穆鵬

摘要：淺埋暗挖輸水隧洞采用復合式襯砌，二襯混凝土結構采用全圓針梁臺車一次澆筑成型，根據(jù)以往工程施工經(jīng)驗，針梁臺車結構的整體性和抗浮性能需要加強，因此在南水北調(diào)南干渠配套工程的施工中，加強了臺車結構抗浮性能的研究，增加了必要的抗浮支撐；南干渠工程二襯斷面尺寸比西四環(huán)工程小，臺車內(nèi)操作空間變小，臺車設計過程中，加強了空間研究，在滿足施工要求的前提下，盡可能減少了不必要的支撐，最大限度方便現(xiàn)場施工。經(jīng)過施工檢驗，臺車的各項性能指標均滿足規(guī)范要求且有提高。

關鍵詞：全圓；針梁；框架；模板；抗浮

1、概述

北京市南水北調(diào)配套工程南干渠工程淺埋暗挖段隧洞一襯襯砌完成后洞徑4.1m，二襯襯砌厚度35cm，二襯襯砌完成后的洞徑3.4m。與西四環(huán)暗涵工程比較，襯砌洞徑變小，造成臺車內(nèi)空間狹小，加上框梁兩側絲杠和液壓撐桿繁多，給施工造成諸多不便；另外臺車上浮問題在以往工程沒有得到很好解決；因此，在臺車設計制作過程中，重點針對臺車上浮控制、快速拆裝和增大臺車內(nèi)操作空間的問題進行了研究，在設計和臺車結構比選時，盡可能增加針梁模板的整體性能，增強模板剛度，減少附加支撐，以達到良好的使用效果。

2、臺車總體構造簡述

2.1臺車總體構造

針梁鋼模臺車是一種全斷面襯砌隧洞的模板，其突出特點是：全斷面一次澆筑成型，支模、脫模速度快，可高效率進行直段隧洞施工。

南干渠工程第四標段6#豎井工區(qū)的針梁鋼模臺車由模板、針梁、框梁、抗浮體系、液壓機械和卷揚機等主要部分組成。模板長10000mm（其中鋼模板9900mm，柔性搭接模板200mm，與前一倉搭接100mm），框梁長11300mm，針梁長24500mm。臺車以液壓油缸支模、脫模，前后移動為電力驅動，鋼絲繩牽引。

2.2臺車基本工作原理

針梁鋼模臺車的基本工作原理是：底拱、邊頂拱模板閉合承受混凝土壓力，混凝土浮托力由模板傳遞到框梁抗浮支桿，從兩端支撐在隧道頂拱。模板與針梁相對運動，完成移動任務：澆筑完成后不拆模，此時模板固定，收支撐靴移動針梁向前，針梁移動到位后，支好支撐靴，拆模后向前移動模板，完成下一組就位。如此拆裝倒運模板，循序漸進施工。

2.3各部分具體構造

2.3.1針梁為桁架式結構，由6節(jié)桁架拼裝而成，標準節(jié)長度為4375mm，端頭節(jié)長度為3500mm。每節(jié)桁架中的直桿和斜桿均用兩個槽鋼焊接而成，上下弦桿采用H型鋼，并在型鋼腹板兩側焊接鋼板做加強。每節(jié)針梁之間用8.8級高強螺栓連接。

2.3.2框梁為桁架式結構，由3節(jié)桁架拼裝而成，中間節(jié)長度3500mm，兩端節(jié)長度3900mm。結構形式與針梁相同，由上下弦桿、直桿、斜桿組成。每節(jié)框梁之間用8.8級高強螺栓連接。

2.3.3模板包括底拱模板、邊頂拱模板和堵頭模板。每節(jié)邊頂拱模板由一片頂拱模板和兩片邊拱模板，用鉸鏈連接而成。邊頂拱模板和底拱模板通過卡板和螺栓連接。每套模板由3節(jié)模板加柔性搭接模板組成。每節(jié)模板長度分別為3200+3500+3200mm。為了使每倉混凝土的接縫處平滑、自然、避免產(chǎn)生錯臺和漏漿現(xiàn)象，臺車增加了200mm的柔性搭接設計，可以高效、快速的解決砼接縫問題。

2.3.4抗浮體系主要是指框梁兩端的支撐體系和模板中部兩個抗浮撐桿。模板支撐就位后，框梁兩端的抗浮支撐靴平穩(wěn)牢固的支撐在一襯的頂部和底部，兩側抗傾覆絲杠與一襯側壁緊密結合，模板頂部利用混凝土灌注口將2個抗浮撐桿支撐在一襯頂部，這樣，在三種裝置的共同作用下，臺車框梁與模板穩(wěn)固支撐在隧洞內(nèi)，可以有效抵抗混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的上浮力。

