全圓引水隧洞襯砌混凝土施工
——針梁式臺車在全圓隧洞襯砌中的應(yīng)用

張明坦

（中國電建市政建設(shè)集團有限公司 天津 300384）

1 前言

遼寧鐵嶺市清河區(qū)引水隧洞工程，隧洞共4段，全長4040m。4段隧洞均為有壓隧洞，斷面為圓形，成洞洞徑D=5.8m，根據(jù)圍巖類型不同襯砌厚度分為500mm、600mm、700mm三種。由于該工程工期較緊，要求標準較高，為加快進度提高成型質(zhì)量，在隧洞混凝土襯砌中采用了針梁式臺車施工工藝，收到了較好的效果，保證質(zhì)量的同時提高了施工進度。

2 臺車的構(gòu)造及工作原理

本工程采用的全圓針梁模板臺車由中國隧道集團隧道設(shè)備制造有限公司設(shè)計制造，針梁長29m，模板長12.1m，共由8節(jié)組成，每節(jié)分底模、左邊模、右邊模和定模四部分（具體見鋼模臺車結(jié)構(gòu)示意圖）。

圖1 針梁鋼模臺車結(jié)構(gòu)示意圖（縱斷面）

2.1 臺車構(gòu)造

臺車總長29m，模板襯砌長度12.0m，主要由圓形模板、針梁及梁框總成、對中調(diào)整機構(gòu)、動力牽引機構(gòu)、抗浮裝置、行走機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。

2.2 鋼模的工作原理

鋼模的立模、拆模靠液壓油缸完成。在模板對應(yīng)的位置上安裝螺旋千斤頂，千斤頂后部與液壓油缸連接，通過液壓油缸對模板進行定位和拆除。模板的精確定位是通過調(diào)整千斤頂?shù)穆菪齺砜刂啤Ｅ_車的豎向調(diào)整是通過底座上的豎向油缸來調(diào)整，水平方向通過水平油缸左右調(diào)整。

模板的立模順序為：底模→左邊模→右邊模→頂模；脫模順序為：頂模→右邊模→左邊模→頂模。

2.3 行走與定位

臺車內(nèi)設(shè)置有電動卷揚機，卷揚機通過滾筒及循環(huán)鋼絲繩控制臺車行走。電動卷揚機固定在針梁上，鋼絲繩與模板滑架相連，從而使針梁和模板滑架產(chǎn)生相對運動。臺車移動時，鋼模面板不能接觸初期支護混凝土面，必須墊方木，以避免模板受損破壞。臺車定位是通過豎向和水平油缸配合調(diào)整，用全站儀測量進行精確定位。

2.4 澆搗系統(tǒng)

臺車模板上共開有30個工作窗，沿模板橫斷面周長方向平均分布8排，模板正頂部設(shè)置有2個工作窗，間距6m。其它7排均布置有4個工作窗，間距3m。這些工作窗口為下料與振搗窗口，澆筑時可保持對稱均勻下料，插入式振搗棒隨澆隨振搗。該臺車模板上還設(shè)置有20臺ZW-7型1.5kW附著式振搗器，分為5排，其中正底部一排，左右兩側(cè)與水平夾角45°方向各有一排。每排4個振搗器，間距3m。每個振搗器均可單獨控制。

2.5 抗浮設(shè)置

澆筑混凝土?xí)r，為防止因澆筑速度過快，導(dǎo)致模板上浮，需在臺車鋼模兩端及中間設(shè)置抗浮支撐。抗浮支撐與初期支護混凝土面接觸，并設(shè)有抗傾斜裝置，使其穩(wěn)定支撐著臺車。中間的抗浮支撐設(shè)有支撐窗口，在澆筑到拱頂時已無上浮危險，即可拆除該支撐，然后封死該支撐窗口。

2.6 液壓系統(tǒng)

臺車行走和模板支拆通過液壓系統(tǒng)傳遞動力。

液壓系統(tǒng)由液壓站、高壓油管、油缸及控制線組成，工作壓力20MPa。為便于調(diào)平，針梁的四支油缸為單獨作用。邊模油缸有兩只控制手柄，左右各一支；頂模有一支控制手柄；前后各設(shè)置一支平移控制手柄。

