吳 登 明

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 研發(fā)的背景與意義

溪洛渡水電站泄洪洞布置有四條泄洪洞，均采用有壓接無壓，中段設(shè)置閘門室，出口采用龍落尾消能方式設(shè)計。其中，龍落尾由奧奇曲線段、直線段、反弧段、下直坡段等組成，直線段最大坡度為22.46°，襯砌后斷面為14 m×19 m的城門洞型。

該泄洪洞的泄洪水頭高、泄洪流量大、泄洪功率及流速均為國內(nèi)最高水平，金沙江江水推移質(zhì)豐富，更是對泄洪洞襯砌混凝土的抗沖耐磨性能提出了高標(biāo)準(zhǔn)、高要求。水利水電工程等領(lǐng)域隧洞的邊墻混凝土襯砌，由采用傳統(tǒng)入倉方式為泵送改為低流態(tài)塌落度混凝土。由于其斜洞混凝土澆筑坡度大、難度大、工期緊、資源投入大等特點，泄洪洞液壓自行鋼模臺車便應(yīng)運(yùn)而生，該鋼模臺車在水平傾斜隧道中進(jìn)行低流態(tài)常態(tài)混凝土澆筑隧洞側(cè)墻及頂拱采用泵送混凝土澆筑，完美地解決了泄洪洞混凝土邊墻及頂拱混凝土的澆筑。

2 產(chǎn)品特點和性能

臺車主要由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成，總重約270 t，最大爬坡能力31°，液壓行走最大動力28 MPa。各個部位的強(qiáng)度和變形都經(jīng)過了有限元軟件計算分析，利用強(qiáng)大計算機(jī)技術(shù)對整個系統(tǒng)都進(jìn)行了計算校核，確保其都在允許范圍之內(nèi)。穩(wěn)定性方面，也模擬了各種工況，通過受力分析，使其都滿足設(shè)計要求。其中對臺車的抗傾覆性也進(jìn)行了專門計算；液壓鋼模臺車本身也配備了夾軌器及平衡支撐梁，安全可靠；對電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了專門的設(shè)計并采用了紅外線探測器來確定臺車的行走位置，使它在行走時更加安全穩(wěn)定。

2.1 產(chǎn)品特點

液壓鋼模臺車的工作主要由液壓行走系統(tǒng)，自動供料系統(tǒng)和智能操作系統(tǒng)這三大系統(tǒng)共同協(xié)調(diào)完成。液壓移動裝置穩(wěn)定可靠，鎖緊機(jī)構(gòu)固定在地面的軌道枕梁上，實現(xiàn)整體臺車安全可靠的運(yùn)行，又實現(xiàn)了臺車澆筑過程的固定。自動供料系統(tǒng)保證了混凝土的高效自動有序入倉，可以保證混凝土澆筑的連續(xù)性，成型質(zhì)量優(yōu)良。智能操作系統(tǒng)確保了各工作的精確性，紅外線自動檢測軌道行走位置，使臺車準(zhǔn)確到位，液晶觸摸屏可以使混凝土的提升及入倉等工作清晰顯示，可使各工作有序協(xié)調(diào)進(jìn)行。這些系統(tǒng)使臺車在運(yùn)行中更加穩(wěn)定可控，工作更安全高效。以下分點詳細(xì)介紹這三大系統(tǒng)。

2.2 產(chǎn)品性能

2.2.1 液壓行走系統(tǒng)

龍落尾段形態(tài)復(fù)雜，坡度不斷變化，其中最大坡度22.46°，行走控制難度大，尤其是對臺車的穩(wěn)定行走和精確定位有很高的要求。液壓系統(tǒng)由液壓站、油缸及控制油路等組成。

(1)臺車行走靠四支液壓油缸“頂推式”前進(jìn)，為提高在斜坡上的穩(wěn)定性，在頂升油缸位置安裝共4個導(dǎo)向柱，上部與托架縱梁鉸接，下端在橫移機(jī)構(gòu)里豎向滑動。水平調(diào)整油缸可使模板相對龍門架左右平動，從而保證模板中心與隧道中心的對位。四個豎向油缸既能同步動作，也可單個動作，完成對拱頂模板的立、拆模及模板的上、下對位。側(cè)向油缸通過活塞桿的伸縮動作，完成側(cè)向模板的立、拆模及左、右對位。走行頂推油缸和升降調(diào)節(jié)油缸的伸縮動作，完成臺車的行走和縱向高度的調(diào)節(jié)。

