苗雙平， 徐晨星， 韓京華， 梅渠舟， 馬 科

(北京振沖工程股份有限公司，北京 100102)

1 概述

1.1 針梁臺車在業(yè)內(nèi)的運用

對于鋼模臺車的結構與運行的原則來說，針梁鋼模臺車是針梁、臺車與外部支撐加鋼模組成。鋼模是引水隧道施工中為了防止混凝土變形或坍塌所需要的模板。臺車與針梁裝置是鋼模進行拆卸與安裝的傳輸工具。鋼模板是修建永久性支護的模板。針梁的臺車模板可以在針梁施工后移動，還能夠伸縮于臺車上。引水工程隧道的建設，是水利工程中的重要部分，特別是襯砌工程，作為施工最后的主要工序，直接影響隧洞的后期運行。最近幾年來，由于施工技術逐步的發(fā)展，針梁模臺車技術應運而生，讓隧洞的施工技術有了一定的發(fā)展[1]。

隨著施工技術發(fā)展的日新月異，針梁式鋼模臺車在水利水電工程中得到了廣泛應用。采用針梁式鋼模臺車對水工隧洞全斷面襯砌，其成形度好，表面光潔度高，施工速度快。例如位于貴州西北部的洪家渡水電站引水隧洞混凝土襯砌中采用針梁式鋼模臺車，混凝土泵輸送砼入倉一次澆筑成設計斷面。混凝土襯砌成形度和表面光潔度均達到了設計要求[2]。

厄瓜多爾索普拉多拉水電站輸水系統(tǒng)引水隧洞采用全圓襯砌臺車，襯砌斷面直徑為6020 mm，臺車長度為15和12 m兩種，其中12 m可拆分為2個6 m段臺車，臺車模板搭接10 cm，項目實施混凝土全圓襯砌施工[3]。

北京市南水北調(diào)配套工程南干渠七標段輸水隧洞二次襯砌采用全斷面針梁臺車施工，襯砌斷面為3400 mm，臺車長度10 m，臺車模板搭接20 cm，成功實踐了該工藝及全圓針梁臺車的抗浮穩(wěn)定驗算[4]。

目前鉆爆法、TBM施工隧洞襯砌中主要采用的是同一直徑的全圓針梁臺車，本文結合吉林引松供水工程項目的施工特點，重點研究可變徑全圓針梁臺車在TBM施工隧洞中的應用。

1.2 項目概況

吉林省中部城市引松供水工程是從松花江豐滿水庫庫區(qū)引水，解決吉林省中部地區(qū)城市供水問題的大型調(diào)水工程，是松遼流域水資源優(yōu)化配置的主要工程之一?？偢删€輸水線路全長109.70 km，隧洞段總長為97.62 km。其中豐滿水庫取水口至飲馬河分水口段長為71.98 km，主要采用3臺TBM施工，局部采用鉆爆法施工。

吉林省中部城市引松供水工程輸水總干線三標段位于永吉縣岔路河至溫德河之間，線路樁號48+900～24+600，總長度24300 m。其中隧洞主洞部分開挖采用全斷面TBM為主、鉆爆法為輔的施工方法。本文主要以吉林引松三標段TBM施工段為研究對象，TBM掘進段襯砌為全圓形斷面，根據(jù)實際開挖圍巖揭露情況及設計圖紙分為4種斷面，TBM掘進段襯砌施工參數(shù)如表1所示。

表1 TBM掘進段襯砌施工參數(shù)

根據(jù)三標段的實際情況分析：(1)TBM掘進施工洞段，總體特征為圍巖變化頻繁，Ⅳ、Ⅴ類圍巖占比為11.72%；(2)TBM掘進段襯砌又分為兩種斷面，斷面變化時更是增加了6 m長漸變段；(3)TBM掘進段襯砌混凝土運輸距離長，且襯砌混凝土方量大，TBM段采用有軌運輸，物料運輸組織難度大。以上原因?qū)е乱r砌時需不斷變換模板型式，臺車行走、改變模板、施工漸變段等。因此，在混凝土襯砌時應首先考慮可變徑的針梁式鋼模臺車進行混凝土襯砌施工。

2 臺車選型

2.1 TBM段全圓襯砌斷面參數(shù)及施工布置

(1)本工程TBM段襯砌主要結構技術參數(shù)為：襯砌后內(nèi)徑7070和6510 mm兩種斷面形式。厚度為300～500 mm，單倉混凝土長度為12 m。

