曾良紅

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

烏東德電站引水隧洞上平轉(zhuǎn)彎段鋼筋臺車設(shè)計

曾良紅

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

隧洞轉(zhuǎn)彎段較小時，臺車采取將內(nèi)、外弧輪子直徑設(shè)計成不一樣，實現(xiàn)在同一轉(zhuǎn)速情況下，行走距離不一樣來彌補弧軌差等多種措施，讓鋼筋臺車整體能大致繞著圓弧圓心點旋轉(zhuǎn)行走，實現(xiàn)在轉(zhuǎn)彎段安全就位。

引水隧洞 轉(zhuǎn)彎段 鋼筋臺車 設(shè)計 烏東德電站

1 項目概述

烏東德水電站左岸地下電站引水洞共6條，立面上由上平段、上彎段、豎井段、下彎段和下平段組成，其中上平段襯后斷面尺寸為直徑13.5m的圓形，襯砌厚度1.2m，6條洞子分別為R50m～R235m的同心圓彎洞。斷面上為2層澆筑，先澆筑底拱100°范圍混凝土，再澆筑上部仰拱。6條上平段隧洞上部仰拱按9m襯砌段設(shè)計，計劃采用2臺鋼模臺車澆筑，同時配置3臺鋼筋臺車進行鋼筋綁扎施工。鋼筋臺車要求單臺設(shè)計長度為9m，6條隧洞能通用，在平洞鋼筋綁扎完成后，還能兼作灌漿臺車使用。

圖1 隧洞平面布置

2 鋼筋臺車設(shè)計

2.1 設(shè)計思路分析

根據(jù)項目數(shù)據(jù)分析得出，此項目鋼筋臺車主要要解決小半徑彎道行走、斜坡面上軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計和各條隧洞臺車通用三個問題。以往鋼筋臺車滿足彎段使用主要采取以下設(shè)計：①軌道根據(jù)曲率彎曲成相應(yīng)圓弧；②縮短鋼筋臺車單套長度，以避免與巖壁面干涉；③用卷揚機等外力牽引并通過輪子與軌道之間打滑來彌補內(nèi)外弧軌長差，無法使用電機驅(qū)動自動行走。這些方法造成臺車軌道無法通用，行走時臺車晃動劇烈，行走速度慢，單個倉位鋼筋綁扎需多次就位，施工效率低，已不能滿足此項目全彎段臺車要求。經(jīng)討論分析，采取以下方法來解決以上問題：

(1)軌道按直線制作，安裝時采取以直帶曲的方式替代圓弧軌道，實現(xiàn)不同曲率彎洞軌道通用；

(2)行走系統(tǒng)通過采取內(nèi)外側(cè)輪子為不同直徑的踏面輪徑，實現(xiàn)在電機驅(qū)動行走下，兩側(cè)輪子能以同樣轉(zhuǎn)速實現(xiàn)行走距離不同，來彌補內(nèi)外軌道的長度偏差；

(3)輪子踏面寬度較常規(guī)設(shè)計加寬，讓輪子在軌道上有橫向移動距離，進一步彌補內(nèi)外軌道的長度偏差，以及適應(yīng)以直代曲鋪設(shè)的軌道；

(4)在臺車下縱梁上鉆設(shè)多組連接孔，根據(jù)曲率轉(zhuǎn)彎半徑的不同，連接座選擇所對應(yīng)孔進行連接，保證輪子踏面能著落于軌道上，實現(xiàn)各曲率彎道隧洞通用，同時底縱梁需采用大剛度設(shè)計，在下部無地腳千斤支撐，亦能滿足結(jié)構(gòu)安全要求，從而解決地腳千斤與曲弧線軌道無法正常壓接傳力的情況；

(5)在桁架與行走輪支座間設(shè)置成能轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，行走時隨著軌道對其的約束，實現(xiàn)及時偏轉(zhuǎn)；

(6)側(cè)面工作平臺設(shè)計成可抽拉式，滿足鋼筋臺車在灌漿施工行走中不與已襯砌的混凝土結(jié)構(gòu)面碰撞。

此項目臺車設(shè)計輪間距為7.5m，結(jié)合本項目數(shù)據(jù)進行分析后，底縱梁需配置四個安裝位；行走輪直徑需配置φ320、φ335、φ350mm三種規(guī)格。具體數(shù)據(jù)見下表1。

表1 鋼筋臺車設(shè)計參數(shù)

2.2 鋼筋臺車主要部件

鋼筋臺車主要由桁架、工作平臺、爬梯、行走系統(tǒng)、軌道等五部分組成。臺車桁架為整個鋼筋臺車的主要受力部分，工作平臺主要是用于綁扎鋼筋時站立操作人員和存放少量鋼筋，行走系統(tǒng)為臺車行進動力源，軌道作為鋼筋臺車的承立點，為臺車行進起導(dǎo)向作用。

