仙游電站尾水洞針梁鋼模臺車砼襯砌(陳劍華)

武警水電第二總隊仙游工程項目部仙游抽水蓄能電站陡坡全圓洞段鋼模臺車襯砌施工技術(shù)

陳劍華科技流交仙游工程項目部目錄一、概述二、施工特點與難點三、全圓針梁鋼模臺車的構(gòu)造四、鋼模臺車砼襯砌施工五、陡坡鋼模臺車使用的特殊要求六、洞內(nèi)交通條件限制，施工方法的選擇問題七、臺車上浮的質(zhì)量控制八、施工注意事項九、效益分析十、結(jié)束語仙游工程項目部科技流交仙游工程項目部采用針梁臺車襯砌完成的圓洞科技流交仙游工程項目部[摘要]以仙游電站陡坡7m全圓針梁鋼模臺車施工為例，介紹了鋼模臺車設(shè)計要求、組成、臺車安裝。對仙游抽水蓄能電站尾水隧洞鋼模臺車砼襯砌施工工藝等作了比較詳細的描述，該鋼模臺車運行安全方便，可供同類工程施工參考及推廣應(yīng)用。[關(guān)鍵詞]隧洞全斷面針梁鋼模臺車控制上??；

科技流交仙游工程項目部一、工程概況仙游抽水蓄能電站尾水隧洞共計2條，每條標(biāo)準(zhǔn)圓形襯砌段長為748.196m，樁號范圍分別為：尾10+115.804~尾10+864.000；尾20+115.804~尾20+864.000。開挖斷面為圓形，直徑8.0m,混凝土襯砌厚度50cm，襯砌后直徑為7.0m，工程量為23770m3。考慮工期與砼襯砌類型的單一性，故引用了兩臺全圓針梁臺車,使圓形隧洞全斷面砼襯砌，采用四川廣漢隧道機械公司制造的全圓針梁鋼模臺車（見下圖，以下簡稱鋼模臺車）施工。1#尾水隧洞采用一臺9m長針梁式臺車全斷面襯砌澆筑，2#尾水隧洞為10m。針梁式底模液壓臺車它適用于電站尾水洞弧形底拱的施工，定位找正由底座豎向油缸和調(diào)平油缸執(zhí)行。臺車為自行式，安裝在臺車上的卷揚機使鋼模和針梁作相對運動，臺車便可向前運動，本臺車為9米針梁底模液壓臺車，臺車襯砌一個循環(huán)的工作長度為9米?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎夸撃Ｅ_車組裝中科技流交仙游工程項目部針梁鋼模臺車組裝后科技流交仙游工程項目部二、施工特點與難點

（1）洞內(nèi)坡度比為7.7%，縱向坡度較陡，對鋼模臺車的固定、行走等提出了一系列特殊要求。（2）由于施工通道限制，一號尾水洞采用自下而上式施工方法。對鋼筋、混凝土、灌漿等工序的安排提出一系列特珠要求。施工順序從下游方向往上游流水施工，為了保證襯砌頂部混凝土的密實度，每個倉位混凝土入倉由低處向高處進行?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎慷⑹┕ぬ攸c與難點

（3）在隧道全圓形斷面襯砌施工中，圓心以下部分澆筑混凝土?xí)r，鋼模板將受到巨大的浮力作用，襯砌混凝土在初凝前，可認(rèn)為是流體，其符合流體力學(xué)受力原理，臺車上浮原因是混凝土對臺車的徑向壓力的垂直分力所致。當(dāng)浮力大于臺車自重時就會產(chǎn)生鋼模板的上浮。臺車上浮會造成臺車門架和軌道虛連或脫離，引起襯砌臺車失穩(wěn)、崩塌，造成臺車損壞、澆筑混凝土報廢。同時，因上頂臺車拱部受力頂部鋼模板會產(chǎn)生橢圓變形，從而影響襯砌幾何尺寸。因此必須詳細分析臺車上浮造成的安全、質(zhì)量隱患，并制定控制臺車上浮的辦法。科技流交仙游工程項目部三、全圓針梁鋼模臺車的構(gòu)造

混凝土襯砌鋼模臺車是為各種不同斷面公路隧道、鐵路隧道、水電引水隧洞、水電導(dǎo)流隧洞等砼襯砌面專門設(shè)計制造的非標(biāo)大型機械，使用鋼模臺車砼襯砌比使用拼裝式模架的速度快1~3倍，具有全液壓立模、脫模功能，且使砼整體受力和砼外表面得以充分保證，砼襯砌表面光潔度高，襯砌速度快的特點，所以鋼模臺車在隧洞砼襯砌施工中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

