针梁式钢模台车在斜井及弯段衬砌中的应用

针梁式钢模台车在斜井及弯段衬砌中的应用

摘要： 本文以金沙江向家坝水电站右岸地下引水发电系统工程中的引水隧洞为例，详细阐述了引水隧洞斜井段、上弯段及上平段均采用针梁式钢模台车衬砌。针梁式钢模台车设计为全断面的圆形结构，主要由模板总成、导梁系统及前后支腿、前后支承、液压系统、电气系统等辅助构件组成。灵活采用了针梁式钢模台车在大断面圆形隧洞斜井段、弯段及平段中的应用，即可保证质量，节省资金，加快施工进度。

关键词：

针梁式钢模台车斜井弯段平段衬砌应用

1、工程概况

向家坝水电站是金沙江梯级开发中的最后一个梯级，工程枢纽建筑物主要由混凝土重力挡水坝、左岸坝后厂房、右岸地下引水发电系统及左岸河中垂直升船机等组成。右岸地下引水发电系统中引水隧洞共计4条，相邻隧洞之间的中心间距36m，洞型为圆形，分别由上平段、上弯段、斜井段、下弯段和下平段组成。引水隧洞下平段采用钢衬，1＃引水隧洞钢衬段长度56m，2＃～4＃引水隧洞钢衬段长度36m，钢管与围岩之间回填素混凝土。钢衬之前的引水隧洞采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.8m。

2、针梁式钢模台车选定

（1）台车选型原则

鉴于地下电站工程的特殊性，为确保混凝土的外观质量，加快施工进度，降低施工成本，在总结以往地下洞室衬砌台车施工经验的基础上，借鉴国内外类似工程的成功施工经验，从台车选型、制作、安装到拆除，设计完善的可操作性强的衬砌台车，合理规划使用衬砌台车，满足混凝土内外在质量。尽量采用便于安装和拆卸，减轻工人劳动强度的衬砌台车。并保证台车结构要有足够的稳定性、刚度和强度，还要有足够的密封性，保证混凝土的结构尺寸、形状和相互位置符合设计规定。

（2）台车选型

衬砌台车有移动式、轨道式、穿行式等，单条引水隧洞斜井段、上弯段及上平段衬砌直径相同且衬砌断面大等，利用这一特点考虑采用一种型式衬砌台车。采用移动式、轨道式、穿行式在平段中很容易实现，在弯段和斜井段中很难实现。引水隧洞工期紧、任务重，衬砌型式选定直接关系到是否能按期完工和电站按期发电，经反复推敲由针梁模板将其加上前后支腿、前后支承等就组成了针梁式钢模台车。针梁一般均为直线，平段及斜井段均为直线是完全可以实现的，

而弯段存在问题，为解决此问题，经计算台车针梁及台车架在弯段中可以通过，则考虑弯段另配备一套模板即可。设计中模板与台车可分离，在斜井段衬砌完成后将台车牵引至进水口拆除直线段模板，装上弯段模板，再将装上弯段模板的台车牵引至弯段衬砌，这样就解决了针梁式钢模台车衬砌弯段的问题。

3、针梁式钢模台车设计

针梁式钢模台车设计为全断面的圆形结构，主要由模板总成、导梁系统、牵引系统、前后支腿、前后支承、液压系统、电气系统等辅助构件组成。

（1）模板总成

模板总成由顶模板、左边模板、右边模板、底模板、楔形模板、堵头模板、加长模板、加长模板及窗口、外支承、千斤顶等组成。砼浇筑按9m进行分段，针梁钢模台车设计长为9m，分成6个节段，每段1.5m长，相互之间以螺栓联接，各节模板前后可以互换；顶模板、左右边模板、底模板之间以铰连接。模板设有工作窗口、混凝土浇筑窗口。钢模伸展后直径为12m。底模与帽梁之间以螺栓联接，针梁与底模之间及针梁与帽梁之间装有承重小车和梁侧小车，在液压马达驱动下，针梁能相对底模移动。

（2）导梁

导梁由针梁、帽梁、液压马达、主动链轮组、从动链轮组、链条、承重小车、梁侧小车和千斤顶等组成。针梁和帽梁为桁架结构，针梁总长约20m，节间以高强度螺栓联接。帽梁套在针梁上，通过承重小车和梁侧小车由液压马达驱动链条，拖动帽梁在针梁上滑行，针梁与帽梁间由千斤顶锁定。

台车针梁：根据隧洞衬砌断面确定针梁尺寸为6.0m×5.0m（宽×高），宽度以隧洞中心线左右各3.00m，高度以隧洞中心线上部为1.00m，下部为4.00m，针梁长度为12.00m，前部伸出模板1.00m并与前部支墩相连，后部伸出模板2.00m并与后部支墩相连，支墩下部为行走系统，针梁外部是台车架。

