朱海亞，溫定煜，周鳳才，戴永翔，高鵬偉

（1.中國水利水電第五工程局有限公司第一分局，四川成都 610066；2.南水北調(diào)東線穿黃河工程北區(qū)建管局，山東聊城 252000）

1 工程概況

南水北調(diào)東線第一期工程穿黃北區(qū)工程穿黃隧洞斜井位于黃河北岸，穿越黃河大堤，為有壓圓形隧洞，全長166.03 m，開挖直徑為8.9～9.5 m，襯砌后內(nèi)徑7.50 m。主要包括：斜洞段上、下彎段，斜洞段直段及部分埋管段，與水平方向成20°夾角，樁號(hào)：7+ 881.917-7+048.245。斜洞段工程縱剖面，如圖1所示。

圖1 斜洞段工程縱剖面

2 總體施工方案的確定

斜井段工程屬大坡度混凝土施工，面臨裂隙水和外部水流入的影響，施工難度較大、技術(shù)要求高。根據(jù)國務(wù)院南水北調(diào)辦公室工期總體要求：2011年12月31日全面完工，工期尤為緊張。通過對(duì)采用組合鋼模板+滿堂架、鋼模臺(tái)車、全斷面針梁臺(tái)車3種方式混凝土澆筑施工方案的反復(fù)論證、比較分析，選取全斷面針梁臺(tái)車混凝土澆筑施工工藝。該施工工藝簡(jiǎn)單、施工成本和管理成本較低，并能在確保安全和質(zhì)量的前提下加快施工進(jìn)度，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 施工方法

3.1 施工邊界條件

⑴斜洞段工程與水平方向成20°夾角，開挖直徑為8.9～9.5 m，成型直徑為7.5 m，襯砌厚度為60～80 cm。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙施工要求采取全斷面施工。

（2）為確保工程施工進(jìn)度、保證施工質(zhì)量、減小安全隱患，擬定采用9.0 m全斷面針梁臺(tái)車一次澆筑成型，因此洞內(nèi)布置復(fù)雜，主要布置基礎(chǔ)設(shè)施包括：鋼絲繩、滑輪組、平板臺(tái)車+礦用絞車系統(tǒng)、后期溜槽系統(tǒng)、排水設(shè)施等。

（3）全斷面針梁臺(tái)車主要相關(guān)參數(shù)：針梁長22.960 m，模體長9.0 m，斷面直徑7.52 m；針梁臺(tái)車總重96 t，模板總成、梁框總成、行走機(jī)構(gòu)、抗浮裝置及托架幾大部分自重約66 t，針梁重30 t。

3.2 針梁臺(tái)車主要技術(shù)參數(shù)

鋼模直徑：7.52 m；針梁長度：22.96 m；理論襯砌長度：9.0 m或4.5 m；額定電壓：380V；油泵：GBY2016，Q=16.4 ml/r；油泵電機(jī)：Y160M-4，P=7.5 kW，n=1 440 r/min；搖擺針輪減速器：XWD8-43-11（帶制動(dòng)）；液壓系統(tǒng)工作壓力：20 MPa。

3.3 針梁臺(tái)車行走原理

安裝在針梁臺(tái)車上的2根鋼絲繩，分別繞過針梁端部及梁框上的滑輪，固定在針梁兩端，針梁和鋼?；橹c(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)使臺(tái)車前進(jìn)。脫模之前，收縮底座油缸，旋吊底座，針梁下面軌道落在底模行走輪上，開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)使針梁向前移動(dòng)，到位后放下底座，油缸頂在針梁上然后脫模。脫模后，開動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)使其反方向運(yùn)動(dòng)，鋼模即向上移動(dòng)。

3.4 針梁臺(tái)車的改進(jìn)

南水北調(diào)東線穿黃隧洞工程斜井段工程坡度較陡，針梁臺(tái)車在斜井混凝土施工中行走是需解決的一大技術(shù)難題。因此，為確保針梁臺(tái)車在斜井混凝土澆筑施工中的安全應(yīng)用，根據(jù)針梁臺(tái)車原行走原理的基礎(chǔ)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