圖1 臺車主視圖

(2)為了保證臺車在曲面上行走安全，兩個后輪支架上都單獨裝頂升油缸，同時二個支路都裝壓力傳感器和外置式位移傳感器，調(diào)節(jié)臺車的平衡，調(diào)節(jié)由操作工根據(jù)屏幕顯示的即時壓力、現(xiàn)場工況調(diào)節(jié)，保證兩個頂升油缸的同步位移及壓力相同。龍落尾坡度較大，行走時最大按31°校核臺車抗傾覆穩(wěn)定性，抗傾覆性安全系數(shù)為2.1，系數(shù)足以滿足安全性要求。無論是臺車提料，還是臺車走行時，整機(jī)均不可能出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象，并且已經(jīng)在施工現(xiàn)場進(jìn)行了安全穩(wěn)定的運(yùn)行驗證與實踐。

斜井低流態(tài)混凝土升送鋼模臺車的側(cè)面支撐架和液壓移動機(jī)構(gòu)很好地適應(yīng)了施工需要，側(cè)面支撐架安全地固定了整個臺車，使施工安全有了保證，并且安裝移動方便，液壓移動機(jī)構(gòu)在移動臺車時安全可靠，不論在直線還是在曲線段以及其它復(fù)雜地段在移動過程中運(yùn)行穩(wěn)定，并且液壓油缸在推動臺車過程中還起到了支撐臺車的作用，比較電動臺車結(jié)構(gòu)只能在平洞移動，本發(fā)明液壓移動機(jī)構(gòu)適應(yīng)性更廣、更可控、更安全，而且已經(jīng)取明了實用新型專利，專利證號為ZL2010 2 0551051.0。

圖2 底縱梁各支撐部件示意圖

其中1、5、7、9為門架支撐千斤支撐作用；2、8為保險牽拉千斤的牽拉作用；3、10為走行輪的支撐作用；4、6為頂推油缸的頂推作用。

圖3 最大坡度示意圖

2.2.2 自動供料系統(tǒng)

液壓自行臺車最大的作用是實現(xiàn)了混凝土的高效連續(xù)的澆筑，其全自動的供料系統(tǒng)可以使混凝土速度整體澆筑，保證了成型質(zhì)量。

臺車提升控制部分控制兩臺電動提升機(jī)、一臺卷揚(yáng)機(jī)、三臺電動推桿。每一臺運(yùn)料輸送機(jī)都配一臺電動推桿，使輸送機(jī)能兩邊橫向移動在使用提升控制部分時，臺車行走部分不能使用，需互鎖。利用卷揚(yáng)提升和皮帶運(yùn)輸混凝土入倉有別于傳統(tǒng)的泵送入倉方式，實現(xiàn)了混凝土迅速提升及高效入倉。邊墻采取常態(tài)混凝土入倉，頂拱利用臺車的定型模板泵送入倉。

鋼模臺車自身提供模板，再加上自動供料系統(tǒng)，整個澆筑過程可以節(jié)省不少時間，常態(tài)混凝土的入倉又能節(jié)省很多混凝土用量。頂拱泵送入倉，布置靈活，操作簡單。臺車布置了混凝土料罐垂直提升，水平牽引系統(tǒng)和皮帶機(jī)，澆筑時，混凝土運(yùn)輸汽車或供料小車將料卸入料罐，料罐通過臺車垂直提升系統(tǒng)提升至臺車頂部，進(jìn)入往返式頂部水平牽引系統(tǒng)，卸料進(jìn)入可逆式皮帶機(jī)入倉澆筑，供料縣采取雙線供料，入倉保證能力強(qiáng)。整個過程高效有序，保證了混凝土的成型質(zhì)量。臺車的自動供料系統(tǒng)解決了許多施工技術(shù)難點。

圖4 供料系統(tǒng)

2.3 智能操作系統(tǒng)

臺車的智能操作系統(tǒng)是以上液壓行走系統(tǒng)和自動供料系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是臺車工作運(yùn)行的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)分操作箱操作和無線遙控操作。

臺車運(yùn)行的高安全、高精確性對控制系統(tǒng)要求很高，本控制系統(tǒng)由PLC+觸摸屏+接觸器+液壓缸驅(qū)動繼電器+傳感器組成，PLC采用歐姆龍公司生產(chǎn)的CJ系列，是整個控制系統(tǒng)的核心，設(shè)備所有的運(yùn)行指令、開關(guān)量和模擬量輸入信號都由PLC下達(dá)和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，正確而安全的控制設(shè)備的運(yùn)行。觸摸屏在這里起到監(jiān)視設(shè)備每個關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀態(tài)，使現(xiàn)場操作人員能有效的控制設(shè)備。接觸器接受PLC發(fā)出的指令控制油泵電機(jī)或卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的啟動或停止。液壓缸驅(qū)動繼電器由液壓件提供廠家自帶，由PLC精確的控制其驅(qū)動液壓缸運(yùn)行。