科技流交仙游工程項目部三、全圓針梁鋼模臺車的構(gòu)造

仙游電站尾水隧洞所使用的全圓針梁臺車，能使襯砌隧洞全圓斷面底、邊、頂一次成型，采用操作液壓站換向閥手柄來完成立模、拆模、定位找正等，利用液壓站上卷揚機換向閥手柄使模板與針梁作相對運動，完成針梁或臺車的前后移動?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎?.1鋼模臺車的設(shè)計要求

①鋼模臺車的內(nèi)部應(yīng)有足夠的凈空，以便鋼筋、砼料等材料設(shè)備運輸以及各節(jié)鋼模在支模和脫模過程中順利進行。②主要荷栽為：鋼筋混凝土自重；振搗荷栽；砼泵導(dǎo)管的沖擊荷栽；封拱時的泵送砼的壓力；施工人員及零星材料；裂縫水的壓力，其取值按有關(guān)規(guī)范要求進行。襯砌臺車自身應(yīng)具備抗浮能力，并在設(shè)計中考慮浮力對整體結(jié)構(gòu)的影響。臺車為平移式，雙電機牽引行走（即自行式）。③考慮隧洞開挖過程中的超挖現(xiàn)象，要求臺車按襯砌厚度為50cm設(shè)計，按砼襯砌厚度為100cm校核。④工作作業(yè)窗口開啟自如，不應(yīng)有漏漿現(xiàn)象的產(chǎn)生，工作作業(yè)窗面板與襯砌鋼模臺車面板錯臺應(yīng)≤2mm。⑤鋼模臺車底部的支撐應(yīng)不會損壞已澆筑的砼表面。⑥要求臺車為全液壓，脫模、行走、定位靈活、便捷，工作速度為每一循環(huán)襯砌作業(yè)時間不超過一天（不包括澆筑、等強、養(yǎng)護等時間）?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎?.2鋼模臺車的組成

全圓針粱式鋼模臺車主要由模板總成、針梁總成、梁框總成、水平和垂直對中調(diào)整機構(gòu)、卷揚牽引機構(gòu)、抗浮裝置、液壓油缸、行走框架、前后支承架、牽引系統(tǒng)、液壓控制等組成?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎?.2鋼模臺車的組成

該全圓針梁式鋼模臺車鋼?？傞L度23m，共由8段組成，每段由底模、左右側(cè)模和頂模組成φ7m的圓筒形。面板的厚度為10mm，為便于拆裝運輸，每段均長1.5m。在模體周邊成“品”字形布置40cm×40cm的窗口作為下料口和輔助振搗窗（共計32個）。針梁模板的受力支撐平臺和臺車行走的軌道，為裝配式桁架結(jié)構(gòu)，主要由工字鋼、槽鋼組成。為制約鋼模在砼澆筑時受砼浮力而向上移動，在其兩端設(shè)有兩個抗浮平臺，共安裝4個抗浮千斤頂，并與梁框架連接。砼的振搗主要由附著式振搗器來完成。澆筑時為使砼表面光滑，減少底拱氣泡缺陷，使頂拱砼振搗密實，在鋼模上下部共增設(shè)了24臺附著式振搗器。在澆筑過程中附著式振搗器與插入式振搗器配合使用?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎靠萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎靠萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎靠萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎克?、鋼模臺車砼襯砌施工科技流交仙游工程項目部尾水隧洞砼襯砌采用全圓針梁式鋼模臺車澆筑，每倉長度9m，砼澆筑方量105.7m3。采用一臺HBT-60砼輸送泵入倉。使用鋼模臺車作業(yè)流程為：針梁臺車安裝-----測量放線-----鋼筋加工運輸-----鋼筋安裝、預(yù)埋件安裝-----針梁臺車安裝-----臺車校核------止水安裝與立堵頭模板------清倉、驗收-----砼澆筑------臺車滑移---砼表面抹光、養(yǎng)護。

科技流交仙游工程項目部科技流交仙游工程項目部科技流交仙游工程項目部科技流交仙游工程項目部科技流交仙游工程項目部科技流交仙游工程項目部科技流交仙游工程項目部4.1鋼模臺車的安裝：