(2)受超長距離施工無法開展多工作面及針梁臺車無法穿行車輛的影響，本工程TBM襯砌施工只能開展獨頭單工作面襯砌施工，且本工程施工工期緊，為滿足施工進度要求，需精細化管理及合理布置施工面。

(3)襯砌施工工作面受單倉襯砌長度、全圓針梁臺車自身長度、漸變臺車長度及施工工序、平行作業(yè)干擾等影響，單工作面最多可實現(xiàn)2臺針梁臺車平行作業(yè)施工。

綜合以上因素，本工程前期主要采用2種施工布置：(1)單臺車連續(xù)施工；(2)雙臺車平行施工。其中，受施工雙臺車平行施工布置距離限制，采用“一跳一夾”方式進行布置。

2.2 全圓針梁臺車選型對比

根據(jù)施工布置及設計尺寸，本工程襯砌臺車選型工藝及參數(shù)較多，本論題主要以臺車結構形式和行走方式進行論述。

2.2.1 臺車結構形式

結合以往經(jīng)驗，本工程可采取的臺車脫模結構方式主要有先中間、先頂模和先底模等多種工藝(見圖1～2)。

圖1 底部脫模示意圖(頂脫模方式與之相反)

以上工藝的主要區(qū)別在于：脫模后模板的塊數(shù)不同和占用洞室凈空間不同。頂脫模形式的主要空間集中在頂部，而底脫模方式的主要空間集中在底部；若在傳統(tǒng)的同一斷面形式中，兩者結構工藝區(qū)別不大，但是先中間脫模方式將對底部及頂部的連接結構要求較高，同時對洞內(nèi)空間預留較少，多拆除一側(cè)連接，功效相對較低。若采用可變徑臺車施工時，考慮洞內(nèi)施工空間有限，且大多時間的人員穿行、材料運輸?shù)染鶑牡撞客ㄟ^較為合理，可有效避免高處作業(yè)、交叉施工的風險。

圖2 中間脫模方式示意圖

2.2.2 臺車行走方式

一般臺車自行式分為電動卷揚和電動液壓兩種方式。

兩種方式均可達到臺車行走的目的，兩者各具優(yōu)點，結合本工程施工距離較長的特點分析，臺車使用周期較長，施工強度高，若采用普通的卷揚式移動，檢修簡便，維護成本低、維護功效高。而機械化程度較高的液壓式則需設專業(yè)電氣、液壓工跟隨，需長期儲備液壓系統(tǒng)配備件。因此，整體經(jīng)濟效益需通過施工使用時間長短、人員操作等綜合因素進行比選。

2.3 全圓針梁臺車設計參數(shù)

綜合以上對比分析，比較適合本工程的臺車參數(shù)均需優(yōu)化改進，主要有如下4個方面。

2.3.1 模板

變徑臺車模板直徑為7070和6510 mm兩種可變徑模板。模板主要由頂模、邊模、底模組成(變徑需單獨減少一塊底模板)，連接方式為鉸連接。其中通過底部模板增減一塊底模板實現(xiàn)變徑。同時為滿足澆筑和后續(xù)的灌漿施工，預留相應作業(yè)窗及灌漿預留孔，臺車模板長度為12 m，分6塊，每塊2 m長，同時增設搭接模板10 cm。

2.3.2 脫模方式

通過對比分析，本工程較適合底部脫模方式，因臺車模板的變徑需求，且洞內(nèi)為有軌機車運輸方式，無法出入吊車設備，考慮到人工更換模板的便利性，在底部進行變徑較為合理。同時考慮TBM施工洞段均為圓形斷面，運輸方式采用有軌機車，為后續(xù)的回填、固結灌漿的施工材料、人員通行提供便利。

2.3.3 行走方式

比較適用于本工程的為電動卷揚式，可有效節(jié)約行進油缸所占用的空間，同時設置三組行進立腿，不再通過模板受力實現(xiàn)行走，可有效提升臺車定位和行走。

2.3.4 抗浮裝置

根據(jù)施工工藝布置，采用立腿和抗浮裝置進行抗浮設計，均滿足施工需求。根據(jù)以往類似工程經(jīng)驗，底部混凝土澆筑速度不可過快，同時實時監(jiān)測抗浮裝置的穩(wěn)定性；在此基礎上，為確保施工期間的抗浮裝置牢固可靠，增加單獨的2組抗浮裝置立柱，與原來的行走立柱分開受力，從而增加臺車的穩(wěn)定性。

