單向工作面布置四臺(tái)鋼模臺(tái)車在隧洞襯砌施工中的應(yīng)用

宋金波 強(qiáng)勤國(guó)

(葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司 廈門 361000)

1 工程概況

波波娜水電站位于新疆和田地區(qū)喀拉喀什河上，為引水式電站。波波娜水電站工程由攔河壩、泄水建筑物和發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房等主要建筑物組成，為中型Ⅲ等工程。總庫(kù)容398.65萬(wàn)m3，電站總裝機(jī)容量150MW，多年平均有效發(fā)電量6.66億kW·h。

發(fā)電引水系統(tǒng)布置在河道右岸，主要由進(jìn)口引水渠、進(jìn)水口、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、岔管、支管組成。引水系統(tǒng)采用一洞三機(jī)聯(lián)合供水的布置型式。整個(gè)引水隧洞段長(zhǎng)11.627km，洞型斷面設(shè)計(jì)為兩種:圓形斷面及馬蹄形斷面。圓形斷面洞徑為5.4m;馬蹄形斷面腰線以上頂拱部位設(shè)計(jì)為洞徑5.4m的半圓形狀，邊拱部位設(shè)計(jì)為半徑5.4m、圓心角為30°的圓弧形狀，底板部位設(shè)計(jì)為平面形狀。邊頂拱混凝土襯砌厚度0.4m，襯砌后的斷面輪廓尺寸為3.953m×5.4m。

四臺(tái)鋼模臺(tái)車即應(yīng)用于2.2km長(zhǎng)的單向工作面的直段馬蹄形斷面范圍內(nèi)。

該工程已于2011年4月10日投入使用，首臺(tái)機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電，截至目前，三臺(tái)機(jī)組運(yùn)行正常，已取得良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效果。

2 工程特點(diǎn)

因洞內(nèi)頻繁塌方，造成前期進(jìn)度滯后較為嚴(yán)重，為促進(jìn)襯砌混凝土施工進(jìn)度水平，通過(guò)認(rèn)真論證，該工程嘗試在單向工作面投入四臺(tái)剛模臺(tái)車開展施工。

3 四臺(tái)鋼模臺(tái)車構(gòu)造及布置方案

3.1 臺(tái)車構(gòu)造

鋼模臺(tái)車為軌道式邊頂拱襯砌臺(tái)車，是以電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)帶動(dòng)臺(tái)車行走，利用液壓油缸和螺旋千斤頂調(diào)整模板到位及收模的隧洞混凝土成型設(shè)備(見圖1)。

臺(tái)車由模板總成、托架總成、平移機(jī)構(gòu)、門架總成、主從行走機(jī)構(gòu)、豎向液壓油缸、側(cè)向支撐千斤頂、托架支撐千斤頂、門架支撐千斤頂?shù)冉M成。

模板由一塊頂模、兩塊邊模構(gòu)成橫斷面，頂模與邊模通過(guò)鉸耳軸連接。每節(jié)模板寬1.5m，縱向由8節(jié)模板構(gòu)成12m襯砌長(zhǎng)度。模板縱向由螺栓連接。模板上開有呈品字形排列的工作窗口，頂部安裝有與輸送泵接口連接的注漿裝置。模板板厚10mm，次梁采用75×6的角鋼，間距250mm。為保證模板頂部受力強(qiáng)度，模板每節(jié)中部均設(shè)置了加強(qiáng)弧形拱板。

門架設(shè)計(jì)為單層鋼架，是臺(tái)車的主要受力部分，由橫梁、立柱、上下縱梁通過(guò)螺栓連接而成。臺(tái)車行走有兩套機(jī)械傳動(dòng)裝置，通過(guò)一級(jí)齒輪減速器和兩條鏈條減速后驅(qū)動(dòng)臺(tái)車在鋪設(shè)的軌道上完成行走。為實(shí)現(xiàn)兩套驅(qū)動(dòng)裝置同步，采用兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)起動(dòng)，電機(jī)可正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行。模板的收分主要通過(guò)液壓系統(tǒng)控制進(jìn)行，模板的支撐通過(guò)模板通梁上的絲桿千斤頂控制。

臺(tái)車主要技術(shù)參數(shù)如下:

臺(tái)車類型:液壓自行式。

最大外型尺寸:16.464m×5.44m×5.42m(長(zhǎng)×寬×高)。

門架凈空尺寸:2.8m×3.85m(寬×高)。

臺(tái)車運(yùn)行速度:8m/min。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率:2×7.5kW。