臺車安裝分洞內(nèi)及洞外安裝。安裝完成后接入電源進行調(diào)試。卷揚系統(tǒng)要求調(diào)試針梁、模板牽引自如，不得出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象；液壓系統(tǒng)調(diào)試要求各油缸伸縮自如，油缸及各聯(lián)接處不得出現(xiàn)泄漏、滲油現(xiàn)象?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎?.2砼襯砌的施工過程科技流交仙游工程項目部4.2.1基巖清面按照設(shè)計和施工規(guī)范要求先進行基巖面清理及驗收，基礎(chǔ)巖石面經(jīng)驗收合格后再進行砼倉號準(zhǔn)備。4.2.2鋼筋加工好的鋼筋經(jīng)驗收合格后，由載重汽車運至隧洞內(nèi)準(zhǔn)備好的倉號，人工將鋼筋移放上部，進行鋼筋綁扎、焊接。鋼筋制安按照澆筑方向先于臺車2~3個倉號逐段進行。底板鋼筋網(wǎng)通過架立筋固定牢固，頂板和邊拱鋼筋一次安裝，予埋件按設(shè)計要求固定并保護好，防止?jié)仓^程被破壞?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎?.2.3立模

將鋼模板臺車行走至襯砌位置后便可立模，立模前鋼模板臺車處于脫模狀態(tài)。使鋼模板臺車模板中心線與襯砌中心線對齊。頂升油缸的手動換向閥手柄使針梁到達襯砌需要的位置；使頂模到達襯砌需要的位置；使邊模與頂模搭接平順。將抗浮平臺上抗浮千斤與隧洞開挖面或已成型砼面充分頂緊，安裝好堵頭模板?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎?.2.4混凝土澆筑

采用砼攪拌車將砼運至澆筑倉號附近的砼輸送泵，由砼泵將砼運入倉號內(nèi)。砼泵距離鋼模臺車水平距離不大于100m，泵管直徑為150mm，泵管布設(shè)應(yīng)盡量減少彎頭，以防砼料堵塞泵管。每倉不少于2個入倉口。鋼模臺車一次完成全斷面砼襯砌，堵頭模板用定型堵頭模板及木模封堵。模板外側(cè)安裝有砼泵管和附著式振搗器，完成頂拱砼進料及振搗。砼澆筑前在鋼模板臺車外表面需涂抹脫模劑，以減少脫模時的表面粘力。砼澆至模板后，要接通附著式振動器振搗，以減少砼表面氣泡缺陷，保證襯砌質(zhì)量。邊模澆筑時，砼經(jīng)兩趟泵管分別進入左右側(cè)工作窗，再經(jīng)溜筒緩沖后入倉，先從鋼模板臺車模板最下排工作窗口進行灌注混凝土，灌注混凝土至混凝土快要平齊工作窗口時，關(guān)閉工作窗，然后從第二排工作窗口進行灌注混凝土，以此類推。頂模全部被砼覆蓋后，倉內(nèi)作業(yè)人員撤出，其后主要靠附著式振搗器進行振搗。為均勻卸料應(yīng)在同一高程的卸料口輪流卸料。同時上下層的附著式振搗器分層開動。灌注混凝土到最后通過灌注混凝土口封頂?shù)暮笃?，必須使用低速檔進行灌注混凝土，并時刻注意灌注混凝土口壓力的變化，避免因混凝土注滿后仍強行注入而導(dǎo)致壓力過大使模板變形?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎?.2.5脫模灌注混凝土完成之后，必須讓混凝土凝固一定時間,等強后才能進行脫模。鋼模臺車拆模時間，應(yīng)根據(jù)頂拱砼強度達到設(shè)計強度的40%～50%后拆模。鋼模臺車的底模、左右側(cè)模、頂模脫模采用液壓油缸的伸縮控制?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎?.2.6行走鋼模臺車前移時，先移動針梁，定位后，利用鋼模臺車自身的液壓系統(tǒng)將模板前移至預(yù)澆倉號。科技流交仙游工程項目部反復(fù)循環(huán)立模、灌注混凝土、脫模、行走四個工作過程，即形成了鋼模板臺車砼襯砌的整個作業(yè)?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎课?、陡坡鋼模臺車使用的特殊要求

仙游抽水蓄能電站尾水隧洞坡降7.7%，縱向坡度較陡，對鋼模臺車的固定、行走等提出了一系列特殊要求?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎窟x擇了順?biāo)鞣较蜻M行襯砌。主要采用加固鋼模臺車支撐，在臺車上游采用5T卷揚機牽引臺車，以防止臺車沿洞軸線方向發(fā)生滑動。針梁前后部下側(cè)設(shè)底梁用于支承針梁及模板，兩側(cè)設(shè)橫向調(diào)節(jié)絲杠滿足針梁相對于隧洞軸線位置水平調(diào)節(jié)。底梁基礎(chǔ)墊枕木，使臺車基礎(chǔ)牢固。模板和針梁的平移運行靠固定在針梁端部的卷揚來牽引?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎慷钙虏捎?T卷揚機牽引臺車科技流交仙游工程項目部六、洞內(nèi)交通條件限制，施工方法的選擇問題

