针梁式钢模台车在洪家渡水电站引水隧洞混凝土衬砌施工中的应用

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[摘要]：采用针梁式钢模台车对水工隧洞全断面衬砌，其成型度好，表面光洁度高，施工速度快，给施工创造一个较好的条件。本文简要介绍针梁式钢模台车在洪家渡水电站引水工程1#引水隧洞0+220m桩号以后段衬砌混凝土施工中应用，在施工中不断总结、优化，使得衬砌混凝土施工达到快速、优质的目的。本文着重介绍在引水隧洞混凝土衬砌施工中的几点施工经验，以供参考。

关键词：洪家渡水电站针梁式钢模台车 引水隧洞全断面混凝土衬砌

一、工程概况

洪家渡水电站位于贵州省织金县与黔西县交界处的乌江上游六冲河上，是乌江梯级龙头电站。电站装机容量600MW，保证出力171.5MW，多年平均电量15.94亿KW.h。主体工程由钢筋混凝土面板堆石坝、洞式溢洪道、泄洪洞、引水系统、地面厂房及开关站等几部分组成。

该电站采用三洞三机单元供水方式，1#引水洞长616.136m、2#引水洞长600.057m、3#引水洞长576.118m，由进口段、闸门井段、引水隧洞段、压力钢管段组成。引水隧洞开挖直径9.0m、9.8m，纵坡i=0.08，衬砌内径为7.8m的圆形断面，压力钢管内径6.0m，开挖洞径7.4m。根据148的联营协议，水电八局承建引水隧洞0+220桩号以后段。

根据洪家渡水电站引水工程特征、施工进度等要求，引水隧洞衬砌混凝土衬砌中采用针梁式钢模台车，砼泵输送砼入仓一次浇筑成设计断面。混凝土衬砌成型度和表面光洁度均达到设计要求。

二、针梁式钢模台车简介

1、根据引水隧洞结构、长度以及引水隧洞施工环境等，并参考以往隧洞工程衬砌混凝土施工资料，引水隧洞采用针梁式钢模台车衬砌隧洞全圆断面底、边、顶一次成型，针梁式钢模台车设计长度为12m，设计直径为7.82m。

2、全圆针梁式液压钢模台车主要由模板总成、针梁总成、梁框总成、水平和垂直对中调整机构、卷扬牵引机构、抗浮装置、液压系统、电气系统等组成。

2.1模板总成

它用于隧洞的成形，隧洞的形状和尺寸主要靠它来制约。考虑到混凝土对模板的压缩作用，模板半径较理论半径大10mm。模板间用螺栓联接，每组模板由顶模、左边模、右边模、底模四块组成。各模块与园心夹角分别为：顶模40°，左边模110°，右边模100°，底模110°。底模两边分别用铰耳销轴连接左、右侧模板。顶模的一边与右侧模板用铰耳销轴连接，另一边与左侧模板用螺栓和销轴联接，当顶模油缸收缩时，顶模与左侧模板脱开，形成400-500mm的间隙，左、右侧模板就可在侧模油缸的作用下与浇筑面脱开，完成顶模和左右侧模板的收缩。

2.2针梁总成

它是钢模的受力支撑平台和台车行走的轨道。针梁总成为装配式桁架组合结构。针梁上、下焊接有四条方钢轨道。

2.3梁框总成

它的下部与底模用螺栓联接，构成一个门框式构架，在框架上、下部安装有行走轮系，针梁从门框内穿过，框架上都是安装边模、顶模伸缩油缸的支承面。梁框门架是通过各支承千斤和油缸与模板连接。门架与底模上的横梁构成框架结构。

2.4 底座

前、后底座分别安装在针梁的两端，是针梁的受力支点，衬砌时台车的全部重量都落在两个底座上，每个底座上安装两个液压竖向油缸。

2.5 端头堵板

为了解决钢模两端的封堵问题，设计了端头堵板，它是由堵头角铁、钢模拱板及封头木板组成，用螺栓联接。

2.6 抗浮装置

由于是一次性浇注，当浇注速度过快时，钢模将受到混凝土产生的浮力，为了不使钢模在浮力作用下向上移动，在钢模两端安装四个抗浮千斤顶制约上浮力的作用，在前后抗浮架上安装四个侧向千斤顶，使针梁和钢模不产生侧向位移。抗浮架有2套，分别安装在模板的前后部，并与门架连接，抗浮架下面安装有滚轮,因此，抗浮架随模板在针梁上移动，抗浮架上安装有竖向抗浮千斤和水平抗浮千斤，在浇筑时防止错台和克服混凝土的涨力。

