沈繼承

（遼寧省水利廳，遼寧 沈陽110003）

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針梁臺車在圓形有壓隧洞混凝土襯砌中的應(yīng)用

沈繼承

（遼寧省水利廳，遼寧 沈陽110003）

［摘 要］本文通過對某工程圓形有壓隧洞混凝土襯砌施工針梁式鋼模臺車的應(yīng)用實(shí)際，對針梁式鋼模臺車結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，對其模板支立定位快速、混凝土入倉振搗方便、成型混凝土外觀質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析，以及具體實(shí)際施工情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)。

［關(guān)鍵詞］隧洞工程；全圓斷面；針梁臺車；襯砌；混凝土

1　工程概況

遼寧省某重點(diǎn)工程4-8有壓隧洞全長3 192 m，襯砌斷面為圓形，成洞尺寸D=5.4 m，縱坡度i=-0.657 47%，每倉襯砌長12 m，共襯砌混凝土266倉。隧洞混凝土襯砌采用全液壓針梁式鋼模臺車全斷面澆筑成型，兩倉模筑混凝土間設(shè)一道環(huán)向施工縫，安裝350 mm×10 mm的高性能橡膠止水帶。隧洞襯砌混凝土性能指標(biāo)為C35W 12F200，Ⅴ類圍巖洞段環(huán)向及縱向鋼筋規(guī)格分別為φ28 mm 和φ16 mm；隧洞襯砌混凝土保護(hù)層厚7 cm。

2　方案選擇

4-8有壓隧洞于2014年9月10日具備混凝土襯砌條件，工期要求2015年12月20日前全部襯砌完成，有效施工期466 d，平均1.75 d/倉，采取兩套針梁式全液壓鋼模臺車由隧洞中部分別向進(jìn)出口方向相背襯砌可滿足工期要求。

4-8有壓隧洞最大開挖洞徑D=6.6 m，洞內(nèi)施工空間較小，針梁式鋼模臺車具備操作簡便、運(yùn)行定位快速、支立脫模易于操作的優(yōu)點(diǎn)。采用針梁式鋼模臺車襯砌混凝土較容易控制結(jié)構(gòu)尺寸，且成型混凝土外觀較為光滑密實(shí)?？紤]混凝土襯砌整體情況，具備人員投入少、材料設(shè)備消耗小的特點(diǎn)，施工成本較為經(jīng)濟(jì)合算。

3　針梁式鋼模臺車

3.1主要參數(shù)

針梁式鋼模臺車主要為4-8隧洞整體襯砌設(shè)計(jì)，可滿足全圓斷面隧洞一次澆筑成型，立模、拆模用液壓部件操作，定位找正由底座豎向油缸和調(diào)平油缸進(jìn)行；臺車結(jié)構(gòu)為步進(jìn)式，安裝在臺車中部水平縱向型鋼桁架上的卷揚(yáng)機(jī)使鋼模和針梁作相對運(yùn)動以使鋼模臺車移動。其主要技術(shù)參數(shù)為：模板直徑φ5.46 m；針梁長28.5 m；理論混凝土襯砌長12.0 m；額定電壓380 V；油泵CBY2016型；油泵電機(jī)Y160M-4型，功率11 kW；擺線針輪減速器XED 7-35-7.5型，轉(zhuǎn)速比i=35；臺車最大升降量700 mm，最大橫移量左右120 mm；液壓系統(tǒng)工作壓力16 MPa；行走速度3 m/m in。

3.2主要部件

全圓斷面針梁式鋼模臺車由模板系統(tǒng)、針梁系統(tǒng)、梁框系統(tǒng)、油缸系統(tǒng)、卷揚(yáng)牽引機(jī)構(gòu)、抗浮裝置組成。

3.2.1模板系統(tǒng)

4-8有壓隧洞針梁式臺車模板有效長度12.1 m（相鄰兩倉搭接長度10 cm），模板結(jié)構(gòu)縱向由2 節(jié)1.55 m模板和6節(jié)1.5 m長模板組成，每節(jié)模板環(huán)向由頂拱模板、左邊拱模板、右邊拱模板、底拱模板四部分組成，各部分模板采用餃耳銷軸和高強(qiáng)螺栓混合連接，其對應(yīng)圓心角：頂拱為50°，左右邊拱都為100°，底拱為110°?？紤]混凝土對模板的壓縮作用，模板設(shè)計(jì)半徑較理論半徑大30 mm，頂拱模板通過橫梁和立柱連成整體，作為模板和支撐大梁間的傳力部件。模板面板選用厚度δ=6 mm鋼板（Q 345A），拱梁采用厚度δ=12 mm×185 mm鋼板作為連接各部分模板的肋板。拱梁之間的縱向聯(lián)系梁以面板受力時的撓度控制，采用工字鋼［10@40。