由于工期滯后，閘門井封閉施工，尾水隧洞只能從岔支洞進入施工現(xiàn)場，進行施工。因此是選擇向上而下施工方式，還是自下而上施工方式，經(jīng)過綜合比較，采用自下而上施工方式。為了保證襯砌頂部混凝土的密實度，每個倉位混凝土入倉由低處向高處進行。對鋼筋、混凝土、灌漿等工序的安排提出一系列特珠要求。科技流交仙游工程項目部采用的施工方法為：如下圖所示，首先加工制作完成岔支洞到閘門井段全部鋼筋并運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，綁鋼筋臺車進入洞內(nèi)后，再將針梁鋼模臺車進入洞內(nèi)。鋼筋提前3~5個倉次綁扎完成。鋼筋綁扎不占壓直線工期。砼罐車及砼輸送泵布置在鋼模臺車下游，砼從岔支洞運輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場，泵送入倉。在砼襯砌完成約150m后，即可安排灌漿工序施工。科技流交仙游工程項目部科技流交仙游工程項目部施工方法的優(yōu)缺點：①本方法最大優(yōu)點是可提高圓洞段混凝土施工強度，自岔支洞向上澆筑混凝土。倉位鋼筋提前綁扎完成，鋼模臺車一直向上行走，每個倉位只有一個側(cè)模需要封堵。不存在鋼模臺車反復(fù)移動的問題。按此方法施工，可實現(xiàn)2天一個倉位的目標(biāo)。②倉位向下向上澆筑，且只有一道側(cè)模，可減少倉位“爆倉”的機率。同時可保證頂拱混凝土澆筑密實。③對灌漿施工影響較大。雖然灌漿的廢水廢渣可較好地處理。但是灌漿與洞身段混凝土襯砌施工的交叉施工干擾很大?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎科?、臺車上浮的質(zhì)量控制科技流交仙游工程項目部7.1臺車上浮的原因分析