（3）前后支承与前后撑杆

由于隧洞为全断面一次衬砌成型，在浇筑混凝土过程中会产生很大的上浮力。因此必须设置前后支承，以保证浇筑混凝土过程中模板位置不会发生变化，从而确保衬砌混凝土达到设计要求。前后支承都安装在帽梁上，分别支承在开挖隧洞和已衬砌隧洞的顶部；同时，在水平方向帽梁与隧洞间也设有前后撑杆，前后支承与撑杆由丝杆锁紧，支承上设有工作平台以满足施工要求。

台车行走系统：台车行走系统分为前部行走系统和后部行走系统，行走系统位于支墩下部。前部行走系统在已铺设好的轨道上行走，轨道铺设在隧洞外层钢筋设计线以外，轨道在台车移至新浇筑块拆除后不占其位置，轨道在混凝土浇筑前已铺设好，利用钢管运输所用轨道基础，拆除其原有工字钢轨道重新铺设

P38型轨道，轨道在每个浇筑块台车就位好后将其拆出。后部行走系统在已浇筑好的混凝土面上铺设轨道行走，轨道采用槽钢，每条长度为1.50m，随台车的前行而后拆前铺。台车行走分为两个系统，第一为牵引系统，由卷扬机延针梁轴线方向牵引；其二为爬行系统，采用P38型爬行器，爬行器安装在前行走轮与轨道之间。

为了保证针梁式钢模台车的稳定性，对于针梁式钢模台车衬砌斜井段时以往工程一般由卷扬机牵引即可，而本工程引水隧洞针梁式钢模台车不仅有卷扬机牵引，而且在台车前行走轮上采用P38型液压爬行器，该爬行器主要由液压缸、上下腔、前后夹爪等组成，爬行器可以自锁，即使液压系统出现故障，爬行器仍然不会后退，在机械自锁的情况下前后夹爪同时受力，向下荷载越大，锁紧力也越大，因此针梁式钢模台车运行起来就更加安全可靠了。

（4）液压系统及电气系统

液压系统由油泵电机组、执行元件及控制元件等组成。由油泵电机及其控制回路和照明回路组成。

4、针梁式钢模台车工作原理：

整个台车及模板在进水口进行组装，组装好后将其牵引下放至斜井段末端进行斜井段混凝土衬砌，首先通过前后支墩对针梁进行定位，然后由模板的液压系统对模板进行定位，最后验收封堵头模板浇筑混凝土。第一块混凝土浇筑完成待强后，先将前后上部顶撑收回，然后由伸缩臂将顶部及两侧模板收回，最后调节前后支墩针梁上升将底模提起，此时模板均脱离混凝土面，进行台车的前移，台车通过前轮与轨道之间的爬行器、针梁部位的牵引系统移至下一浇筑块。

5、针梁式钢模台车制作安装

针梁式钢模台车采购标准产品，制作由具有资质的专业厂家制作。台车各构件制作完后，按施工部位、顺序编号，采用载重汽车运到电站进水口工作面附近。安装前，按施工详图进行弹线、放样，安装时设置牢固可靠的临时固定和拉结。台车在吊运安装过程中严格按操作规程执行，保护台车模板，防止模板变形损坏。台车模板的现场安装拼接，要注意拼接质量，接缝平整严密，防止错台现象，确保模板安装满足规范及技术要求。台车首先在进水口进行组装（模板为直线模板），由两台25t汽车式起重机配合，组装完后将其牵引至斜井段末端进行斜井段混凝土衬砌；斜井段衬砌完后将台车牵引至进水口拆除直线模板安装上弯段模板，完后牵引至隧洞弯段进行混凝土衬砌；弯段衬砌完后再次将台车牵引至进水口拆除弯段模板安装上直线段模板，最后牵引至隧洞上平段进行混凝土衬砌。

6、针梁式钢模台车衬砌

利用隧洞衬砌块长度比隧洞衬砌直径小这一特点，台车在通过弯段时直

线距离为12m时上下模板面离岩石面均有一定距离，因此台车能很顺利的通过弯段。台车组装完后将其牵引至斜井段末端进行斜井段混凝土衬砌。当斜井段衬砌完成后，钢模台车拖移至进水口拆除直线段模板，将其制作好的弯段模板按编号顺序安装到台车上，沿轨道牵引下放至弯段进行混凝土浇筑，弯段衬砌完成后再次将台车拖至进水口拆除弯段模板换上直线段模板，最后牵引至上平段进行混凝土衬砌。

7、结束语

隧洞衬砌混凝土施工方法有很多，但对于大断面衬砌隧洞采用针梁式钢模台车，且斜井段及弯段均采用，可节省劳动力，加快施工进度等。若采用钢桁架外挂标准钢模板进行衬砌，直线段至少需要10天以上，弯段至少需要15天以上，而采用针梁式钢模台车只需要5天完成，大大提高了工作效力，且施工质量也得到了保证。