3 施工技術

3.1 人員配置

施工過程中，可分為單臺車施工和雙臺車施工，根據(jù)兩種施工工藝的不同，所需的人員數(shù)量不同，單臺車施工最低配置需要約52人，雙臺車施工最低配置需要約63人。

3.2 單臺車施工

3.2.1 工藝流程

施工準備—基礎清理—測量放線—鋼筋綁扎—臺車就位—堵頭模板、安裝止水帶—混凝土澆筑—收倉—脫模養(yǎng)護。

3.2.2 主要施工工序

(1)臺車定位后安裝預埋灌漿管，預埋管兩頭用尼龍袋等材料塞滿。

(2)堵頭模板采用5 cm厚木模板，每塊長1 m、寬20～30 cm不等，人工拼裝封堵，臺車模板兩端外邊緣焊接鋼筋固定堵頭模板，靠近巖壁一側(cè)，埋設模板固定鋼筋，間距1 m，固定鋼管和固定鋼筋，可以牢牢地把封堵模板進行固定。

(3)橡膠止水帶采用單根硫化熱粘接，安裝時，在止水帶設計位置利用止水帶卡子單側(cè)焊接在環(huán)向鋼筋上，待澆筑混凝土側(cè)向另側(cè)穿入，內(nèi)側(cè)卡緊埋入的止水帶的一半，另一半止水帶從堵頭板中間穿出。

3.2.3 混凝土拌制和運輸

(1)采用集中拌制混凝土，攪拌站設置在引水隧洞主洞內(nèi)，根據(jù)混凝土的用量，在料場備足原材料。

(2)混凝土采用有軌運輸?shù)姆绞?，并設置錯車平臺，混凝土澆筑期間兩組機車編組運行，以保障混凝土澆筑速度。

(3)采用混凝土輸送泵入倉，根據(jù)模板上設置的工作窗口，分多層多次入倉，每層混凝土鋪設厚度≯50 cm。

(4)混凝土入倉順序，底拱—邊墻—拱頂?；炷寥雮}后采用振搗器輔以人工攤鋪，入倉過程中應加強振搗工作，以確?；炷敛宦v，避免出現(xiàn)蜂窩、麻面等混凝土表面質(zhì)量問題。

3.2.4 脫模養(yǎng)護

(1)針梁式鋼模臺車澆筑的混凝土在澆筑完成后，在混凝土強度達到5 MPa后可進行拆模。

(2)混凝土采取灑水養(yǎng)護，保持混凝土表面濕潤，養(yǎng)護時間≮28 d。

3.2.5 臺車變徑

在圍巖類別不同的部位施工則需要根據(jù)襯砌厚度進行臺車直徑大小的變換。臺車直徑7.07 m變小至直徑6.51 m斷面時，通過拆除底部模板、更換左右側(cè)邊模耳板孔、將頂部模板左右側(cè)高肋板更換為短肋板、將針梁和框梁支撐腿的尺寸較長的連接段更換為短尺寸的連接段，最終實現(xiàn)全圓臺車從大直徑向小直徑轉(zhuǎn)換。臺車直徑從6.51 m轉(zhuǎn)換至直徑7.07 m時則通過相反的步驟實現(xiàn)。全圓可變徑臺車滿足了同一個臺車在不同圍巖不同斷面的襯砌施工的要求，改變了以往不同斷面的洞徑采用不同襯砌臺車施工的局面，節(jié)省了襯砌施工設備的投入，便捷了施工。

3.3 雙臺車跳倉施工

3.3.1 雙套襯砌臺車施工

(1)施工組織。雙套全圓臺車采用跳倉澆筑的方法進行施工，從而達到整體工期要求。受施工雙臺車平行施工布置距離限制，采用“一跳一夾”方式進行布置。臺車布置如圖3所示。

圖3 “一跳一夾”示意圖

Fig.3Sequencemethodconstruction

(2)進度分析。

①“一跳”即第4段澆筑，兩臺車間隔段設為1段，先進行上游第4段澆筑。

②“一夾”，第6段緊接第4段“一跳”連續(xù)澆筑，形成第5段夾倉即“一夾”。

混凝土澆筑順序為①號臺車2-4-6；②號臺車1-3-5-7。依次循環(huán)，既方便快捷，又減少砼浪費和對倉號的污染。采用兩臺12 m針梁臺車，用穿行同步跳倉襯砌的施工方法，在保障混凝土運輸能力的情況下，每周最高澆筑砼108 m，月進度最高可達400 m。