3.4.1 針梁部分移動(dòng)力學(xué)分析及改進(jìn)

通過針梁臺(tái)車相關(guān)技術(shù)參數(shù)可知，針梁部分重30.0 t，因此針梁部分在斜井混凝土施工中的狀態(tài)如圖2所示。

根據(jù)圖2分析，針梁移動(dòng)牽引力計(jì)算公式為：

圖2 針梁部分移動(dòng)力學(xué)計(jì)算

式中：下滑分力取G=Wsina=30×sin20°=10.26（t）；摩擦力取f=μP，P=Wcos20°=30×cos20°=28.19（t）。鋼與鋼之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)取μ=0.05～0.1，此處取0.075，f=0.075×28.19=2.11（t）。

針梁部分移動(dòng)牽引力G=10.26+2.11=12.37（t），考慮2.0安全系數(shù)，故針梁部分向上移動(dòng)需牽引力12.37×2.0=26.74（t）。

因此，結(jié)合受力分析情況，需對(duì)針梁臺(tái)車原導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，通過將導(dǎo)向機(jī)構(gòu)原有4根鋼絲繩滑輪組改進(jìn)為8根鋼絲繩滑輪組的方式完成針梁部分的移動(dòng)。轉(zhuǎn)換后需牽引力26.74÷8=3.34（t）＜5（t），以便原配置卷揚(yáng)機(jī)滿足要求。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)改進(jìn)平面及縱斷面，如圖3-4所示。

3.4.2 模體部分移動(dòng)受力分析及改進(jìn)

模體部分主要包括：模板總成、梁框總成、行走機(jī)構(gòu)、抗浮裝置及托架等幾大部分，總自重66 t。在襯砌過程中，其他附加荷載主要包括走道、木板、施工人員、黏結(jié)混凝土等，共計(jì)約15 t。模體的總重量為66+15= 81.0（t）。模體部分移動(dòng)所需牽引力計(jì)算，如圖5所示。

根據(jù)圖5分析，模體移動(dòng)牽引力計(jì)算公式為：

圖3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)改進(jìn)平面

圖4 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)改進(jìn)縱斷面

圖5 模體部分移動(dòng)力學(xué)計(jì)算

圖6 模體部分改進(jìn)

式中：下滑分力取G=Wsina=81×sin20°=27.70（t）；摩擦力取f=μP，P=Wcos20°=81×cos20°=76.12（t）。鋼與鋼之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)取 μ=0.05～0.1，這里取0.075，f=0.075×76.12=5.71（t）。

模體部分向上滑移動(dòng)牽引力為G=27.70+5.71= 33.41（t），考慮2.0安全系數(shù)，故模體部分移動(dòng)需牽引力33.41×2.0=66.82（t）。

結(jié)合受力計(jì)算情況，需針對(duì)模體部分進(jìn)行改進(jìn)，模體部分移動(dòng)主要依靠在模體框架兩側(cè)中心位置安裝動(dòng)滑輪組，通過滑輪組力學(xué)轉(zhuǎn)換，借助外力對(duì)模體牽引，使其與針梁臺(tái)車針梁部分發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。模體部分改進(jìn)，如圖6所示。

4 結(jié)語

通過對(duì)針梁臺(tái)車改進(jìn)，在南水北調(diào)東線第一期穿黃北區(qū)工程穿黃隧洞斜井工程中成功應(yīng)用后，減小了采用其他模板進(jìn)行澆筑的工藝復(fù)雜性，明顯加快了施工進(jìn)度，降低了施工成本，同時(shí)為類似斜井混凝土澆筑全斷面針梁臺(tái)車的設(shè)計(jì)、施工提供借鑒經(jīng)驗(yàn)，拓寬了全斷面針梁臺(tái)車的應(yīng)用領(lǐng)域。