针梁台车在引水隧洞衬砌中的应用

针梁台车在引水隧洞衬砌中的应用

牛支现

610123198106013273

摘要：本文以某水电站引水隧洞混凝土衬砌工程为例，根据实际选用针梁台车浇筑施工方案，介绍了针梁台车的结构形式、工作原理、施工工艺、质量管控及进度管控措施等，通过在本工程的实施，加快了衬砌速度，确保了浇筑质量，提高了机械化程度，希望能为类似工程提供借鉴和参考。

关键词：针梁台车引水隧洞衬砌应用

1．工程概况

某水电站引水隧洞全长8757m，隧洞开挖为马蹄形断面，底部为梯形，上部为圆形，洞径5.5m，坡度0‰～17.19‰，隧洞岩石主要以泥质粉砂岩为主，局部有断层、岩溶等地质构造，整个隧洞属于浅埋深段，岩石以Ⅳ～Ⅴ为主，其中842m为全断面衬砌，衬砌厚度60cm，洞径φ4.20m，结构为C30钢筋混凝土。

由于隧洞衬砌厚度较小，且布置钢筋较密，施工人员无法进入仓内振捣，混凝土内在、外观质量难以保证，加之本段隧洞地质条件较差，前期开挖过程中多次塌方，造成工期严重滞后，进度问题严峻，亟待解决，需月浇筑长度≥180m，才能按期实现节点目标。

2．针梁台车结构形式

本工程设计针梁台车全长28m，圆形模板直径φ4.22m，模板长度12.2m，整机外形尺寸Ф4.22×28m。主要由钢模、针梁、门架、卷扬牵引机构、液压系统、电器控制系统等组成。

（1）钢模由底模、左边模、右边模、顶模组成全圆，顶模、左右边模均能围绕门架上的绞轴转动，以便脱模；考虑到混凝土衬砌施工时对模板的压缩作用，模板的直径较理论直径大20mm，为4.22m。

（2）针梁为装配式桁架组合结构，宽1.55米，高1.59米，由6米、8米各2节组成。每节针梁均由H钢和工字钢焊接而成，上下各设有两条50×50mm方钢轨道，可在门架内的滚轮上沿轴线方向水平滑动。

（3）门架宽2.05米，高2.2米，主要由工字钢焊接而成，底端通过螺栓和底模连接，门架升降时可带动底模同时升降。

（4）液压系统由液压操纵台（电机、油泵、滤清器、液压阀等组成）、两组顶升油缸，三组脱模油缸、两组抗浮油缸、油阀及液压管路等组成。

针梁台车构造如图1所示。

图1 针梁台车构造图

3.工作原理及施工工艺

3.1 针梁台车工作原理

3.1.1 钢模工作原理

在顶模和左右边模上设置有三组液压油缸及支撑丝杆，用于完成支模、脱模工作。支模时，油缸伸出，钢模定位，保证衬砌尺寸准确，旋紧支撑丝杆，加固钢模，减轻油缸载荷。脱模时，先脱顶模，再脱左右边模，最后针梁随支腿油缸向上顶升，底模脱模。