2.3.5液壓系統(tǒng)是臺車模板收、支時的動力來源。它由泵站、閥組、油管、油缸及附件組成。

2.3.6卷揚驅動系統(tǒng)是臺車針梁與框梁相對運動的驅動系統(tǒng)。利用鋼絲繩的牽引，將框梁與模板從一個倉牽引到下一個作業(yè)面。

2、臺車結構改進分析

在設計和臺車結構比選時，主要從兩個方面進行了研究，一是如何加強模板自身整體性能，減少模板兩側附加支撐（即側模絲杠和液壓撐桿），節(jié)約有限空間，方便施工作業(yè)；一是如何加強抗浮體系，最大限度的控制臺車上浮，以滿足規(guī)范和設計要求，保證澆筑質(zhì)量。

2.1臺車整體結構受力改進

臺車針梁及框梁結構采用桁架式，桁架式結構的特點是：各桿件受力均以單向拉、壓為主，通過對上下弦桿和腹桿的合理布置，可適應結構內(nèi)部的彎矩和剪力分布。由于水平方向的拉、壓內(nèi)力實現(xiàn)了自身平衡，整個結構不對支座產(chǎn)生水平推力。桁架梁和實腹梁相比，在抗彎方面，由于將受拉與受壓的截面集中布置在上下兩端，增大了內(nèi)力臂，使得以同樣的材料用量，實現(xiàn)了更大的抗彎強度。在抗剪方面，通過合理布置腹桿，能夠將剪力逐步傳遞給支座。這樣無論是抗彎還是抗剪，桁架結構都能夠使材料強度得到充分發(fā)揮。它將橫彎作用下的實腹梁內(nèi)部復雜的應力狀態(tài)轉化為桁架桿件內(nèi)簡單的拉壓應力狀態(tài)，能夠直觀地了解力的分布和傳遞，便于結構的變化和組合。綜上，針梁和框梁采用桁架式結構，同樣的材料用量下，整體抗彎性能和抗剪性能提高，能很好的承受模板及混凝土所產(chǎn)生的壓力、剪力和彎矩，提高整體受力性能。

另外，臺車在設計上加強了模板結構的整體性能，模板內(nèi)側的橫、縱向肋板支撐加密，加強了模板自身的剛度，模板之間通過高強螺栓和定位銷連接定位，經(jīng)過計算，模板結構滿足受力要求，因此，取消了側模與框梁之間的支撐絲杠，只在底模與框梁之間設置了豎向絲杠，保留液壓桿件，這樣，最大限度的節(jié)約了框梁兩側的空間，模板收支、混凝土澆筑時行走、操作方便，給現(xiàn)場施工帶來了極大的便利。

2.2臺車抗浮措施改進

在全斷面臺車澆筑過程中最大問題體現(xiàn)在臺車整體上浮，結合以往施工經(jīng)驗及受力分析，利用頂部出灰孔及側部觀察窗伸出撐桿，撐桿內(nèi)部固定在框架梁上，通過千斤頂或銷軸變換長度，撐桿外側端部設擴大面積圓盤支撐在一襯混凝土面上以固定臺車在洞中位置，施工到相應洞口邊緣前收回支頂裝置。因臺車上浮主要發(fā)生在混凝土腰線以下混凝土的澆筑過程中，因此，當混凝土澆筑到腰線以上時，可以將撐桿收回，將出灰孔和觀察窗封閉。

改進臺車的抗浮措施后，臺車在澆筑過程中的上浮值明顯減小，上浮值平均在5mm-8mm，最大值不超過1cm，符合設計及規(guī)范要求，避免了頂部混凝土保護層不夠、漏筋等現(xiàn)象，效果顯著。

2.3臺車拆裝及行走系統(tǒng)改進

臺車行走主要靠針梁一側的卷揚驅動系統(tǒng)，利用鋼絲繩牽引，實現(xiàn)針梁與框梁（框梁和模板一體）的相對運動，模板從上一個倉位順利進入施工倉位，臺車完成行走的時間僅僅需要3-4min。模板的收縮、支撐及調(diào)整定位靠液壓系統(tǒng)完成，從臺車模板就位、定位（包括中線、高程）、螺栓連接到定位銷安裝等需要3-4h，堵頭模板安裝（包括止水帶、泡沫板安裝）、加固需要4h，總計共需要7-8h。比不配置液壓系統(tǒng)的簡易結構節(jié)約3-4h，減少了人員消耗，提高了施工效率。

綜上，南干渠工程使用的臺車系統(tǒng)從臺車結構整體性能、抗浮措施、空間利用和行走拆裝效率等方面均有了改進和提高，滿足設計及規(guī)范要求，提高了施工效率和質(zhì)量。