劉正樹(shù)

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司溪洛渡施工局，四川雷波 616500)

1 概述

1907年，德國(guó)第一次提出了混凝土泵的專利。我國(guó)自20世紀(jì)50年代起開(kāi)始生產(chǎn)機(jī)械混凝土泵，70年代中期開(kāi)始生產(chǎn)液壓混凝土泵。

隧洞混凝土襯砌的傳統(tǒng)入倉(cāng)方式為泵送。泵送入倉(cāng)有許多優(yōu)點(diǎn)，也有許多不足，主要表現(xiàn)在:

(1)混凝土配合比除了應(yīng)符合工程質(zhì)量要求外，還要符合管道輸送的要求，如對(duì)坍落度、混凝土骨料最大粒徑、水泥及細(xì)骨料的比例等都有一定限制;

(2)混凝土泵輸送干硬性混凝土比較困難，限制了泵的使用范圍;

(3)采用混凝土泵的施工方法，水泥用量大，成本相對(duì)高，不利于溫控，對(duì)有溫控防裂要求的混凝土適用性差。

近年來(lái)，水電、公路、鐵路等行業(yè)隧洞工程建設(shè)迅猛發(fā)展。隧洞襯砌采用常態(tài)混凝土，可以節(jié)約水泥、節(jié)能減排，減少混凝土裂縫。因此，研發(fā)隧洞襯砌常態(tài)混凝土入倉(cāng)施工技術(shù)，在我國(guó)水電、公路、鐵路隧洞建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 問(wèn)題的提出

溪洛渡水電站左右岸共布置了4條泄洪洞，設(shè)計(jì)泄洪流量為15 432 m3/s，最高流速達(dá)50 m/s。溪洛渡水電站泄洪洞具有大泄量、高水頭、高流速、混凝土高標(biāo)號(hào)、使用頻率高等特點(diǎn)，要求混凝土襯砌體型精準(zhǔn)、光滑平整、高強(qiáng)、防裂。

溪洛渡水電站左岸布置有泄洪洞2條(由水電七局承建)，軸線平行，中心間距50 m，1#泄洪洞長(zhǎng) 1 759.571 m，2#泄洪洞長(zhǎng)1 563.304 m。采用有壓接無(wú)壓洞內(nèi)“龍落尾”型式，由進(jìn)水塔、有壓段、工作閘室段、無(wú)壓段、龍落尾段及出口明渠段共六大部分組成。

泄洪洞無(wú)壓段為14 m×19 m的城門(mén)洞型，襯砌厚度0.8～1 m。泄洪洞無(wú)壓底板及邊墻采用C9040混凝土襯砌，頂拱及頂拱以下2 m邊墻采用C9025混凝土襯砌。經(jīng)溫控計(jì)算，泄洪洞無(wú)壓段邊墻采用C9040泵送混凝土，出機(jī)口溫度按12℃ ～14℃控制，澆筑現(xiàn)場(chǎng)也采取通江水冷卻措施，但在夏季，泵送混凝土內(nèi)部溫升仍突破設(shè)計(jì)要求的39℃(最大溫升)，對(duì)城門(mén)洞型高邊墻混凝土防裂十分不利。

控制混凝土最大溫升，從而減少裂縫發(fā)生機(jī)會(huì)最有效的途徑就是降低混凝土中的水泥用量;降低混凝土中水泥的用量，最直接的辦法就是大幅度降低混凝土塌落度。然而當(dāng)混凝土塌落度降低到小于10 cm時(shí)，目前的混凝土泵就基本難以泵送了。如何在高流速、大斷面、高邊墻隧洞澆筑低塌落度、高標(biāo)號(hào)混凝土(即常態(tài)混凝土)就成為擺在我們面前的一個(gè)新課題。

3 方案策劃

為了能在左岸泄洪洞無(wú)壓段高邊墻澆筑常態(tài)混凝土，無(wú)壓段按照“先底板、再邊墻、后頂拱”澆筑順序分為三序進(jìn)行施工，無(wú)壓段混凝土襯砌分段長(zhǎng)度按9 m控制。