主動(dòng)輪總數(shù):2×2個(gè)。

圖1 鋼模臺(tái)車橫斷面圖

液壓電機(jī)功率:7.5kW。

3.2 四臺(tái)鋼模臺(tái)車布置方案

引水隧洞混凝土襯砌每倉(cāng)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為12m，施工中采用先全部完成底板混凝土襯砌施工，再利用鋼模臺(tái)車進(jìn)行邊頂拱混凝土襯砌施工方式。四臺(tái)鋼模臺(tái)車在洞內(nèi)縱向一字布開，施工中采用跳倉(cāng)澆筑。

按照進(jìn)洞方向?qū)λ膫€(gè)臺(tái)車依次編號(hào)為:1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)，為了避免四臺(tái)臺(tái)車之間相互干擾，臺(tái)車備倉(cāng)、澆筑嚴(yán)格按照1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)臺(tái)車的先后順序循環(huán)開展備倉(cāng)、澆筑。施工中采用一跳三倉(cāng)，即1號(hào)臺(tái)車負(fù)責(zé)第4倉(cāng)、第8倉(cāng)、第12倉(cāng)，2號(hào)臺(tái)車負(fù)責(zé)第2倉(cāng)、第6倉(cāng)、第10倉(cāng)，3號(hào)臺(tái)車負(fù)責(zé)第3倉(cāng)、第7倉(cāng)、第11倉(cāng)，4號(hào)臺(tái)車負(fù)責(zé)第1倉(cāng)、第5倉(cāng)、第9倉(cāng)。

如此布置，既克服了四臺(tái)臺(tái)車的相互干擾問(wèn)題，形成了有序施工，便于現(xiàn)場(chǎng)組織，又使1號(hào)、2號(hào)臺(tái)車始終作為兩頭封堵鋼模臺(tái)車、3號(hào)、4號(hào)臺(tái)車始終作為補(bǔ)空檔倉(cāng)位鋼模臺(tái)車。

鋼模臺(tái)車設(shè)計(jì)制作中也遵循了上述施工要求。為滿足臺(tái)車跳倉(cāng)澆筑要求，可在標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)車每端部拼裝長(zhǎng)0.2m、厚10mm的搭接端，以滿足倉(cāng)位的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度要求。

圖2為四臺(tái)鋼模臺(tái)車布置及澆筑順序示意圖。

圖2 鋼模臺(tái)車布置及澆筑順序示意圖

4 平行流水施工作業(yè)及洞內(nèi)布置

為充分發(fā)揮四臺(tái)臺(tái)車施工工效，必須創(chuàng)造出四臺(tái)臺(tái)車平行備倉(cāng)、臺(tái)車與臺(tái)車之間達(dá)到連續(xù)澆筑的工效水平。即四臺(tái)臺(tái)車之間的混凝土澆筑工序作業(yè)形成流水線作業(yè)，在單臺(tái)臺(tái)車開展?jié)仓ば蜃鳂I(yè)的同時(shí)，其余三臺(tái)臺(tái)車可開展平行備倉(cāng)作業(yè)。

利用四臺(tái)臺(tái)車施工，即混凝土澆筑工序時(shí)間為整個(gè)混凝土施工的直線工期時(shí)間，其他工序時(shí)間均為平行備倉(cāng)時(shí)間。

為了創(chuàng)造平行流水施工條件，洞內(nèi)布置應(yīng)注意如下事項(xiàng):

a.四臺(tái)臺(tái)車按照一跳三倉(cāng)進(jìn)行施工，按照12倉(cāng)(12m/倉(cāng))距離作為一個(gè)循環(huán)段，為保證混凝土泵車不影響四臺(tái)臺(tái)車的行走，混凝土泵車應(yīng)布置于12倉(cāng)距離之外，泵管水平輸送距離以控制在200m之內(nèi)為宜。每完成一循環(huán)段(12個(gè)倉(cāng)位)即對(duì)混凝土泵車進(jìn)行遷移一次。

b.為克服四臺(tái)臺(tái)車備倉(cāng)澆筑過(guò)程中的相互干擾問(wèn)題，四臺(tái)臺(tái)車應(yīng)嚴(yán)格按照倉(cāng)位劃分及臺(tái)車先后順序進(jìn)行有序施工。

c.為克服鋼筋制安與四臺(tái)臺(tái)車施工的干擾問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件制作滿足混凝土攪拌車穿行的鋼筋臺(tái)車，并始終達(dá)到鋼筋制安超前邊頂拱混凝土襯砌施工部位及混凝土泵車布置部位。

5 工藝流程

工藝流程見圖3。

圖3 工藝流程

6 施工方法

按照12倉(cāng)距離作為一循環(huán)段，開展平行流水作業(yè)施工。采用跳倉(cāng)、泵送入倉(cāng)澆筑。

6.1 鋼模臺(tái)車洞內(nèi)安裝

鋼模臺(tái)車安裝在已完成底板混凝土澆筑部位進(jìn)行。為便于安裝，安裝前工作面不應(yīng)綁扎邊頂拱鋼筋，并應(yīng)對(duì)安裝部位的頂拱部分進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)挖，以滿足安裝空間要求。