3.2.2針梁系統(tǒng)

針梁系統(tǒng)是鋼模的受力支撐平臺和臺車行走的軌道，中心寬2.0 m、高2.5 m，由4節(jié)×2塊組成，為水平裝配式桁架組合結(jié)構(gòu)；針梁主要由槽鋼構(gòu)成，其長度為28.5 m；針梁上、下有4套40 mm×40 mm的方鋼軌道焊接在針梁上，為運(yùn)輸及安裝方便，分為5節(jié)用高強(qiáng)度螺栓連接。

3.2.3梁框系統(tǒng)

梁框系統(tǒng)的下部與底模用螺栓聯(lián)接構(gòu)成門框式構(gòu)架，在框架上、下部安裝有行走輪系，針梁從門框內(nèi)穿過，框架上部是安裝邊模、頂模伸縮油缸的支撐面；梁框門夾通過各支撐千斤頂和油缸與模板聯(lián)接，以承受襯砌混凝土的徑向壓力；門架與底模上的橫梁構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)，立柱的間距為1.5m；為增強(qiáng)門架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，門架立柱間設(shè)計(jì)有連接梁和斜拉桿等，門架立柱和橫梁均用工字鋼制成。

3.2.4液壓動作系統(tǒng)

油缸主要有轉(zhuǎn)換油缸和支拆模油缸，均為外購件；轉(zhuǎn)換油缸/桿徑為φ125 mm/φ90 mm，系統(tǒng)壓力16 MPa；支拆模油缸/桿徑為φ100 mm/φ63 mm，系統(tǒng)壓力10 MPa。

3.2.5前后底座

針梁式襯砌臺車整體受力結(jié)構(gòu)為剪支梁結(jié)構(gòu)，前、后支座分別安裝在針梁兩端，是針梁式鋼模臺車受力支點(diǎn)，混凝土襯砌時全部重量都落在兩個底座上，然后傳遞到兩端基礎(chǔ)面上；每個底座安裝有兩個可承受50 t力的液壓豎向油缸與針梁連接，作為對中調(diào)整機(jī)構(gòu)以便模板垂直方向的對中調(diào)整，從而完成底模的立模和脫模動作；前后底座上同時各安裝有2個水平油缸，利用其左右移動來調(diào)整模板中心線與隧洞軸線相吻合。

3.2.6抗浮裝置

考慮4-8有壓隧洞襯砌混凝土是一次性澆筑成型，為防止施工過程中混凝土澆筑速度過快時模板受混凝土產(chǎn)生的浮力向上移動，在鋼模兩端安裝有8個抗浮千斤頂，制約上浮力作用，在前后抗浮架上安裝有4個側(cè)向千斤頂，使針梁和鋼模不產(chǎn)生側(cè)向位移；抗浮架有2套，分別安裝在模板的前后部，并與門架連接，抗浮架下面安裝有滾輪，可隨模板在針梁上移動，在混凝土澆筑時防止錯臺和克服混凝土張力。

3.3動作機(jī)理

3.3.1立模

鋼模上安裝3組油缸，可完成立模、拆模工作，在頂模和側(cè)模對應(yīng)位置安裝螺旋千斤頂，油缸伸出，鋼模定位后，旋緊螺旋千斤頂，這樣保證了襯砌尺寸的準(zhǔn)確性，同時減輕了油缸的卸載。脫模時先脫頂模，再脫右邊模，然后脫左邊模，最后底座油缸向上頂，使整個臺車向上運(yùn)動，底模便于混凝土脫離。

3.3.2行走

安裝在針梁上的卷揚(yáng)機(jī)用2根鋼絲繩分別繞過針梁端部和梁框上的滑輪，固定在針梁兩端，針梁和模板互為支點(diǎn)相對運(yùn)動使臺車前行。移動針梁式鋼模臺車時，采用鋼絲繩牽引，先固定模板，移動針梁；后固定針梁，移動模板。由于針梁全長只有28.5 m，當(dāng)上一循環(huán)先固定模板，再進(jìn)入下一循環(huán)時應(yīng)先移動針梁，再固定針梁，之后才移動模板，如此反復(fù)循環(huán)，達(dá)到不斷運(yùn)動的目的。

3.3.3定位

采用TS09-1″全站儀進(jìn)行軸線定位，安裝在底座上的油缸上、下、左、右運(yùn)動，鋼模臺車可做縱、橫向調(diào)整。其中，縱向穩(wěn)定由底座豎向油缸支撐與抗浮千斤頂共同完成；橫向穩(wěn)定是安裝在前后抗浮架上的兩對定位伸縮千斤頂，當(dāng)臺車調(diào)整后旋緊千斤頂，支撐針梁，保證臺車橫向穩(wěn)定。