2.7 行走机构

行走机构是由支座和多个滚轮等零件组成，共有四套行走架安装在门架内针梁的上下方， 因此针梁可在行走架的滚轮上移动，支座由槽钢构成，滚轮是铸钢件，滚轮设计成带轮边的结构，使针梁或模板移动时不会左右摆动。

2.8水平和垂直对中调整机构

平移机构安装在针梁下面前、后底座上，前、后底座上各安装有2个竖向油缸与针梁连接，竖向油缸的伸缩可使针梁上升和下降，以便模板垂直方向的对中调整，从而完成底模的脱模和立模，最大脱模行程为390mm；前、后底座上各安装有1个水平油缸，利用其左、右移动来调整模板中心线与隧洞中心线相吻合，左右移动行程为125mm。

2.9卷扬牵引机构

由摆线针轮减速器驱动双卷筒作同步旋转，钢模和针梁通过钢丝绳的牵引作相对运动z(即固定针梁移动钢模或固定钢模移动针梁)。卷扬牵引机构安装在针梁的后端，卷扬机有两个钢丝绳卷筒，两个卷筒之间用链条连接，两个卷筒上的钢丝绳分别与门架前后端连接，从而带动针梁和模板作相对运动，完成台车的移动。

2.10液压系统

台车立模、拆模、定位找正工序都是靠液压油缸的伸缩来完成。液压系统由3个顶模油缸、6个侧模油缸、4个竖向油缸、2个水平油缸和两套泵站组成。3个顶模油缸、 6个边模油缸(每边3个)作立顶模、侧模用；4个底座竖向油缸支撑针梁，是钢模移动和浇注混凝土的受力支点，底模与混凝土脱离也是靠它的顶推作用来完成。液压系统由一台电机作动力，每个油缸均由单向节流阀控制速度。

2.11电气系统

主要对液压系统油泵电机的开关和卷扬机电机的正、反运转进行控制，它采用380V三相四线制供电，最大供电能力100kw，它供给油泵电机、卷扬机电机、变频机组、附着式振动器、照明和电焊机用电等。针梁两端为混凝土输送泵预留有电源开关。

3、工作原理

3.1 钢模工作原理

钢模上安装了三组油缸，可完成立模、拆模工作。在顶模和边模的对应位置上安装螺旋千斤顶，油缸伸出，钢模定位后，旋紧螺旋千斤顶，这样保证衬砌尺寸的准确性，并减轻油缸载荷。脱模时，先脱顶模，再脱右边模，然后脱左边模，最后底座竖向油缸向上顶，使整个台车向上运动，底模便与混凝土脱离。

3.2行走原理

安装在针梁上的卷扬机用两根钢丝绳，分别绕过针梁端部和梁框上的滑轮，固定在针梁两端，针粱和钢模互为支点相对运动使台车前进。在脱模之前，收缩底座油缸，悬吊底座，针梁下面轨道落在底模行走轮上，开动卷扬机使针梁向前移动，到位后放下底座，油缸顶在针梁然后进行脱膜、在脱模后，开动卷扬机使其反方向运动，钢模即向前移动。

3.3 定位原理

底座竖向油缸上、下运动台车可作纵向调整，安装在底座上的调平油缸可使台车横向调整。

3.4 纵向、横向稳定原理

解决纵向稳定问题，下有底座竖向油缸支撑，上有抗浮千斤顶固定，使针梁和钢模紧密地结合在一起，增加了整个台车的稳定性，横向稳定装置是两对可定位的伸缩千斤顶，安装在前后抗浮架上，当台车调整后，旋紧千斤顶，支撑针梁，保证台车横向稳定。

三、针梁式钢模台车的应用

针梁式钢模台车在洞内需衬砌混凝土位置组装，所有部件用汽车运输到组装洞段，在引水洞顶拱上钻设起吊辅助锚杆，使用8t、25t汽车吊、手动葫芦辅助，组装完成。从组装到正式投入使用共需15 d。下一段混凝土浇筑只需一个班的时间即可就位安装好，进行混凝土浇筑。