3.3.2 雙套臺車施工關鍵因素分析

雙套全圓針梁臺車跳倉澆筑作業(yè)在理論上較為簡單，但在實際實施中存在砼長距離運輸、水電管線布置、混凝土泵布置、清基等諸多施工干擾因素。如何合理組織解決相互間的施工干擾，是本施工工藝能否取得快速施工目標的關鍵。

(1)砼長距離運輸。本項目采用有軌運輸混凝土，混凝土澆筑供應速度是制約兩套臺車發(fā)揮優(yōu)勢的最主要因素之一，必須保障混凝土澆筑速度才能發(fā)揮兩個臺車跳倉快速施工的優(yōu)勢。

(2)清基。由于隧洞距離長，兩套臺車施工單個循環(huán)混凝土澆筑時間長，清渣和混凝土澆筑相互干擾較大，這就增加了清基工作的難度。為了保證混凝土澆筑的連續(xù)性，利用收倉后，清基人員進入作業(yè)面作業(yè)減少了相互之間的干擾。平時保證清基倉面有4倉的富余量即可保證襯砌施工正常開展。

(3)施工用電。在①號臺車作業(yè)平臺上設置一配電柜，②號臺車施工用電從該配電柜接出，兩臺車間配備100 m長電纜，完全能保證臺車跳倉需要。泵管及排水管路布置在臺車模板的左側(cè)，固定的管路兩端設有2～3節(jié)軟管，便于對接方便，施工快捷。

(4)混凝土泵的布置。隧洞為圓形，從運輸和泵送料角度考慮，混凝土泵必須布置在仰拱。從清基角度考慮，泵車必須在澆筑完混凝土后要移開為清基工作提供工作面，所以泵車布置在軌道上；距臺車的水平距離120 m左右即可滿足施工需要。

4 注意事項

(1)每個工作循環(huán)后要檢查各部位螺栓、銷子的松緊狀態(tài)，對各種連接件進行檢查緊固。

(2)臺車卷揚、絲桿千斤頂要定期潤滑，針梁在移動時要由專人負責鋼絲繩的收緊工作[5]。

(3)澆筑頂模時，收倉前的估料要準確，避免多余混凝土壓進倉號，造成模板變形或跑模[6]。

(4)保證針梁及模板等部位的構件必須具有足夠的強度和剛度，避免出現(xiàn)疲勞變形[7]。

(5)雙臺車澆筑施工中，要協(xié)調(diào)好兩個臺車的工序時間，避免相互干擾。

5 結語

(1)本項目隧洞襯砌施工已完成近1年，單臺車最高月襯砌施工進度達到了300 m，平均月襯砌進度約為240 m，從臺車運行情況看，設備狀況良好，施工總體質(zhì)量達到了設計和規(guī)范的要求，前期澆筑強度因受長距離混凝土運輸時間的影響而基本達到216 m/月。

(2)在雙臺車跳倉施工洞段，經(jīng)過幾個月的磨合和經(jīng)驗總結，成功采用了兩臺全圓針梁可變徑臺車串行同步跳倉進行襯砌砼澆筑，每周最多澆筑108 m，月均進度已達到360～400 m，保證了質(zhì)量和施工進度，可為類似工程的施工提供經(jīng)驗。對長距離隧洞進行襯砌施工時應優(yōu)先考慮全圓一次性成形跳倉連續(xù)施工的方案，只要恰當選擇鋼模臺車的形式、結構尺寸，配合恰當?shù)氖┕すに嚕瑢τ诩涌焓┕みM度，減少施工干擾，提高施工質(zhì)量有明顯優(yōu)勢。

(3)本項目隧洞工程采用的針梁式全圓模板具有制造成本低、結構可靠、操作方便、襯砌速度快、上浮可控性好、混凝土澆筑振搗密實和表面線條平順光潔等優(yōu)點。隨著勞動力成本和建設單位對施工質(zhì)量要求的提高、鋼模臺車設計制作技術的完善成熟，采用全圓襯砌臺車一次性成形連續(xù)跳倉施工，已能滿足隧洞快速高效安全襯砌的需要，在長距離隧洞襯砌施工中已代表了一種新的趨勢。

(4)全斷面針梁臺車一次性投資遠大于鋼模臺車，因此該模板更適合于洞線長的隧洞施工[8]。