3.1.2行走原理

卷扬机的两根钢丝绳,分别绕过梁框上的滑轮,固定在针梁两端, 卷扬机构工作时，针梁和钢模互为支撑相对运动。如此往复循环，可以实现针梁台车的整体前移。

脱模前,收缩支腿油缸,使之与地面脱离，针梁落在滚轮上,启动卷扬机使针梁向前移动,到位后放下支腿,旋紧支撑丝杆，进行脱膜。

脱模后,启动卷扬机使其反方向转动,钢模即向前移动，离开浇筑完成的衬砌段进入待浇筑衬砌段。

3.1.3 纵向、横向稳定原理

纵向稳定，针梁设置有支腿油缸及抗浮油缸，抗浮油缸安装在前后抗浮架上,并设有纵向支撑丝杆，当台车经油缸反复调整到位后,旋紧纵向丝杆加固,保证台车纵向稳定。

横向稳定，针梁设置有水平油缸及横向支撑丝杆，安装在前后抗浮架上,当台车经油缸反复调整到位后,旋紧横向支撑丝杆加固, 保证台车横向稳定。

3.2 施工工艺

3.2.1 钢模支撑

（1）利用附加行走机构及台车卷扬系统，将台车行走至待浇筑衬砌段位置，与洞轴线大体一致，台车就位。

（2）操作支腿油缸, 台车前后支腿落地，顶起台车，调整纵向丝杆，支承牢固，同时底模固定。

（3）操作左右边模、顶模油缸,使左右边模及顶模就位，调整油缸使模板达到设计位置。旋紧支撑丝杆,将模板支承牢固。

（4）操作支腿竖向油缸和横向调整油缸, 借助测量仪器,不断调整，使模板断面与隧洞断面中心重合，旋紧纵向丝杆和横向丝杆，对台车整体进行加固支撑。

（5）采用木模板封堵台车端头环形部位。

3.2.2 混凝土浇筑

（1）底模浇筑

支模完成后，混凝土经浇筑进料口进料，先进行底模部分的浇筑。振捣时采用附着式振动器，必要时可借助插入式振动器从进料口插入振捣。

（2）边模浇筑

底模浇筑完成后，开始边模浇筑。为了保证台车的受力均匀和浇筑质量，边模浇筑时左右侧的混凝土应同时上升，两侧混凝土的高差控制在5cm以内，浇筑一定高度后进行振捣。

（3）顶模浇筑

边模浇筑完成后，开始顶模浇筑，混凝土由顶模的浇注口进入。浇筑过程中随时观察浇筑情况，当混凝土浇满时，立即停止混凝土泵送，关闭浇注口，并进行附着式振捣。

（4）脱模

混凝土强度及稳定性达到规定要求后，即可进行脱模。松开各支撑螺旋丝杆, 启动液压系统，依次收缩顶模、左右边模油缸,顶模、左右边模脱离，顶升竖向油缸, 底模脱离，至此脱模完成。

4．针梁台车的优点

（1）结构稳定：针梁台车整体结构为钢构焊接形式，自身强度高、重量大，靠钢模自身强度和丝杆支撑，组合成的圆型模板受力状态好，结构稳定性强。

（2） 断面标准：由于台车结构稳定、自身强度高，钢模变形小，单块面积大，表面圆滑，浇筑成型的混凝土面规则、标准、光滑。

（3） 节约空间：钢模直径4.2m，断面面积约13.85m2，钢模宽度20cm，面积约2.51m2,剩余断面面积11.34m2,可以满足混凝土入仓、人员操作和行走空间需要。

（4）采用液压锁定系统，同时配套可调丝杆进行机械锁定，保证了模板在衬砌状态不变形、不移位，加大了模板的支承刚性，减轻了模板结构重量。

（5） 机械化程度高，节省了劳力、材料、机械费用，提高了功效。

5．进度管控

5.2 进度管控

确保针梁台车浇筑进度，主要是各工序之间的衔接及合理的人员组织安排。结合现场实际情况，总结加快混凝土衬砌进度方法如下：

（1）混凝土衬砌工序及施工顺序：底板清基→垫层混凝土浇筑→绑扎钢筋→支模→支挡头模板→浇筑混凝土→脱模。在保证质量及安全的前提下，将每道工序的施工时间压缩到最少，并确保各工序之间有效衔接，混凝土衬砌进度可大大加快。

（2）严格按照实验室提供的混凝土配合比进行拌制，控制好水灰比和坍落度，避免因混凝土泵管堵塞而延长施工时间。

（3）一般情况下，挡头模板支立完成后方可浇筑混凝土，如果在模板支立过半的时候进行混凝土浇筑，支模时间占主线时间可节省近半，相应混凝土衬砌时间也得到节省。

（4）弯道段混凝土衬砌时，在弯道处设一个避车道，将组合模板等施工材料提前运至避车道，针梁台车跳过弯道段继续进行直段混凝土衬砌，用提前运放在避车道内的材料进行弯道施工，这样既能避免台车拆装，也可实现直段和弯道段同时施工，互不影响，节省了时间，更有利于施工。

6．结语

针梁台车在本工程引水隧洞衬砌中的应用，在确保工程质量、加快施工进度、有效缩短工期和节约材料费用等方面取得了良好效果，其经济和社会效益显著，通过对针梁台车衬砌混凝土施工方法的不断认识与实践，并在实践中不断总结、研究和创新，进一步提高隧洞衬砌的技术水平和工作效率，为今后类似引水隧洞衬砌工程提供了借鉴和参考。