3 襯砌工藝流程

設(shè)計要求全圓混凝土一次性澆筑成型，分倉長度為12m，施工中采用針梁式鋼模臺車，與HBT60混凝土輸送泵、12m3混凝土罐車配套使用，泵送入倉。

具體流程見圖2。

圖2 混凝土襯砌工藝流程圖

3.1 模板就位安裝

采用全站儀配合水平儀控制鋼模臺車圓心軸線與里程，軸線里程確定好后將臺車制動。立模按照底模、左邊模、右邊模、定模的順序進行，根據(jù)臺車端頭里程，按設(shè)計坡度調(diào)整模板標高。端頭標高定好后，最后用絲杠對模板進行微調(diào)定型，同時對抗浮機構(gòu)進行加固。

3.2 封頭模板與止水帶安裝

3.2.1 橡膠止水帶安裝方法

采用I型止水帶，尺寸為350×10mm，根據(jù)設(shè)計在廠家制作成環(huán)形，比現(xiàn)場熱硫化搭接既節(jié)約了時間，又保證了質(zhì)量。

止水帶安裝位置沿襯砌輪廓線距離內(nèi)壁15cm位置進行固定，采用φ16鋼筋制作U型定位鋼筋卡，定位鋼筋通過焊接在雙層鋼筋網(wǎng)上來固定止水帶，保證止水帶不上下左右移動。每條止水帶采用45個定位鋼筋進行固定，間距為0.42m。

3.2.2 封頭模板形式

封頭模板采用木模封堵，首先在臺車鋼模板兩端外邊緣焊接φ28的環(huán)向固定鋼筋，通過固定鋼筋和木楔子來固定封頭木模。然后沿巖壁鉆孔，埋設(shè)模板固定鋼筋（φ28），鋼筋間距1m。用鋼管套在固定鋼筋上，通過粗鐵絲將臺車端頭與固定鋼筋綁扎牢固，鋼管與封堵模板間的空隙用木楔子塞實。此方法靈活方便，對巖壁表面不規(guī)則時，也可實現(xiàn)很好的封堵。

3.3 混凝土澆筑

采用一臺HBT60混凝土輸送泵，混凝土由工作窗口入倉。為防止模板傾斜，混凝土應(yīng)對稱均勻下料入倉，首先從模板最下排中間兩孔進料，待澆筑至混凝土快平齊工作窗時，關(guān)閉工作窗，再在兩端兩孔進料。第一排灌注完畢后，再從第二排工作窗進行灌注，以此類推，直至封頂。混凝土每層澆筑厚度控制在50cm以內(nèi)，采用插入式φ50振搗棒振搗密實，并利用倉外附著式振搗器，對人員不易操作的部位加強振搗。在拱底范圍易產(chǎn)生氣泡導(dǎo)致蜂窩麻面現(xiàn)象，應(yīng)對該處加強振搗，盡量將氣泡引出，避免漏振和過振。拱腰及以上部位澆筑時，應(yīng)控制澆注速度，避免因速度過快造成封頭模板損壞。封頂時，混凝土輸送泵應(yīng)減小壓力使用低速檔灌注，并安排專人隨時注意灌注口的壓力變化，避免因混凝土注滿后仍強行灌注使模板產(chǎn)生變形。

為減少堵管的機率，應(yīng)嚴格控制骨料粒徑，級配要好，保持較好的和易性，并在泵車進料口做好現(xiàn)場塌落度試驗。澆筑過程中，在兩臺罐車交替間隙，輸送泵車內(nèi)要準備一斗余料，萬一供料不及時，每間隔10min開啟泵送一次，以防堵管。

3.4 模板拆除

混凝土澆筑完成24h后，方可進行模板拆除。拆除時應(yīng)先拆封頭木模板，然后按頂模、右邊模、左邊模、頂模的順序拆模，操作時應(yīng)注意封頭處避免碰傷混凝土邊角。