第Ⅰ序:澆筑泄洪洞無(wú)壓段底板及底板以上60 cm邊墻。底板模板采用定型鋼模板和組合鋼模板，局部采用木模板。底板采用長(zhǎng)臂反鏟或伸縮式皮帶輸送機(jī)澆筑常態(tài)混凝土。

第Ⅱ序:澆筑泄洪洞無(wú)壓段邊墻(扣除底板以上60 cm和頂拱以下200 cm)。發(fā)明了一種能澆筑常態(tài)混凝土的新型臺(tái)車(chē)，要求其有傳統(tǒng)鋼模臺(tái)車(chē)的特點(diǎn)，同時(shí)也要有能升送常態(tài)混凝土入倉(cāng)的裝置。

第Ⅲ序:澆筑泄洪洞無(wú)壓段頂拱及頂拱以下200 cm邊墻。采用頂拱鋼模臺(tái)車(chē)襯砌，堵頭模板采用鋼、木模板。因混凝土標(biāo)號(hào)低，溫度問(wèn)題不突出，故利用HBT60混凝土泵入倉(cāng)進(jìn)行澆筑。

4 新型臺(tái)車(chē)構(gòu)想

4.1 方案一

以邊墻鋼模臺(tái)車(chē)為主，在泄洪洞無(wú)壓段底板布置兩條可移動(dòng)膠帶機(jī)。通常，膠帶機(jī)輸送混凝土最大傾角不超過(guò)20°，因邊墻澆筑高度距底板達(dá)12.87 m，為確?；炷亮夏苄度脒厜︿撃Ｅ_(tái)車(chē)內(nèi)，膠帶機(jī)的機(jī)頭高度達(dá)到了15.4 m，可移動(dòng)膠帶機(jī)水平投影長(zhǎng)度達(dá)49 m。常態(tài)混凝土通過(guò)膠帶機(jī)輸送至邊墻臺(tái)車(chē)模板倉(cāng)號(hào)內(nèi)的緩沖溜筒達(dá)到澆筑倉(cāng)面(圖1)。

圖1 移動(dòng)膠帶機(jī)與鋼模臺(tái)車(chē)立面布置圖

4.2 方案二

利用傳統(tǒng)鋼模臺(tái)車(chē)、電動(dòng)葫蘆、可逆膠帶輸送機(jī)技術(shù)組合設(shè)計(jì)成新型臺(tái)車(chē)(圖2、3)，其工作原理為:常態(tài)混凝土通過(guò)自卸汽車(chē)運(yùn)輸?shù)綕仓F(xiàn)場(chǎng)卸入混凝土料罐，混凝土料罐通過(guò)布置在臺(tái)車(chē)頂部的兩臺(tái)電動(dòng)葫蘆垂直提升至設(shè)定位置停止垂直運(yùn)輸，開(kāi)啟電動(dòng)葫蘆水平運(yùn)輸控制系統(tǒng)將混凝土料罐水平運(yùn)輸至設(shè)定位置后停止水平運(yùn)輸，打開(kāi)混凝土料罐下方料門(mén)均勻地將混凝土卸入可逆膠帶輸送機(jī)上，再由其輸送入緩沖溜筒，連續(xù)緩緩落入澆筑倉(cāng)面。該臺(tái)車(chē)已獲國(guó)家發(fā)明專利。專利號(hào):ZL 2009 1 0303226.8;發(fā)明名稱:隧洞常態(tài)混凝土自動(dòng)升送帶式臺(tái)車(chē)。

圖2 帶式臺(tái)車(chē)橫斷面圖

圖3 帶式臺(tái)車(chē)縱斷面圖

4.3 方案比選

兩種方案從原理上均能實(shí)現(xiàn)澆筑常態(tài)混凝土。但方案一可移動(dòng)膠帶機(jī)太長(zhǎng)，移動(dòng)十分不便，工作起來(lái)不靈活;方案二構(gòu)思巧妙，操作靈活，為最佳方案。

5 帶式臺(tái)車(chē)的構(gòu)成

隧洞常態(tài)混凝土自動(dòng)升送帶式臺(tái)車(chē)由邊墻鋼模臺(tái)車(chē)系統(tǒng)、常態(tài)混凝土升送系統(tǒng)兩大部分組成。最大外形尺寸:長(zhǎng)14.6 m，寬14 m，高18.3 m。