傳感器由位移傳感器、接近開關(guān)和壓力傳感器組成，起到檢測設(shè)備現(xiàn)場信號的作用，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

臺車的每個動作都已在設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)程序下安全運(yùn)行。包括液壓行走系統(tǒng)和自動供系統(tǒng)。主要過程是由傳感器采取一些所需信息，反饋給系統(tǒng)，系統(tǒng)判斷其是否到位，直到準(zhǔn)確無誤才執(zhí)行下一步動作。這套系統(tǒng)還有一系列的應(yīng)急反應(yīng)預(yù)案，遇到突發(fā)情況自身調(diào)節(jié)，全面確保工程安全。其中軌道由紅外線檢測是否到位，精確判定后再固定開始進(jìn)一步的工作。這些智能系統(tǒng)保證了臺車的高效精確運(yùn)行，也使高科技創(chuàng)新技術(shù)可以在工程中成功運(yùn)用。

3 產(chǎn)品使用方法及注意事項

3.1 使用方法

3.1.1 鋼模臺車操作前的準(zhǔn)備工作

(1)軌道鋪設(shè)時，盡可能保持正確位置。

中心線偏離：±100 mm以下(注:模板臺車橫移量為±100 mm，超過此范圍將無法保持到中心位置，請一定注意)、軌道鋪設(shè)水平誤差：±10 mm、軌道鋪設(shè)不平度：±50 mm以下。

(2)開工前請確認(rèn)以下事項：①扶手是否固定好。②梯子螺釘是否松動。

(3)全斷面模板臺車移動后請一定固定好。

(4)車輛通過模板臺車時，一定要降低速度，千萬注意不能沖撞臺車臺架，臺架內(nèi)側(cè)如果有電纜，請注意采取措施。

(5)作業(yè)平臺上如果放置物品，請放在不影響工作線路的走向的位置。

(6)扶手負(fù)重時是比較危險的(中央部設(shè)計荷重30 kg)。

(7)如果要掛東西請注意以下事項：①扶手上所掛物品能否承受。②作業(yè)時不能踏到上面。③不能作安全帶支點。

(8)全斷面模板臺車所用螺釘二個月請緊固一次(普通螺釘)，使用強(qiáng)力螺釘?shù)牡胤?，必須按現(xiàn)定的扭力緊固。

(9)作業(yè)前請一定確認(rèn)絲杠所用的銷子，必須穿開口銷，如果沒有開口銷，絲杠銷子會掉下。

(10)作業(yè)前確保機(jī)械保險千斤和頂推油缸座的鉤子鉤在軌道的溝槽內(nèi)。

3.1.2 鋼模臺車的一般問題

(1) 如何確定臺車中線？

臺車在定位時，必須先確定臺車中線。即在頂部中心位置有一定位十字線，其交點即為設(shè)計作臺車時就已定好的臺車中線點，通過該點并引出重力垂線，即可找出臺車中線。

(2)臺車如何進(jìn)行定位？

臺車的定位主要是通過以下幾個動作進(jìn)行定位：

① 通過操作液壓系統(tǒng)的平移油缸調(diào)節(jié)臺車中線，使其與隧道中線對齊；

② 操作液壓系統(tǒng)頂升油缸，使臺車升至標(biāo)準(zhǔn)襯砌高度，然后旋緊基礎(chǔ)千斤，之后復(fù)核高度尺寸；

③ 操作液壓系統(tǒng)，使側(cè)向油缸活塞桿伸出并達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)襯砌斷面，然后人工扳動側(cè)向支撐絲桿千斤，使之達(dá)到側(cè)向油缸支撐位置并旋緊；

④ 完成以上幾個動作后，應(yīng)進(jìn)行斷面尺寸的復(fù)核，以防有誤。

(3)臺車如何脫模？

脫模的動作與定位動作相反：

① 拆去擋頭模板；

② 拆除邊模側(cè)向支撐絲桿千斤(一般去掉模板這頭的千斤銷子即可)，并將側(cè)向油缸收回到一定的脫模距離；

③ 收縮頂升油缸，使臺車下降到一定的位置后，脫模完成。

(4)臺車使用哪種脫模劑？

通過實踐，鋼模臺車襯砌后為了更好的脫模，且使襯砌好的混凝土表面光潔滑亮，選擇模板漆，它可以襯砌三至五模后刷一次。

3.2 注意事項

3.2.1 鋼型模板臺車作業(yè)流程圖見下圖：

3.2.2 操作注意事項

把模板臺車走行裝置在鋼軌上固定好后，防止模板臺車移動。

主油缸上升時，為了使模板不傾斜，四個主油缸要同時作業(yè)，單獨操作可能使模板和主油缸損壞。同時確保與后側(cè)澆注完畢面貼合，測定與正式設(shè)計尺寸一致。

