐牢固之后方可澆筑混凝土。

（7）砼注入口設(shè)置在偏前端位置，意圖是使商混在模板外呈斜面堆積長(zhǎng)高，使商混以上的空氣沿一個(gè)方向排出，不至于出現(xiàn)困氣造成空鼓。為進(jìn)一步保證排氣順暢，在兩側(cè)縱向止水帶上方，對(duì)應(yīng)模板上予置放氣孔管，原理類(lèi)似潛望鏡，讓止水帶被混凝土包嚴(yán)包實(shí)。澆筑時(shí)以該管出漿，并達(dá)到一定的封拱壓力，作為撤除該管的抽拔時(shí)機(jī)。

（8）預(yù)留環(huán)模：每一倉(cāng)的11環(huán)鋼模之軸向澆筑長(zhǎng)度為10m，其中兩個(gè)端頭位置環(huán)模的寬度（軸向長(zhǎng)度）為73cm，中間的9套環(huán)模每套寬度（軸向長(zhǎng)度）為103cm，全長(zhǎng)共1073cm。使用中每完成一倉(cāng)混凝土澆筑后，翻模時(shí)均留一倉(cāng)（73cm）不拆，作為下一倉(cāng)的固定支持點(diǎn)，同時(shí)也利用這一環(huán)模完成水平或鉛直方向的折角。

2.3 施工工藝

（1）上一倉(cāng)混凝土澆筑完畢，6小時(shí)后拆掉堵頭模板，開(kāi)始綁扎下環(huán)鋼筋。鋼筋驗(yàn)收完畢之后，開(kāi)始進(jìn)行模板拆裝。

已澆筑完畢一倉(cāng)的最后一環(huán)不拆，作為下倉(cāng)的起始。從第二環(huán)模板開(kāi)始，模板由后端機(jī)械臂拆掉后進(jìn)行打磨，打磨后用模板運(yùn)送滑車(chē)送到臺(tái)車(chē)前機(jī)械臂下進(jìn)行安裝，每一環(huán)模板安裝都和前一環(huán)用螺栓進(jìn)行安裝，同時(shí)也進(jìn)行了定位。隨著每環(huán)模板的安裝，臺(tái)車(chē)就前進(jìn)一環(huán)。后端模板拆完之時(shí)，前端模板也即安裝完畢。

（2）兩端封堵（第一倉(cāng)），鋼模加固（米字支撐）。

（3）接泵管、開(kāi)始澆筑。由下部觀測(cè)抽拔下銷(xiāo)柱，并加強(qiáng)銷(xiāo)柱部位的振搗，商混液面沒(méi)過(guò)振搗窗后即開(kāi)啟上部附著式振搗器，抽拔上部銷(xiāo)柱。放氣孔部位出漿即抽出放氣孔管，商混液面達(dá)到端封觀測(cè)孔時(shí)即關(guān)閉觀測(cè)孔。適當(dāng)加壓、至端封板頂部見(jiàn)漿止，封堵注入孔，拆卸管道。清洗商混輸送管，清理現(xiàn)場(chǎng)。

（4）混凝土澆筑：在環(huán)模兩側(cè)開(kāi)10對(duì)振搗窗，振搗窗以下部分的振搗用插入式振搗器，由操作工人解決；振搗窗以上的部位由附著式振搗器解決。

2.4 各工序時(shí)間（見(jiàn)表2）

表2 各工序時(shí)間表

3 經(jīng)濟(jì)效果、質(zhì)量及施工安全分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益比較

（1）設(shè)備造價(jià)：全斷面穿行式液壓襯砌臺(tái)車(chē)的總重量約為40t，再加上液壓系統(tǒng)，造價(jià)為30-40萬(wàn)元/套；而浮力自平衡式模板臺(tái)車(chē)的重量約為20噸，加上兩套機(jī)械臂，造價(jià)則為20-30萬(wàn)元/套，后者能節(jié)省近1/3的資金投入。

（2）節(jié)省勞動(dòng)力：兩相比較，全斷面穿行式液壓襯砌臺(tái)車(chē)鋪設(shè)底模時(shí)需勞動(dòng)力即為比浮力自平衡式模板臺(tái)車(chē)安裝時(shí)多出的勞動(dòng)力，大概為8人工作一天。

（3）工效增加：全斷面穿行式液壓襯砌臺(tái)車(chē)襯砌速度為10m/4d，每月可完成70m左右；浮力自平衡式模板臺(tái)車(chē)襯砌速度為10m/3d，每月可完成100m左右，后者每月可增加30m工程量。

3.2 施工質(zhì)量比較

襯砌砼表面板逢整齊劃一，平面平整，拱圈襯砌輪廓圓順；

3.3 施工安全比較

由于浮力自平衡式模板臺(tái)車(chē)的支撐系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，操作空間比較大，所以施工過(guò)程當(dāng)中的安全性較高。

[1]南水北調(diào)中線干線工程建管局，南水北調(diào)中線干線工程京石段應(yīng)急供水工程（北京段）西四環(huán)暗涵淺埋暗挖施工技術(shù)導(dǎo)則（試行）2005

[2]水利水電工程施工手冊(cè)編委會(huì)，水利水電工程施工手冊(cè)，混凝土工程。北京中國(guó)電力出版社2005