邊墻鋼模臺(tái)車(chē)系統(tǒng):由模板、門(mén)架、行走機(jī)構(gòu)、側(cè)向液壓油缸、側(cè)向支承千斤、門(mén)架支承千斤、電氣系統(tǒng)等組成。

模板:位于門(mén)架兩側(cè)，由兩塊上邊模、兩塊下邊模構(gòu)成，上邊模與下邊模之間通過(guò)鉸耳軸聯(lián)接。模板板厚10 mm。

門(mén)架:是整個(gè)臺(tái)車(chē)的主要承重構(gòu)件，它由橫梁、立柱及縱梁通過(guò)螺栓聯(lián)接而成，各橫梁及立柱間通過(guò)聯(lián)接梁及斜拉桿聯(lián)接。

行走機(jī)構(gòu):位于門(mén)架下方，共有四套，鉸接在門(mén)架底部的縱梁上。

側(cè)向液壓油缸:主要用于模板脫模，同時(shí)起支承模板的作用。側(cè)向油缸根據(jù)襯砌長(zhǎng)度選用8個(gè)油缸，液壓油缸工作壓力為16 MPa。

側(cè)向螺旋千斤:安裝在門(mén)架上的兩側(cè)，用來(lái)支承、調(diào)節(jié)模板位置，承受灌注混凝土?xí)r產(chǎn)生的壓力。

門(mén)架支承千斤:聯(lián)接在門(mén)架縱梁下面，臺(tái)車(chē)工作時(shí)頂在軌道面上，承受臺(tái)車(chē)重量，改善門(mén)架縱梁的受力條件，保證臺(tái)車(chē)工作時(shí)門(mén)架的穩(wěn)定。

常態(tài)混凝土入倉(cāng)系統(tǒng):由卸料平臺(tái)、混凝土料斗、電動(dòng)葫蘆、提升架、可逆膠帶機(jī)、緩沖溜筒等組成。

卸料平臺(tái):布置在底板上，供自卸汽車(chē)卸混凝土進(jìn)入料斗。

混凝土料斗:由骨架、3 m3料斗、下料弧門(mén)、液壓電氣系統(tǒng)組成(表1)?；￠T(mén)開(kāi)啟采用液壓電氣聯(lián)合自動(dòng)控制，也可手動(dòng)開(kāi)啟。

表1 2×1.5 m3遙控液壓吊罐主要技術(shù)參數(shù)表

電動(dòng)葫蘆:位于提升架縱梁下方，共兩對(duì)四臺(tái)，單臺(tái)起重能力為10 t(表2)。利用電動(dòng)葫蘆起重電機(jī)對(duì)料斗作垂直運(yùn)動(dòng)，利用電動(dòng)葫蘆行走電機(jī)對(duì)料斗作水平運(yùn)動(dòng)。

表2 電動(dòng)葫蘆主要技術(shù)參數(shù)表

提升架:由6根立柱，3根橫梁，2根縱梁，4對(duì)支撐組成。

可逆膠帶機(jī):布置在鋼模臺(tái)車(chē)頂部平臺(tái)上，帶寬650 mm，長(zhǎng)13.8 m，共2條(表3)。主要由機(jī)架、張緊裝置、從動(dòng)輪裝置、刮料器、皮帶、緩沖裝置、電動(dòng)滾筒等組成。

表3 可逆膠帶機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

緩沖溜筒:布置在混凝土倉(cāng)號(hào)內(nèi)，共布置四處，頂部與可逆膠帶機(jī)機(jī)頭溜槽相接。

6 邊墻混凝土施工工藝

泄洪洞無(wú)壓段邊墻混凝土施工按以下工藝流程進(jìn)行:(1)鋼筋安裝:鋼筋臺(tái)車(chē)就位→測(cè)量放樣→鋼筋綁扎→鋼筋驗(yàn)收→鋼筋臺(tái)車(chē)進(jìn)入下一段就位;(2)邊墻混凝土澆筑:鋼筋驗(yàn)收→施工縫處理與驗(yàn)收→帶式鋼模臺(tái)車(chē)就位→堵頭模板安裝→測(cè)量復(fù)核、調(diào)整模板→混凝土澆筑→混凝土待強(qiáng)→拆模、臺(tái)車(chē)移開(kāi)→養(yǎng)護(hù)與保護(hù)。