3.5 混凝土的養(yǎng)護

模板拆除后應(yīng)進行混凝土的養(yǎng)護，采取噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不小于14d。對混凝土表面出現(xiàn)的麻面氣泡等外觀缺陷應(yīng)按照經(jīng)監(jiān)理批復(fù)的處理方案進行處理。通過工程實踐，嚴格按照施工程序施工，脫模劑涂刷均勻，振搗到位，拆模后的外觀質(zhì)量效果較好。

4 混凝土配合比與原材料控制

4.1 混凝土配合比

襯砌混凝土C35W12F200設(shè)計配合比經(jīng)監(jiān)理單位批準，并通過四方參加的現(xiàn)場施工配合比試配驗證，指標及要求如下：

（1）每立方米混凝土原材料中的總堿含量不大于3.0kg；

（2）選用中砂，混凝土膠砂率宜為40～45%；

（3）混凝土水膠比控制在0.45～0.48之間；

（4）混凝土中的氯離子含量不大于0.06%；

（5）混凝土中不應(yīng)采用堿活性骨料；

（6）泵送混凝土出機坍落度宜控制在160mm±30mm（仰拱）、180mm±30mm（邊頂拱）。泵送混凝土拌和物的坍落度經(jīng)時損失不大于30mm/h。

4.2 原材料控制

（1）水泥：選擇低堿含量的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，且應(yīng)選擇正規(guī)大型廠家的產(chǎn)品。

（2）粗細骨料

①粗骨料：選擇5～20mm、20～40mm天然卵石，含泥量小于0.5﹪，針片狀含量小于5%，壓碎指標小于12%，達到《建設(shè)用卵石、碎石》（GB/T14685-2011）Ⅱ類技術(shù)指標要求。

②細骨料：選擇滿足《建設(shè)用砂》（GB/T14685-2011）中Ⅱ類2區(qū)技術(shù)指標要求的中砂。

（3）外加劑：根據(jù)隧洞襯砌混凝土的標準要求選擇緩凝型聚羧酸減水劑，減水率大于等于25%，初凝凝結(jié)時間差大于90min。

（4）摻合料：按照國家標準采用性能指標Ⅱ級及以上的粉煤灰，摻量嚴誤差控制在±2%。

（5）抗裂防水劑：選擇的抗裂防水劑滿足《砂漿、混凝土防水劑》（JC474-2008）和《混凝土膨脹劑》（GB23439-2009）的相關(guān)技術(shù)指標要求。

5 效果分析

針梁式臺車應(yīng)用于全圓隧洞優(yōu)點明顯，主要體現(xiàn)在這幾個方面：

①可大大加快施工進度，在實際應(yīng)用中，能達到2d一倉的速度（一倉12m），效益明顯。②澆筑效果較好，針梁式臺車使混凝土澆筑一次成型，外觀質(zhì)量較好，表面整潔，后續(xù)清理工作量小。③臺車的機械設(shè)備利用率較高，閑置時間基本為混凝土等強時間。

但缺點也明顯，主要有：

（1）由于設(shè)備是提前從廠家定做，造成一次投入較大，重復(fù)利用率低。

（2）由于設(shè)備較重，構(gòu)配件較多，造成安裝、轉(zhuǎn)運時間較長，不利于轉(zhuǎn)場。

（3）質(zhì)量問題較突出，受廠家生產(chǎn)工藝，現(xiàn)場組裝條件，使用不當(dāng)?shù)仍颍O(shè)備在使用過程中發(fā)生過模板變形等現(xiàn)象。模板一旦發(fā)生變形調(diào)整難度較大，需更換發(fā)生變形部位所在的整塊模板，由于是弧形模板且在廠家生產(chǎn)，更換費時費力。

6 總結(jié)

總體說，針梁式臺車的優(yōu)點大于缺點，在本工程應(yīng)用中取得了較好的效果，保證了工程進度和質(zhì)量。在前期做好調(diào)查，選擇適合本工程的臺車，嚴格安裝操作規(guī)程作業(yè)，還是可以取得較好的經(jīng)濟效果的。