側(cè)模油缸伸出，使側(cè)模與設(shè)計尺寸一致，確認(rèn)模板周圍是否有作業(yè)員和物品。操作時要兩支油缸同時作業(yè)，如果單獨作業(yè)時將損壞模板。

把側(cè)模下側(cè)用絲杠擰緊過程中，考慮澆注時荷重，為防止模板變形，請擰緊絲杠。

設(shè)定底模支撐時底模一定要與地面支撐好，防止?jié)沧r模板變形。

取掉堵頭板使用榔頭時，注意別傷了周圍作業(yè)員。

擰松兩端部拱角千斤，當(dāng)模板與混凝土分離后，用鏈條把拱角千斤掛在側(cè)模絲杠上。為防止模板扭曲，操作絲杠時，請前后同時操作。

模用油缸脫型(油缸收縮)時，為防止模板扭曲請同時操作油缸。

擰松上側(cè)模絲杠時，錘子不要反彈到作業(yè)員身上。絲桿要全部松動，如果一個擰不松，將使模板變形、破損。

側(cè)模油缸縮回脫型側(cè)模脫型完畢后， 確認(rèn)模板周圍是否有作業(yè)員和物品。操作時要兩支油缸同時作業(yè)，如果單獨作業(yè)時將損壞模板。

用主油缸降下頂模時，為了使頂模不傾斜，必須四個主油缸同時操作，單獨操作將使主油缸和模板破損。目視剝離量，確定模板的下降量，確認(rèn)模板周圍是否有干涉。

主液壓系統(tǒng)關(guān)閉時如果無意接觸手柄，會產(chǎn)生誤動作，請一定關(guān)閉電源。

澆注時混凝土要連續(xù)供給，如果途中突然斷掉要再送時請確認(rèn)混凝土狀況(凝結(jié)是否開始)注入口轉(zhuǎn)換時(確保管路暢通)，防止堵塞破損模板。

最后澆注時，請注意及時停止。如果澆注過量，荷重超出設(shè)計值，要破損模板。當(dāng)模板最上部混凝土流出后及時中止壓送混凝土。

尾板處漏出的混凝土要清理干凈。

左右混凝土澆注時，兩邊高度差大時，臺車要往低的一方偏，所以左右一定要均等澆注。(斷面左右偏差不大于40 cm)。

如果后側(cè)已澆注混凝土與臺車模板面有錯臺時，臺車設(shè)定前請把搭接模螺絲擰松使臺車模板面與設(shè)計面一致。

禁止移動時臺車上乘作業(yè)員，操作者和目監(jiān)視者要配合好。

目監(jiān)視者要帶上哨子，危險時要及時吹哨。

初回涂布脫模劑時，模板表面吹干凈，使用布等涂均勻。(涂布時，模板表面不能有混凝土付著。如果有，要反復(fù)涂布2～3回。)

3.3 安裝注意事項

(1)嚴(yán)格執(zhí)行起重作業(yè)安全操作規(guī)程，嚴(yán)禁違章操作。

(2)嚴(yán)格按施工圖進(jìn)行施工作業(yè)。

(3)高空作業(yè)必須掛安全帶，嚴(yán)禁亂堆、亂放或拋擲工器具等，防止高處墜物傷人。

(4)現(xiàn)場設(shè)專人負(fù)責(zé)文明施工管理，嚴(yán)格執(zhí)行項目部部有關(guān)規(guī)定，做好本單位施工區(qū)域的管理。施工區(qū)域在當(dāng)天施工完后要做到活完、料清、場地凈、做好現(xiàn)場文明施工。

(5)施工現(xiàn)場的材料、機(jī)具應(yīng)配備專人看管，以防丟失影響施工進(jìn)度，夜間設(shè)專人負(fù)責(zé)巡視和保衛(wèi)工作。

(6)清洗用的廢油及破布嚴(yán)禁隨處亂丟，防止環(huán)境污染。

4 臺車?yán)斜ｐB(yǎng)