安裝主要通過(guò)在頂拱部位增設(shè)起吊錨桿，利用手拉葫蘆進(jìn)行。同時(shí)，為了便于材料的轉(zhuǎn)運(yùn)，應(yīng)輔助利用ZL30裝載機(jī)配合。具體安裝流程為:測(cè)量放線→鋪設(shè)、固定軌道→行走裝置及下縱梁安裝→門架安裝、加固→平移小車安裝→托架縱梁安裝→頂模安裝→左、右邊模安裝→輔助支撐件及電路、油路系統(tǒng)安裝。

因鋼模臺(tái)車均設(shè)計(jì)為構(gòu)配件、螺栓連接，安裝起來(lái)相對(duì)方便。為保證安裝精度，施工中應(yīng)重點(diǎn)控制以下誤差指標(biāo):

a.軌道中心距誤差不得大于10mm;軌道高程誤差不得大于20mm;軌道中心與隧洞中心誤差不得大于20mm。

b.行走輪中心應(yīng)與軌道中心相重合，且誤差不得大于5mm。

c.門架下縱梁及托架縱梁(上縱梁)中心線對(duì)角線長(zhǎng)度誤差不得大于20mm。

臺(tái)車重量約55t，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工效，一般10天內(nèi)可以完成一臺(tái)臺(tái)車的安裝。

6.2 邊頂拱鋼筋制安

邊頂拱鋼筋制安利用現(xiàn)場(chǎng)制作的門架式鋼筋臺(tái)車進(jìn)行作業(yè)，鋼筋臺(tái)車?yán)眯弯撝谱鳎瑔伍L(zhǎng)6m，安裝行走輪，便于人工遷移作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)共制作4臺(tái)。

鋼筋焊接采用單面電弧搭接焊，鋼筋設(shè)計(jì)為雙層，采用先安裝外弧、再安裝內(nèi)弧鋼筋的順序進(jìn)行作業(yè)。一個(gè)倉(cāng)位設(shè)計(jì)240個(gè)焊接接頭，一班配置3臺(tái)電焊機(jī)、10人，1天可完成一個(gè)倉(cāng)位的作業(yè)。

為滿足四臺(tái)臺(tái)車快速施工條件，邊頂拱鋼筋制安在臺(tái)車安裝前應(yīng)超前安裝20個(gè)倉(cāng)位距離，并在臺(tái)車安裝及混凝土備倉(cāng)、澆筑時(shí)段開展平行作業(yè)，保證鋼筋制安工序不影響直線工期時(shí)間。

6.3 鋼模臺(tái)車行走及就位

臺(tái)車安裝、調(diào)試完畢后，即滿足了臺(tái)車行走條件。臺(tái)車行走前，軌道應(yīng)鋪設(shè)到位，該工程軌道選用P43kg/m型鋼軌，高度140mm，支撐在18號(hào)槽鋼上。臺(tái)車就位前，應(yīng)首先讓液壓系統(tǒng)按照下列步驟操作:

a.操作多路換向閥手柄，讓側(cè)向油缸收回，使下模(邊模)總成收回。

b.收回豎向油缸，使上模(頂模)總成下降，在油缸動(dòng)作前，要縮回相應(yīng)的托架支撐千斤頂。

c.旋回門架基腳千斤頂，使其離開軌面。

d.操作臺(tái)車行走電器按鈕，使臺(tái)車在電機(jī)牽引下行走。

e.臺(tái)車就位后，縮定行走輪，旋出基腳千斤頂撐緊鋼軌，防止臺(tái)車移動(dòng)。

臺(tái)車行走、就位約需2h。

6.4 鋼模臺(tái)車立模

臺(tái)車行走至襯砌位置、鋼筋工序驗(yàn)收后，即可開始立模工作。臺(tái)車立模按照以下步驟操作:

a.操作多路換向閥手柄，讓平移油缸工作，在測(cè)量人員的配合下，通過(guò)左右調(diào)節(jié)，使模板外形中心線與隧洞中線重合。

b.操作多路換向閥手柄，讓豎向油缸工作，升降調(diào)節(jié)，使頂模總成外形達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

c.操作多路換向閥手柄，讓側(cè)向油缸工作，升降調(diào)節(jié)，使邊模總成外形達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

d.臺(tái)車模板外形達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，將托架支撐千斤頂撐緊托架縱梁。將側(cè)向支撐千斤頂旋出，撐緊千斤頂連接梁，以至達(dá)到模板總成結(jié)合密貼。

e.模板外形輪廓到位固定后，即可開始進(jìn)行環(huán)向止水帶安裝及堵頭模板的立模工作。堵頭模板采用3cm厚度層板，四周圍囹采用10cm×10cm方木。模板固定時(shí)，一端通過(guò)加工的角鋼作為環(huán)向圍囹，以螺栓連接固定在臺(tái)車上，另一端通過(guò)墻壁錨桿固定，適當(dāng)位置設(shè)置拉條與內(nèi)部鋼筋點(diǎn)焊連接。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，鋼模臺(tái)車立模8h可以完成。

