沈继承

（辽宁省水利厅，辽宁 沈阳110003）



针梁台车在圆形有压隧洞混凝土衬砌中的应用

沈继承

（辽宁省水利厅，辽宁 沈阳110003）

［摘 要］本文通过对某工程圆形有压隧洞混凝土衬砌施工针梁式钢模台车的应用实际，对针梁式钢模台车结构原理进行了系统阐述，对其模板支立定位快速、混凝土入仓振捣方便、成型混凝土外观质量好的优点进行了总结分析，以及具体实际施工情况进行统计分析，可以为类似工程提供经验。

［关键词］隧洞工程；全圆断面；针梁台车；衬砌；混凝土

1　工程概况

辽宁省某重点工程4-8有压隧洞全长3 192 m，衬砌断面为圆形，成洞尺寸D=5.4 m，纵坡度i=-0.657 47%，每仓衬砌长12 m，共衬砌混凝土266仓。隧洞混凝土衬砌采用全液压针梁式钢模台车全断面浇筑成型，两仓模筑混凝土间设一道环向施工缝，安装350 mm×10 mm的高性能橡胶止水带。隧洞衬砌混凝土性能指标为C35W 12F200，Ⅴ类围岩洞段环向及纵向钢筋规格分别为φ28 mm 和φ16 mm；隧洞衬砌混凝土保护层厚7 cm。

2　方案选择

4-8有压隧洞于2014年9月10日具备混凝土衬砌条件，工期要求2015年12月20日前全部衬砌完成，有效施工期466 d，平均1.75 d/仓，采取两套针梁式全液压钢模台车由隧洞中部分别向进出口方向相背衬砌可满足工期要求。

4-8有压隧洞最大开挖洞径D=6.6 m，洞内施工空间较小，针梁式钢模台车具备操作简便、运行定位快速、支立脱模易于操作的优点。采用针梁式钢模台车衬砌混凝土较容易控制结构尺寸，且成型混凝土外观较为光滑密实。考虑混凝土衬砌整体情况，具备人员投入少、材料设备消耗小的特点，施工成本较为经济合算。

3　针梁式钢模台车

3.1主要参数

针梁式钢模台车主要为4-8隧洞整体衬砌设计，可满足全圆断面隧洞一次浇筑成型，立模、拆模用液压部件操作，定位找正由底座竖向油缸和调平油缸进行；台车结构为步进式，安装在台车中部水平纵向型钢桁架上的卷扬机使钢模和针梁作相对运动以使钢模台车移动。其主要技术参数为：模板直径φ5.46 m；针梁长28.5 m；理论混凝土衬砌长12.0 m；额定电压380 V；油泵CBY2016型；油泵电机Y160M-4型，功率11 kW；摆线针轮减速器XED 7-35-7.5型，转速比i=35；台车最大升降量700 mm，最大横移量左右120 mm；液压系统工作压力16 MPa；行走速度3 m/m in。

3.2主要部件

全圆断面针梁式钢模台车由模板系统、针梁系统、梁框系统、油缸系统、卷扬牵引机构、抗浮装置组成。

3.2.1模板系统

4-8有压隧洞针梁式台车模板有效长度12.1 m（相邻两仓搭接长度10 cm），模板结构纵向由2 节1.55 m模板和6节1.5 m长模板组成，每节模板环向由顶拱模板、左边拱模板、右边拱模板、底拱模板四部分组成，各部分模板采用饺耳销轴和高强螺栓混合连接，其对应圆心角：顶拱为50°，左右边拱都为100°，底拱为110°。考虑混凝土对模板的压缩作用，模板设计半径较理论半径大30 mm，顶拱模板通过横梁和立柱连成整体，作为模板和支撑大梁间的传力部件。模板面板选用厚度δ=6 mm钢板（Q 345A），拱梁采用厚度δ=12 mm×185 mm钢板作为连接各部分模板的肋板。拱梁之间的纵向联系梁以面板受力时的挠度控制，采用工字钢［10@40。

3.2.2针梁系统

针梁系统是钢模的受力支撑平台和台车行走的轨道，中心宽2.0 m、高2.5 m，由4节×2块组成，为水平装配式桁架组合结构；针梁主要由槽钢构成，其长度为28.5 m；针梁上、下有4套40 mm×40 mm的方钢轨道焊接在针梁上，为运输及安装方便，分为5节用高强度螺栓连接。

3.2.3梁框系统

梁框系统的下部与底模用螺栓联接构成门框式构架，在框架上、下部安装有行走轮系，针梁从门框内穿过，框架上部是安装边模、顶模伸缩油缸的支撑面；梁框门夹通过各支撑千斤顶和油缸与模板联接，以承受衬砌混凝土的径向压力；门架与底模上的横梁构成框架结构，立柱的间距为1.5m；为增强门架的强度和稳定性，门架立柱间设计有连接梁和斜拉杆等，门架立柱和横梁均用工字钢制成。

3.2.4液压动作系统

油缸主要有转换油缸和支拆模油缸，均为外购件；转换油缸/杆径为φ125 mm/φ90 mm，系统压力16 MPa；支拆模油缸/杆径为φ100 mm/φ63 mm，系统压力10 MPa。

3.2.5前后底座

针梁式衬砌台车整体受力结构为剪支梁结构，前、后支座分别安装在针梁两端，是针梁式钢模台车受力支点，混凝土衬砌时全部重量都落在两个底座上，然后传递到两端基础面上；每个底座安装有两个可承受50 t力的液压竖向油缸与针梁连接，作为对中调整机构以便模板垂直方向的对中调整，从而完成底模的立模和脱模动作；前后底座上同时各安装有2个水平油缸，利用其左右移动来调整模板中心线与隧洞轴线相吻合。