1-桁架，2-工作平臺，3-爬梯，4-行走系統(tǒng)，5-軌道

2.2.1 臺車桁架

鋼筋臺車桁架體分為立柱、橫梁、豎桿、斜撐等部分。桁架邊立桿采用HW200×200型鋼，橫梁采用HW200×200型鋼，橫連接梁及中立桿采用工18型鋼，剪撐采用75×75×5角鋼，各單件之間通過高強螺栓連接。底橫梁與邊立桿打有八字斜撐，材質(zhì)為HW200×200型鋼。桁架下部留有約3.75m×5m的凈空，滿足通車需求。由于隧洞頂部為圓弧結(jié)構(gòu)，桁架頂部設(shè)置成凸型階梯式結(jié)構(gòu)，上部滿布花紋鋼板平臺，設(shè)計配備方鋼板凳，滿足施工人員綁扎頂部鋼筋。

2.2.2 臺車底縱梁

底縱梁為行走系統(tǒng)和桁架之間的連接紐帶，考慮通用性，臺車內(nèi)外弧底縱梁采取相同設(shè)計，底縱梁在兩端下翼緣板上設(shè)有四組連接孔，根據(jù)曲率轉(zhuǎn)彎半徑的不同，行走連接座選擇所對應(yīng)孔進行連接，保證輪子踏面能著落于軌道上。此項目1#～3#隧洞內(nèi)外弧行走連接座均安裝在標(biāo)準(zhǔn)位，4#～6#隧洞內(nèi)弧行走連接座安裝于標(biāo)準(zhǔn)位，外弧行走連接座分別安裝在二、三、四安裝位。底縱梁材質(zhì)為雙[30槽鋼，長10.3m，采用背靠背結(jié)構(gòu)，間距180mm，中間用10mm厚鋼板連接，筋板間隔1.5m。通過計算，縱梁底部不設(shè)置地腳千斤，亦能保證結(jié)構(gòu)使用安全。

1-底縱梁 2-行走連接座

2.2.3 臺車工作平臺

鋼筋臺車工作平臺根據(jù)安設(shè)位置命名為三種平臺：側(cè)面、端部和頂部工作平臺。

(1)側(cè)面平臺：布置于桁架兩側(cè)，共有5層，設(shè)計為可抽拉式，單層平臺能承重1t。平臺由三角支架，固定工作平臺，活動平臺構(gòu)成，三角支架通過連接板與立柱用螺栓連接，三角架上開設(shè)有安全護欄鋼管卡座，安全護欄高度1.2m，用φ48mm鋼管制作。活動平臺和固定工作平臺均由10#槽鋼縱梁和40/40/4角鋼焊接成骨架，上鋪2.5mm花紋鋼板構(gòu)成。平臺單側(cè)設(shè)計寬度達到5m，滿足后期灌漿施工使用。三腳架采用H125型鋼和10#槽鋼支撐焊接而成，H型鋼作為活動平臺的滑道?；顒悠脚_可在三角支架H型鋼內(nèi)層抽出，以方便人員綁扎內(nèi)外層鋼筋，平臺回收最里位置時距離已澆混凝土結(jié)構(gòu)面有60cm，從而避免在轉(zhuǎn)彎行走時發(fā)生碰撞。

(2)端部工作平臺：設(shè)置于臺車前后兩端的中上部，主要滿足臺車兩側(cè)人員互通。

(3)頂部工作平臺：采取滿鋪設(shè)計，防止掉物砸傷下部施工或通行人員。設(shè)計時考慮了平臺的可拆性及通用性，當(dāng)中部最頂層桁架拆除后，平臺可直接再次鋪設(shè)滿足灌漿臺車使用。

1-平臺支架，2-固定平臺，3-活動平臺，4-安全護欄卡座

2.2.4 臺車爬梯

臺車爬梯設(shè)置在臺車桁架兩側(cè)，方便人員上下各層工作平臺，攀爬設(shè)計角度為43°。爬梯由10#槽鋼、63/63/6角鋼、φ33/3的圓鋼管護欄組成，爬梯通過銷軸與平臺三角支架上焊接的連接板連接，圓鋼管護欄整片制作，在現(xiàn)場通過螺栓與爬梯槽鋼腹板上翼緣連接。

2.2.5 行走系統(tǒng)

該臺車行走系統(tǒng)由2套主動輪組和2套從動輪組組成。行走系統(tǒng)電機為6極異步電動機。電機輸出軸與擺線針輪減速器輸入端連接后，然后減速器底座通過螺栓固定在行走縱梁上。減速器輸出端與小鏈輪連接，大鏈輪均布開設(shè)螺栓孔，通過高強螺栓與行走輪連接成整體，鏈輪之間通過24a鏈條進行傳動，最終實現(xiàn)臺車行走速度小于5m/min。為滿足轉(zhuǎn)彎行走，臺車行走系統(tǒng)與臺車架之間設(shè)計成可繞豎軸線旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)原理為行走輪鉸座上部焊接有φ106mm的旋轉(zhuǎn)軸，連接座中部制作成φ110mm的中空圓鋼筒。安裝時，連接座穿進旋轉(zhuǎn)軸坐落于行走輪鉸座上，連接座上部再與底縱梁連接，由于軸與圓筒之間可相對旋轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)行走輪與連接座可旋轉(zhuǎn)。從而滿足輪子在軌道的約束下自由旋轉(zhuǎn)，滿足彎道行走要求。