针梁式钢模台车作业程序：收支腿，针梁前移―打支腿，收缩钢模―移动钢模到下一施工段―立模、调试测量定位检查、仓号验收合格后―浇筑混凝土。混凝土衬砌分段长度12 m，混凝土衬砌要求钢筋架设工序超前，针梁式钢模台车从就位、调整到混凝土浇筑、待凝、脱模共3 -5d为一个循环。直线段钢筋混凝土衬砌月达到6-10个循环，每月衬砌36-60 m。在洪家渡水电站1#引水隧洞0+220m以后段混凝土衬砌施工中应用，在施工中不断总结、优化，在最后几段混凝土衬砌施工过程中循环达4天。

针梁式钢模台车作业见下图

四、全断面针梁式钢模台车的优点

1、施工进度快

在洪家渡水电站1#引水隧洞0+220m以后段混凝土衬砌施工中，只要各工序、设备配套合理、正常，针梁式钢模台车直线段衬砌混凝土，单段循环可控制在3-5天，月进尺可达60 m-80 m。相对于钢模台车（由上部3／4及下部1／4两部分组成）可提高工效25％，相对于散装钢模花拱架衬砌水工隧洞混凝土，可提高工效30％。

2、质量好

利用针梁式钢模台车衬砌水工隧洞混凝土，隧洞断面尺寸标准、表面光滑，段与段之间接合好。

3、成本低

相对于钢模台车，利用针梁式钢模台车、穿行钢模台车衬砌水工隧洞混凝土，可降低成本30％。相对于散装钢模花拱架，可降低成本45％。

五、使用中存在的问题及解决的办法

1、模板与帽梁之间的杆件联接应便于清扫，以减少施工中混凝土粘结物。

2、顶模拆卸不灵活，混凝土浇筑后，联接顶模与右侧模的插销栓打出来较困难。能否变成其它方式联接，改善受力条件，以使顶模拆卸时灵活、方便，加快施工进度。

3、模板应设计为圆台型，不仅方便拆模，而且有助于保障段与段之间的接合质量。

4、抗浮装置宜采用螺杆千斤顶，减小浮托变形。

5、加大脱模行程，方便施工人员清理模板表面。

6、改进底模结构，减少衬砌混凝土底部气泡数量。

7、在针梁支腿上设防倾装置，可加快针梁式钢模台车移动就位速度。

8、行走系统待改进。

9、模板设计中不须考虑压缩变形。

六、施工中应注意的问题1、当钢模台车运到施工现场后，在使用前，应请制造厂家工程师到施工现场，对从事技术工作的同志及操作人员进行培训，以全面掌握钢模台车的工作原理、安装、操作程序。

2、施工中应掌握全断面钢模台车荷载。钢模台车所受荷载主要有新浇筑混凝土侧压力、承重压力、振捣荷载、混凝土浮托力、设备重量、钢模台车自重等。弄清楚这些荷载，对于了解钢模台车设计情况，正确使用钢模台车是很重要的。

3、在隧洞开挖完毕，基础清理冲洗干净后，进行钢筋绑扎。先利用简易的工作平台绑扎边、顶拱钢筋，后绑扎底拱钢筋，钢筋采用锚筋和架立筋固定。为保证钢筋安装准确、混凝土保护层达到设计要求，采用激光经纬仪定位。

4、模板节与节之间、块与块之间的联接一定要准确、无错台，以达到所衬混凝土表面光滑。

5、混凝土浇筑，待钢筋绑扎完毕后，钢模台车按作业程序就位，然后用端头定型模板或散装模板封端头，布置混凝土泵管，仓号经验收合格后进行混凝土浇筑。混凝土浇筑时，拱部中线左右两侧应对称地、均匀地浇筑，以免浇筑混凝土时对台车产生过高的偏压力，引起模板的变形，影响台车的正常使用。为了使所浇筑混凝土内实外光，除软轴插入式振捣器振捣外，还应在模板侧的一定位置布置一定数量的附着式平板振捣器进行振捣。

6、当一段混凝土衬砌完，钢模板脱离混凝土后，应及时清扫钢模，刷脱模剂，然后行走钢模，安装于下段设计位置。

七、结束语

针梁式钢模台车在洪家渡水电站引水工程1#引水隧洞0+220m桩号以后段衬砌混凝土施工中得到了成功的应用，施工质量良好、施工进度逐渐满足进度要求。该施工技术的运用，将改变水工隧洞混凝土衬砌的传统施工工艺和施工方法，为我局今后承建类似工程积累了经验。

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