臺(tái)車(chē)使用要點(diǎn):邊墻混凝土澆筑速度必須控制在1 m/h以內(nèi)，同時(shí)確保臺(tái)車(chē)兩側(cè)均勻同步上升。臺(tái)車(chē)需定期進(jìn)行檢修、保養(yǎng)，主要包括:①臺(tái)車(chē)表面混凝土塊的清理、變形破損的處理、表面涂油保養(yǎng)等;②行走機(jī)構(gòu)的電氣系統(tǒng)檢修等;③支撐系統(tǒng)的主梁、次梁及支撐桿等變形情況檢查;④液壓系統(tǒng)的檢查、保養(yǎng)，經(jīng)常打黃油等;⑤混凝土料斗、皮帶機(jī)、電動(dòng)葫蘆維護(hù)。

混凝澆筑要點(diǎn):邊墻澆筑采用平鋪法，澆筑坯層厚30～50 cm，兩側(cè)對(duì)稱均衡上升。不得以平代振，采用正方形或梅花形振搗，混凝土振搗垂直插入下層5 cm，振搗以無(wú)大氣泡冒出、混凝土不再明顯下沉為宜，無(wú)漏振、無(wú)過(guò)振。最低入倉(cāng)強(qiáng)度保證為6 m3/h，鋪料間歇時(shí)間不大于4 h，無(wú)初凝現(xiàn)象。澆筑過(guò)程無(wú)外部水流入，泌水排除及時(shí)。止水帶澆筑過(guò)程要做到不發(fā)生扭曲、移位等現(xiàn)象。澆筑過(guò)程設(shè)專人負(fù)責(zé)模板看守，做到無(wú)跑模、爆模現(xiàn)象。出機(jī)口溫度控制在12℃ ～14℃，澆筑溫度控制在18℃以下。冷卻水管澆筑過(guò)程要保護(hù)到位，做到無(wú)彎折、移位，混凝土澆筑完畢及時(shí)通水。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)2010年6月30日，隧洞常態(tài)混凝土自動(dòng)升送帶式臺(tái)車(chē)成功實(shí)現(xiàn)了首倉(cāng)高邊墻常態(tài)混凝土澆筑，標(biāo)志著我國(guó)大型隧洞高標(biāo)號(hào)混凝土襯砌技術(shù)取得了新的突破。

(2)隧洞襯砌傳統(tǒng)方案常采用“混凝土泵+鋼模臺(tái)車(chē)”方式，混凝土泵作為入倉(cāng)手段，鋼模臺(tái)車(chē)作為混凝土成型設(shè)備?！皫脚_(tái)車(chē)”實(shí)現(xiàn)了模板與入倉(cāng)設(shè)備一體化，在隧洞邊墻不再采用混凝土泵入倉(cāng)，而是利用“帶式臺(tái)車(chē)”的混凝土升送系統(tǒng)進(jìn)行入倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)隧洞邊墻“非泵送”入倉(cāng)方式的突破。

(3)傳統(tǒng)隧洞襯砌采用混凝土泵送入倉(cāng)，一般采用大坍落度混凝土料。而“帶式臺(tái)車(chē)”則利用自身的混凝土升送系統(tǒng)，可澆筑低坍落度混凝土。低坍落度混凝土卸入放置在地面的混凝土料罐后，由電動(dòng)葫蘆將混凝土料垂直提升至臺(tái)車(chē)頂部，再水平移動(dòng)至可逆膠帶輸送機(jī)上方，卸入可逆膠帶輸送機(jī)并將其運(yùn)送進(jìn)入兩側(cè)邊墻倉(cāng)號(hào)。

(4)隧洞襯砌由“泵送”改成“常態(tài)”混凝土澆筑后，有效的降低了水泥、粉煤灰等原材料的使用，切實(shí)做到了節(jié)能減排、低碳環(huán)保，有效地降低了施工成本及使用過(guò)程中的修補(bǔ)費(fèi)用，可廣泛應(yīng)用于水工隧洞、道路隧洞等大斷面高邊墻襯砌，將會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。