3.2.6抗浮装置

考虑4-8有压隧洞衬砌混凝土是一次性浇筑成型，为防止施工过程中混凝土浇筑速度过快时模板受混凝土产生的浮力向上移动，在钢模两端安装有8个抗浮千斤顶，制约上浮力作用，在前后抗浮架上安装有4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，可随模板在针梁上移动，在混凝土浇筑时防止错台和克服混凝土张力。

3.3动作机理

3.3.1立模

钢模上安装3组油缸，可完成立模、拆模工作，在顶模和侧模对应位置安装螺旋千斤顶，油缸伸出，钢模定位后，旋紧螺旋千斤顶，这样保证了衬砌尺寸的准确性，同时减轻了油缸的卸载。脱模时先脱顶模，再脱右边模，然后脱左边模，最后底座油缸向上顶，使整个台车向上运动，底模便于混凝土脱离。

3.3.2行走

安装在针梁上的卷扬机用2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，针梁和模板互为支点相对运动使台车前行。移动针梁式钢模台车时，采用钢丝绳牵引，先固定模板，移动针梁；后固定针梁，移动模板。由于针梁全长只有28.5 m，当上一循环先固定模板，再进入下一循环时应先移动针梁，再固定针梁，之后才移动模板，如此反复循环，达到不断运动的目的。

3.3.3定位

采用TS09-1″全站仪进行轴线定位，安装在底座上的油缸上、下、左、右运动，钢模台车可做纵、横向调整。其中，纵向稳定由底座竖向油缸支撑与抗浮千斤顶共同完成；横向稳定是安装在前后抗浮架上的两对定位伸缩千斤顶，当台车调整后旋紧千斤顶，支撑针梁，保证台车横向稳定。

4　混凝土浇筑

4.1衬砌方案

4-8有压隧洞衬砌混凝土标号为C35W 12F200，根据施工总体安排，采取2套针梁式钢模台车由洞段中部D195+764桩号开始分别向隧洞进、出口方向相背进行衬砌施工，每套针梁式钢模台车承担133仓混凝土浇筑任务，单台针梁钢模台车浇筑速度3.5 d/仓；混凝土利用布置于洞外的HZS60型混凝土拌和站集中拌制生产，利用JV6型混凝土搅拌运输罐车水平运至仓面，采用HBT60型拖式混凝土泵泵送入仓，采用ZN 50型插入式振捣器配合钢模台车辅助附着式振捣器振捣密实；混凝土浇筑按照断面两侧均衡上升，纵向由内到外依次后退的浇筑顺序直至隧洞顶拱全断面封闭完毕。

4.2混凝土浇筑

4.2.1底模混凝土浇筑

进入浇筑仓位的混凝土经底模工作窗入料进行浇筑，时间2～3 h；浇筑时为使混凝土表面光滑、减少气泡缺陷，在浇筑过程中利用模板上布置的附着式振捣器配合插入式振捣器振捣密实。并利用底部模板中部预留的观察/排气窗口进行人工观察，底模部位混凝土浇筑完成后及时利用插销板封闭。

4.2.2边模混凝土浇筑

混凝土经边模工作窗入料进行浇筑，时间5～6 h；浇筑时为保证钢模台车受力均匀，左右模板混凝土应间隔浇筑，其混凝土表面高差应不大于0.5 m，且每浇筑一层混凝土即用插入式振捣器振捣密实。

4.2.3顶模混凝土浇筑

混凝土由顶模注浆口入料进行浇筑，时间2～3 h；浇筑时注意观察混凝土注入情况，发现混凝土浇筑满时（模板两端头挡头模板部位开始析出水或稀浆）应立即停止泵送混凝土，以免顶部模板局部压力过大造成模板变形，并同时推进插销板封住工作窗口；混凝土浇筑完成后开动附着式振捣器振捣密实。

隧洞混凝土衬砌作业工序循环时间统计见表1。

4.3台车脱模

混凝土浇筑养护完成达到规定强度后（根据现场试验室同条件试块试验），即可进行台车脱模工作：1）松开各螺栓支撑千斤顶，启动液压系统；2）收缩顶模油缸，顶模脱离；3）收缩右模油缸，右模脱离；4）收缩左模油缸，左模脱离；5）向上伸出竖向油缸，底模脱离。

脱模完成后立即进行混凝土的气泡、麻面等缺陷修补，对模板进行清理，涂刷脱模剂，拆除堵头模板，待下一仓钢筋验收合格步进至下一个浇筑仓位。

表1　隧洞混凝土衬砌作业工序循环时间统计表

4.4人员配置

4-8有压隧洞采取针梁步进式钢模台车进行混凝土衬砌施工，具备人员投入少的特点，除混凝土拌和站、机械操作手、电工等常规配置外，配合针梁式钢模台车施工的作业工人仅需16名，施工成本较为经济合算。

5　结语

结合某工程4-8有压隧洞混凝土衬砌施工实际，水工隧洞混凝土外观质量要求高，采用针梁式钢模台车进行混凝土衬砌具有全圆断面一次浇筑成型，工序少、效率高、隧洞底板无接缝错台，混凝土表面光滑、整体成型面质量高的特点；同时，针梁式钢模台车装、卸、行走方便，调试灵活，使用方便，立模、脱模时间短，辅助工程少，极大地提高了施工速度，降低了现场作业人员的劳动强度；从施工质量、施工进度、施工成本等方面综合分析，针梁式钢模台车值得在长距离有压圆形隧洞混凝土衬砌施工中广泛应用，其结构制作、操作及施工环节等可供其他类似工程借鉴。

［中图分类号］TV543+.3；TV732+.3

［文献标识码］A

［文章编号］1002—0624（2016）07—0018—03

［收稿日期］2016-03-21