4　混凝土澆筑

4.1襯砌方案

4-8有壓隧洞襯砌混凝土標(biāo)號為C35W 12F200，根據(jù)施工總體安排，采取2套針梁式鋼模臺車由洞段中部D195+764樁號開始分別向隧洞進(jìn)、出口方向相背進(jìn)行襯砌施工，每套針梁式鋼模臺車承擔(dān)133倉混凝土澆筑任務(wù)，單臺針梁鋼模臺車澆筑速度3.5 d/倉；混凝土利用布置于洞外的HZS60型混凝土拌和站集中拌制生產(chǎn)，利用JV6型混凝土攪拌運(yùn)輸罐車水平運(yùn)至倉面，采用HBT60型拖式混凝土泵泵送入倉，采用ZN 50型插入式振搗器配合鋼模臺車輔助附著式振搗器振搗密實(shí)；混凝土澆筑按照斷面兩側(cè)均衡上升，縱向由內(nèi)到外依次后退的澆筑順序直至隧洞頂拱全斷面封閉完畢。

4.2混凝土澆筑

4.2.1底?；炷翝仓?/p>

進(jìn)入澆筑倉位的混凝土經(jīng)底模工作窗入料進(jìn)行澆筑，時間2～3 h；澆筑時為使混凝土表面光滑、減少氣泡缺陷，在澆筑過程中利用模板上布置的附著式振搗器配合插入式振搗器振搗密實(shí)。并利用底部模板中部預(yù)留的觀察/排氣窗口進(jìn)行人工觀察，底模部位混凝土澆筑完成后及時利用插銷板封閉。

4.2.2邊?；炷翝仓?/p>

混凝土經(jīng)邊模工作窗入料進(jìn)行澆筑，時間5～6 h；澆筑時為保證鋼模臺車受力均勻，左右模板混凝土應(yīng)間隔澆筑，其混凝土表面高差應(yīng)不大于0.5 m，且每澆筑一層混凝土即用插入式振搗器振搗密實(shí)。

4.2.3頂?；炷翝仓?/p>

混凝土由頂模注漿口入料進(jìn)行澆筑，時間2～3 h；澆筑時注意觀察混凝土注入情況，發(fā)現(xiàn)混凝土澆筑滿時（模板兩端頭擋頭模板部位開始析出水或稀漿）應(yīng)立即停止泵送混凝土，以免頂部模板局部壓力過大造成模板變形，并同時推進(jìn)插銷板封住工作窗口；混凝土澆筑完成后開動附著式振搗器振搗密實(shí)。

隧洞混凝土襯砌作業(yè)工序循環(huán)時間統(tǒng)計(jì)見表1。

4.3臺車脫模

混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)完成達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后（根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)室同條件試塊試驗(yàn)），即可進(jìn)行臺車脫模工作：1）松開各螺栓支撐千斤頂，啟動液壓系統(tǒng)；2）收縮頂模油缸，頂模脫離；3）收縮右模油缸，右模脫離；4）收縮左模油缸，左模脫離；5）向上伸出豎向油缸，底模脫離。

脫模完成后立即進(jìn)行混凝土的氣泡、麻面等缺陷修補(bǔ)，對模板進(jìn)行清理，涂刷脫模劑，拆除堵頭模板，待下一倉鋼筋驗(yàn)收合格步進(jìn)至下一個澆筑倉位。

表1　隧洞混凝土襯砌作業(yè)工序循環(huán)時間統(tǒng)計(jì)表

4.4人員配置

4-8有壓隧洞采取針梁步進(jìn)式鋼模臺車進(jìn)行混凝土襯砌施工，具備人員投入少的特點(diǎn)，除混凝土拌和站、機(jī)械操作手、電工等常規(guī)配置外，配合針梁式鋼模臺車施工的作業(yè)工人僅需16名，施工成本較為經(jīng)濟(jì)合算。

5　結(jié)語

結(jié)合某工程4-8有壓隧洞混凝土襯砌施工實(shí)際，水工隧洞混凝土外觀質(zhì)量要求高，采用針梁式鋼模臺車進(jìn)行混凝土襯砌具有全圓斷面一次澆筑成型，工序少、效率高、隧洞底板無接縫錯臺，混凝土表面光滑、整體成型面質(zhì)量高的特點(diǎn)；同時，針梁式鋼模臺車裝、卸、行走方便，調(diào)試靈活，使用方便，立模、脫模時間短，輔助工程少，極大地提高了施工速度，降低了現(xiàn)場作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度；從施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、施工成本等方面綜合分析，針梁式鋼模臺車值得在長距離有壓圓形隧洞混凝土襯砌施工中廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)制作、操作及施工環(huán)節(jié)等可供其他類似工程借鑒。

［中圖分類號］TV543+.3；TV732+.3

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A

［文章編號］1002—0624（2016）07—0018—03

［收稿日期］2016-03-21