一級保養(yǎng)每班進(jìn)行作業(yè)項目技術(shù)要求及說明一、電氣控制系統(tǒng)按電氣規(guī)范內(nèi)容二、行走系統(tǒng)傳動鏈條及車輪由黃油嘴加注黃油三、各類螺栓應(yīng)沒有松動,滑絲現(xiàn)象四、各類千斤頂、油缸工作時應(yīng)處在工作尺寸位置五、液壓系統(tǒng)1、檢查液壓油箱的油量油量不足,應(yīng)予補(bǔ)加2、檢查各油管,各接頭應(yīng)無漏油現(xiàn)象,軟管有老化、損壞的應(yīng)更換3、檢查油泵,液壓油缸油泵工作正常,無異常響聲,油缸應(yīng)無泄漏,否則應(yīng)查明原因,排除故障4、檢測油溫工作時油溫在30～70 ℃六、各注漿口,工作窗應(yīng)無漏漿現(xiàn)象,工作情況良好七、堵頭板工作時應(yīng)無漏漿現(xiàn)象,工作情況良好八、行走機(jī)構(gòu)(行走時)傳動平穩(wěn),無過熱現(xiàn)象九、檢查各操縱手柄(空載)應(yīng)操作方便,到位準(zhǔn)確,定位可靠十、鋼模板外表面脫模后應(yīng)保持清潔,清除可能粘附的混凝土,涂刷脫模劑(均勻、全面)二級保養(yǎng)每工作15個循環(huán)作業(yè)項目技術(shù)要求及說明一、完成本級保養(yǎng)作業(yè)項目之外的例保項目二、電氣控制部分工作電壓380 V,電壓穩(wěn)定,絕不允許有漏電現(xiàn)象。三、液壓系統(tǒng)應(yīng)沒有松動,滑絲現(xiàn)象1、檢查液壓系統(tǒng)各控制元件是否處于可控狀態(tài)2、檢查各管路、管接頭無滲漏現(xiàn)象。3、檢查系統(tǒng)密封性消除滲漏現(xiàn)象4、清洗進(jìn)、回油濾清器清洗干凈四、行走系統(tǒng)1、檢查減速箱油面潤滑油應(yīng)加夠2、傳動鏈條鏈條松邊下垂量應(yīng)控制在10 mm左右3、罩殼無松動現(xiàn)象五、千斤頂、工作平臺千斤頂旋轉(zhuǎn)靈活,鉸耳不得有變形,工作平臺應(yīng)穩(wěn)定牢固六、整機(jī)1、檢查各螺栓應(yīng)聯(lián)緊固,無滑絲現(xiàn)象2、門架、上拱架部分的焊縫無開裂現(xiàn)象,否則應(yīng)予補(bǔ)焊3、總體尺寸的檢測高、寬、凈空應(yīng)在圖紙設(shè)計尺寸誤差范圍內(nèi)

5 產(chǎn)品應(yīng)用

斜井低流態(tài)混凝土升送鋼模臺車設(shè)計、制作與施工方案設(shè)計具有較高的技術(shù)含量，將在斜洞內(nèi)同時進(jìn)行常態(tài)和泵送混凝土澆筑，且臺車行走方便、安全可靠，同時便于控制質(zhì)量，節(jié)約膠凝材料用量，降低成本?？蓮V泛應(yīng)用于水工復(fù)雜隧洞襯砌施工，具有廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)已經(jīng)在溪洛渡水電站成功實施，它將對下一步白鶴灘水電站與烏東德水電站泄洪洞內(nèi)采用它澆筑混凝土提供了必要條件。

6 結(jié) 語

左岸泄洪洞龍落尾邊頂拱臺車在混凝土澆筑發(fā)揮了巨大的作用，它獲得了國家的發(fā)明與實用專利共三項與國家一等獎，而且混凝土澆筑的質(zhì)量外觀通過樣板工程可以看出，它平整光滑、體型精準(zhǔn)、高強(qiáng)耐磨、裂縫少而無孔洞，其質(zhì)量是世界一流水平，所取得的這些成績，都是由于中國水電七局工程技術(shù)人員及員工會同三峽公司員工共同通過質(zhì)量預(yù)控、技術(shù)先行、穩(wěn)定的施工隊伍、加強(qiáng)工人的技能培訓(xùn)、明確責(zé)任、強(qiáng)化帶班的職責(zé)、精細(xì)化施工與強(qiáng)化過程控制、嚴(yán)格執(zhí)行獎懲制度、加強(qiáng)對作業(yè)隊的管理等多種手段與措施，取得了今天的成就，為后續(xù)隧洞邊頂拱混凝土澆筑施工探索新的道路，在節(jié)能環(huán)保上作出了巨大貢獻(xiàn)，開創(chuàng)新的歷史篇章。