行走系統(tǒng)行走縱梁由[25槽鋼制作，采取背靠背形式，腹板中部開設(shè)有輪軸安裝孔，輪軸與行走縱梁安裝后，通過卡板固定。行走輪軸與φ80mm輪軸通過調(diào)心滾子軸承配合組裝，達到減小行走阻力?？v梁端部設(shè)置有夾軌器，可在行進到指定位置后，通過其與軌道連接限制臺車移動，保證施工安全。

此項目臺車為滿足六條隧洞多種半徑曲率行走，特將臺車內(nèi)外側(cè)輪子采取了不同輪徑設(shè)計。1#～6#隧洞內(nèi)側(cè)輪子直徑的踏面輪徑為φ320mm，1#～4#隧洞外側(cè)輪子為φ335mm，5#、6#隧洞外側(cè)輪子踏面輪徑為φ335mm，從而實現(xiàn)在同樣轉(zhuǎn)速的情況下運行距離不同，以彌補內(nèi)外軌道的長度偏差。為進一步彌補內(nèi)外弧軌偏差，輪子踏面進行了加寬設(shè)計，保證相對軌道頂部寬度寬5cm，實現(xiàn)輪子翼緣在受到約束后，可以適當(dāng)橫向移動。設(shè)計時輪子的翼緣加高到距離輪子踏面30mm，有效避免臺車在運行過程中脫軌。

1-行走縱梁，2-電機，3-減速器，4-小鏈輪，5-鏈條，6-大鏈輪，7-軸承，8-輪軸，9-行走輪，10-行走輪鉸座，11-行走連接座，12-夾軌器

2.2.6 軌道設(shè)計

軌道采用HW250×250型鋼作為墊梁，兩端加焊有連接板，上鋪P43鋼軌，鋼軌采用壓板固定，此種結(jié)構(gòu)方式剛度大，強度高。軌道為滿足直線和曲線使用，實現(xiàn)各條隧道洞通用，降低成本，軌道采取3m分節(jié)制作，節(jié)與節(jié)之間采用螺栓連接。軌道采取以直代曲的方式鋪設(shè)，在最小轉(zhuǎn)彎半徑R50m隧洞內(nèi)進行模擬，誤差最大為24mm。軌道為能安全牢固地固定在圓弧底拱上，軌道下部采取牛腿進行支撐，牛腿在圓弧面上通過錨固系統(tǒng)進行固定，一節(jié)3m軌道下部設(shè)置3套錨固系統(tǒng)，布置間距為1m。錨固系統(tǒng)由M36規(guī)格的B7螺栓、錐形套筒、密封殼和D25蛇形錨筋組成，B7螺栓和錐形套筒為周轉(zhuǎn)使用件，其余為損耗件。此種結(jié)構(gòu)可最大程度地減小對下部仰拱混凝土的破壞，當(dāng)使用完成后，將定位錐取出后，只需對定位錐孔用混凝土進行修補即可。牛腿主要采用12mm厚鋼板進行組焊制作，在與B7螺栓接觸處，采取貼板加強設(shè)計，滿足強度要求。為滿足現(xiàn)場就位調(diào)整，軌道墊梁與牛腿螺栓連接孔，開設(shè)為條形孔。

1-墊梁，2-鋼軌，3-壓板，4-牛腿，5-B7螺栓，6-錐形套筒及密封殼，7-錨筋

3 結(jié)語

鋼筋臺車于今年7月投入運用，現(xiàn)場行走平順、就位速度快，安全可靠，提高了鋼筋綁扎效率，很好地實現(xiàn)了最初的設(shè)計要求。結(jié)合實際運用情況筆者亦總結(jié)了一些需優(yōu)化設(shè)計之處：

(1)臺車側(cè)面活動平臺的抽拉采取硬滑動設(shè)計，需要通過多人配合才能抽動，后續(xù)類似項目可采取滾動設(shè)計，提高抽拉靈活性，提高就位效率；

(2)臺車兩側(cè)面平臺縱向長度設(shè)計為一樣，由于小曲率半徑內(nèi)外弧差大，造成臨近兩倉就位狀態(tài)間有較大空檔，給鋼筋綁扎造成一定影響，建議后續(xù)類似項目外弧側(cè)面平臺縱向長度適當(dāng)加大，更好滿足現(xiàn)場施工。

曾良紅(1986.09-)，男，漢族，四川隆昌人，工程師，本科，技術(shù)部副部長，從事模板設(shè)計工作。

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TV732.3∶TV554

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