在隧道圓形斷面襯砌施工中，圓心以下部分澆筑混凝土?xí)r，鋼模板將受到巨大的浮力作用，當(dāng)浮力大于臺車自重時就會產(chǎn)生鋼模板的上浮。襯砌混凝土在初凝前，認(rèn)為是流體，其符合流體力學(xué)受力原理，臺車上浮原因是混凝土對臺車的徑向壓力的垂直分力所致。如圖1所示，假設(shè)P為圓心以下澆筑襯砌混凝土的任意質(zhì)點，重量為G，質(zhì)點P有兩個分力，即F1（質(zhì)點對臺車的徑向壓力）、F2（質(zhì)點對巖面的壓力），B角為質(zhì)點徑向受力方向和水平方向的夾角，F(xiàn)1=G/sinB、F2=GctangB。臺車徑向受力F1分為對臺車的水平壓力F3和對臺車上浮力F4，F(xiàn)3=F1cosB、F4=F1sinB。由此可知F4=G，即澆筑的混凝土重量多少就是對臺車的上浮力?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎靠萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎炕炷翝仓翀A心以上后，還存在一個混凝土的壓強轉(zhuǎn)換為壓力的部分力，但影響不大。這只說明圓心位置不是上浮受力最大的位置。上述為臺車所受凈載上浮力的理想分析，泵送混凝土在輸送過程中對所澆筑混凝土的沖量，該力也不可忽視，在此不做定量分析?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎颗_車受力計算：襯砌臺車自重55T。圓心以下3.5m高襯砌面積為5.89m2，襯砌長9m，混凝土每立方米重量按2.5T計，單側(cè)澆筑混凝土重量為66.3T，雙側(cè)為132.6T，遠超出臺車的自重（只按凈載考慮），雙側(cè)澆筑混凝土至圓心高時，需要混凝土53.01m3混凝土，只需3~4小時時間，臺車上浮是一種必然現(xiàn)象。科技流交仙游工程項目部7.2臺車上浮造成的安全、質(zhì)量隱患臺車上浮的表觀現(xiàn)象主要表現(xiàn)在襯砌外觀類似組合鋼模澆筑的均勻印痕，上浮的嚴(yán)重程度表現(xiàn)為印痕的間距稀疏。由上述上浮原因分析，臺車上浮會造成臺車門架和軌道虛連或脫離，虛連時會產(chǎn)生門架相對襯砌模板位移，模板變形、襯砌幾何尺寸發(fā)生偏差，脫離的會造成襯砌臺車失穩(wěn)、崩塌，造成臺車損壞、澆筑混凝土報廢。上浮造成臺車上頂，已襯砌段拱頂搭接部分頂成弧形開裂，造成永久的質(zhì)量缺陷，因上頂臺車拱部受力頂部鋼模板會產(chǎn)生橢圓變形，從而影響襯砌幾何尺寸。科技流交仙游工程項目部7.3臺車上浮的控制方法科技流交仙游工程項目部（1）嚴(yán)格控制襯砌混凝土的配合比臺車上浮是混凝土的流體受力所致，由此可知控制混凝土的流動度是致關(guān)重要的，這又和泵送混凝土坍落度要求大的特性相矛盾，就現(xiàn)場的實際情況選擇質(zhì)量最佳的品牌水泥，為改變泵送混凝土的流體受力在混凝土添加高小減水劑，在適宜泵送時盡量減小混凝土的水灰比，坍落度控制在12~14。在施工過程中嚴(yán)格控制配合比，避免隨意更動配合比造成損失。（2）嚴(yán)格控制混凝土澆筑速度、順序襯砌圓心以下的混凝土澆筑速度的快慢是臺車上浮的關(guān)鍵，臺車在制作過程中混凝土窗口開的位置不合理；施工過程中工人為了少換一次輸送管連續(xù)澆筑混凝土過高，往往會造成臺車上浮，要求左右側(cè)交替澆筑混凝土，每次澆筑高度和兩側(cè)高差均不超過1m。在澆筑圓心以下的混凝土?xí)r，要放慢澆筑速度?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎浚?）加強臺車自身的抗浮能力臺車就位后上緊各絲杠千斤頂，在門架間加設(shè)工字鋼作為橫向支撐，以加強臺車和下部直墻混凝土的摩擦力；在臺車頂部鋼模和巖面間加設(shè)兩個50T千斤頂來約束臺車的上浮。澆筑混凝土過程中因不均勻受力各絲杠千斤頂還會不同程度的有松動，要及時對其重新上緊，絲杠千斤頂?shù)乃蓜訙p小了臺車同下部直墻的摩擦力，宜造成單側(cè)上浮。（4）加強過程控制主抓混凝土的配比、混凝土的澆筑時間、順序、高差；臺車的澆筑前的加固情況和澆筑過程中二次重新緊固各千斤頂。各工序?qū)Ｈ素撠?zé)，嚴(yán)格按照規(guī)范、規(guī)程施工?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎堪恕⑹┕ぷ⒁馐马椏萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎竣?鋼模臺車每循環(huán)工作前應(yīng)校對預(yù)設(shè)前、后底座支撐面是否水平、牢固，應(yīng)測量隧道中心與預(yù)設(shè)前、后底座支撐面中心是否重合，中心距是否準(zhǔn)確。工作時，檢查各部件螺栓、銷子的松緊狀態(tài)，所有的千斤頂是否安裝到相應(yīng)位置。②.澆筑頂模時，收倉前的估料要準(zhǔn)確，避免多余砼壓進倉號，造成模板變形或跑模。遇頂拱塌方段或超挖時，一次襯砌厚度應(yīng)小于120㎝，剩余部分進行二次回填。③.單倉砼澆筑完成后，凝固時間不宜過長，否則脫模困難。鋼模臺車拆模時間，應(yīng)根據(jù)頂拱砼強度達到設(shè)計強度的40%～50%后拆模。通常，澆筑后12小時即可脫模，夏天可根據(jù)情況提前到8小時脫模?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎竣?檢查液壓系統(tǒng)應(yīng)無泄漏現(xiàn)象和保持清潔的液壓油，工作時壓力表開關(guān)應(yīng)打開。.每個循環(huán)完成后，檢查液壓站的抗磨液壓油用量是否足夠，不夠應(yīng)補加。檢查各聯(lián)接螺栓是否松動，銷子是否可靠，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。.定期檢查行走電機、液壓電機的控制電路是否正常?？萍剂鹘幌捎喂こ添椖坎竣?在與全斷面液壓襯砌臺車配套使用的砼運輸工具必須是使用混凝土運輸罐車運輸洞外拌合好的成品混凝土，保證混凝土灌注過程不間斷進行。對于運距較遠的工作面，可以使用緩凝劑防止混凝土在罐內(nèi)凝固以保證混凝土的質(zhì)量。泵送施工前，首先根據(jù)鋼模臺車混凝土澆筑的特點，澆筑計劃，要求的運送距離，輸出量等來選擇混凝土泵的型號，或?qū)σ延械捻疟眠M行驗算。輸送管路布置的一般原則；（1）管線盡可能短，少用彎頭和軟管。（2）管道經(jīng)過的路線應(yīng)能保證安全施工