6.5 邊頂拱混凝土澆筑

現(xiàn)場(chǎng)采用1m3拌和樓拌料，8m3混凝土攪拌車開展混凝土水平運(yùn)輸，80m3/h混凝土泵車泵送入倉(cāng)，用φ50軟管振搗棒及附著式振搗器振搗的工藝開展邊頂拱混凝土澆筑。

混凝土入倉(cāng)通過(guò)臺(tái)車上設(shè)置的工作窗口及注漿口進(jìn)行。下料本著由遠(yuǎn)而近、自下而上、對(duì)稱下料的原則進(jìn)行。根據(jù)臺(tái)車設(shè)計(jì)要求，混凝土澆筑速度應(yīng)控制在1.2m/h之內(nèi)，兩側(cè)的下料高差控制在50cm之內(nèi)。

考慮混凝土的超填量，每倉(cāng)混凝土的實(shí)際方量為120m3，平均澆筑能力為15m3/h，每倉(cāng)的實(shí)際澆筑時(shí)間為8h。

6.6 鋼模臺(tái)車脫模、刷油

鋼模臺(tái)車待強(qiáng)12h后，即可以脫模。脫模流程如下:

a.拆除臺(tái)車周邊的堵頭模板，啟動(dòng)液壓站工作。

b.收回側(cè)向千斤頂，操作換向閥手柄，縮回側(cè)向油缸，收回邊模總成，使其離開混凝土。

c.收回豎向托架支撐千斤頂，操作換向閥手柄，縮回豎向油缸，收回頂模總成，使其離開混凝土。

d.停止油泵電機(jī)，清理臺(tái)車，即完成了臺(tái)車的脫模。

e.模板清理、刷油主要通過(guò)在超挖斷面較大的倉(cāng)位處提前在端部預(yù)留1m寬度范圍不綁扎鋼筋的部位進(jìn)行，通過(guò)臺(tái)車的前后移動(dòng)配合人工開展清理。

以上工序約需6h。

7 工效分析

單臺(tái)臺(tái)車按照臺(tái)車行走與就位2h、立模8h、混凝土澆筑8h、待強(qiáng)12h、脫模與刷油6h計(jì)，一個(gè)循環(huán)流程的時(shí)間為36h。

因現(xiàn)場(chǎng)按照四臺(tái)臺(tái)車布置，除混凝土澆筑的8h在關(guān)鍵線路工期時(shí)間上外，剩余28h內(nèi)均可以平行安排其他臺(tái)車的備倉(cāng)與澆筑工作。故利用四臺(tái)邊頂拱襯砌臺(tái)車，混凝土襯砌的理論強(qiáng)度能夠達(dá)到36h完成四倉(cāng)邊頂拱混凝土襯砌(約2.67倉(cāng)/天)的工效水平，月最高強(qiáng)度水平能達(dá)到80倉(cāng)的工效水平。

同時(shí)考慮施工的不均衡性及運(yùn)距長(zhǎng)短不一，通過(guò)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)組織管理，實(shí)際月最高工效水平能夠達(dá)到87倉(cāng)。

8 結(jié)語(yǔ)

a.波波娜水電站于2010年8月5日開始進(jìn)行首倉(cāng)邊頂拱混凝土襯砌施工，12月一個(gè)月內(nèi)通過(guò)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)組織管理，實(shí)現(xiàn)了單月87倉(cāng)的工效水平，創(chuàng)造出波波娜水電站隧洞單月襯砌混凝土施工最高紀(jì)錄，確保了發(fā)電工期目標(biāo)的提前實(shí)現(xiàn)。

b.該工程具有工期緊、施工任務(wù)重、洞內(nèi)空間狹窄、僅有一條單向交通的特點(diǎn)。在中小型斷面隧洞襯砌中，單向工作面布置四臺(tái)鋼模臺(tái)車尚屬少見。為滿足工期要求，該工程采用四臺(tái)鋼模臺(tái)車施工，取得了良好的施工工況效果，可為類似工程提供借鑒。■