針梁臺車在超大直徑現澆混凝土圓管施工中的應用

丁曉光

中鐵十八局集團第二工程有限公司 河北 唐山 064000

1 工程概況

福建省安溪縣安翔公路中山大橋及連接道路、排洪等配套工程的第一標段排洪渠長度398.18 m，最小曲線半徑38 m，最高消力坎臺階60 cm。排洪渠結構形式為φ6.2 m的單洞圓形斷面，拱頂填土高度7.2～8.9 m。排洪渠沿炭坑溪從中山大橋橋墩之間穿過，末端橫穿河濱南路既有石拱橋接入藍溪，排洪匯水面積15.2 km2；施工場地位于安溪縣城內，兩側均有房屋建筑等，施工場地狹窄，大部分段落無大型機械便道位置，且原河道改移困難，無法滿足近五年24 h最大降雨量182.3 mm的排洪要求。

2 施工方案比選

1）普通支架模板的特點：普通支架模板主要采用腳手架支撐定形鋼模，其優點是全部采用人工、機械安裝；可嚴格按設計線形調整模板，線形較好；適應臺階狀圓管施工。其缺點是支架模板需用人工機械反復安拆，人工機械使用量大，費用高；無法全圓截面一次性澆筑，施工進度慢，縱向施工縫需處理好；支架模板抵抗上浮能力差，下半圓混凝土澆筑時極易產生模板上浮；支架安拆及澆筑過程安全風險較高；抗洪水沖擊能力差。

2）針梁臺車內模的特點：針梁臺車內模一次拼裝完成，臺車和針梁通過齒輪軌道交替支撐行走，其優點是可自由行走，自動安拆內模；可全圓截面一次性澆筑混凝土，施工進度快，無縱向施工縫，混凝土結構質量較好；針梁臺車自重大，剛度大，且設置有抗浮裝置，模板不易產生上浮；人工、機械使用較少，節省費用；除針梁臺車安拆時需要吊車配合外，使用過程中無需機械配合；自動行走及安拆模板，施工比較安全；抗洪水沖擊能力較好。其缺點是針梁臺車加工制作投入費用大；臺車剛性大，無法按設計曲線半徑調整管線形，曲線半徑較小時，只能以短折線代替曲線。

經過方案比選，選用改進后的針梁臺車內模施工現澆混凝土圓管排洪渠。

3 針梁臺車設計

針梁臺車設計時，為保證臺車能在最小曲線半徑及臺階段圓管施工時自由行走，將原引水隧道全圓針梁臺車進行了改造設計：將卷揚機拖拽行走方式改為齒輪軌道行走方式，臺車能單節段靈活拼接，使之適用于曲線圓管施工時的行走軌跡；在前后支腿上增加橫向移動系統，使臺車能在曲線上左右擺動，自由行走；針梁及模板采用螺栓連接，使臺車可靈活拆卸。

全圓針梁襯砌臺車設計總長24 m，模板10.5 m，曲線半徑較小時，拆除部分節段針梁及模板，以短折線代替曲線，使之滿足行走軌跡要求，最小節段針梁臺車總長為10 m。底板、邊墻、頂拱采用一次性整體澆筑的自行式臺車形式；立模、拆模由液壓缸執行，定位找正由底座豎向和水平千斤頂執行，行走由安裝在臺車上的電動齒輪使鋼模和針梁在齒輪軌道上作相對運動，步履式前行[1-2]。

全圓針梁襯砌臺車的組成（圖1、圖2）：模板總成、針梁總成、梁框總成、水平和垂直對中調整機構、行走牽引機構總成、抗浮裝置、液壓系統等[3]。

圖1 針梁臺車立面

圖2 針梁臺車橫斷面（A-A）

3.1 針梁臺車工作原理

在臺車支撐桁架內設置1道針梁（桁架），臺車和針梁通過齒輪軌道交替支撐行走。混凝土達到一定強度后，內模臺車通過液壓千斤頂收縮模板脫模，針梁兩端支撐千斤頂將內模臺車抬高懸空，通過齒輪軌道往前移動內模臺車；臺車就位后，內模臺車千斤頂撐起模板，再次澆筑混凝土，混凝土澆筑完成后，將針梁兩端支撐收起，使針梁懸空，并通過齒輪軌道移動針梁，就這樣使內模臺車和針梁交替支撐行走。

3.2 針梁臺車在不同工況下的行走方式

1）直線段行走方式：內模臺車移動時將針梁兩端支撐千斤頂頂起，使內模臺車抬高懸空，通過齒輪軌道往前移動內模臺車；針梁移動時將針梁兩端支撐收起，使針梁懸空，并通過齒輪軌道移動針梁，就這樣使內模臺車和針梁交替支撐行走。內模臺車就位后，利用兩端支腿橫向移動系統調整內模臺車位置精確定位[4]。

2）小曲線半徑節段行走方式：曲線半徑較小時，通過針梁臺車行走軌跡演算確定針梁及模板長度，針梁最短可縮短到10 m，內模臺車最短可縮短到4.5 m，可滿足最小曲線半徑30 m時針梁臺車的行車軌跡。針梁臺車行走方式和直線段相同。

3）臺階節段行走方式：針梁臺車在施工消力坎臺階狀現澆混凝土管時，必須由高到低，不可逆向施工。針梁前移就位后，通過前支腿千斤頂加長前支腿支撐于混凝土墊層面，同時頂起后支腿，使內模臺車懸空，通過齒輪軌道移動內模臺車。

4 排洪渠現澆混凝土圓管施工

本項目排洪渠施工總長度398 m，排洪渠現澆混凝土圓管從上游往下游順序施工（圖3）。

圖3 排洪渠典型橫斷面施工（單位：cm）

4.1 針梁臺車及模板安裝

4.1.1 針梁襯砌臺車安拆順序

臺車拼裝→鋼筋安裝→針梁移動→內模臺車移動就位→內模千斤頂將內模頂伸到位→外模加固→澆筑混凝土→下一節鋼筋安裝→移動針梁→內模千斤頂收起→移動內模就位（圖4）

圖4 針梁臺車施工現場

4.1.2 外模安裝

外模采用定制組合鋼模，與內模臺車通過拉桿加固。

4.2 襯砌混凝土澆筑

4.2.1 混凝土入模及澆筑順序

排洪渠混凝土滿足P8抗滲要求，襯砌混凝土應一次性澆筑完成，不得留設施工縫；混凝土擬采用汽車泵泵送入模，避免混凝土離析，擬在混凝土入模段使用軟管輸送，軟管水平緩沖長度不小于2 m。

排洪渠管徑較大，應嚴格從底部向上逐層控制混凝土入模位置及澆筑順序，避免混凝土產生“空洞”，分層厚度不大于50 cm。模板應設置混凝土入模窗口（50 cm×50 cm@3 m），從一端向另一端依次對稱壓槎趕漿澆筑[5]。

4.2.2 混凝土振搗

大型混凝土管道澆筑，由于模板幾乎是全封閉，故振搗難度較大。在內模對稱安裝2臺附著式振動器，縱向設置3排，每節共計6臺振動器。附著式振動器同時啟動不得超過2臺，振搗時間不超過1 min，避免過振，造成混凝土離析。模板外部設窗口供混凝土入模和振動器進出，振搗時用強光手電從旁邊照亮模板內，供振搗手觀察振搗情況。

4.3 混凝土養護

排洪渠頂部外露混凝土面待混凝土終凝后用土工織物覆蓋灑水養護，沿排洪渠頂部布設1根φ2 cm的PVC水管，水管間隔50 cm對稱鉆φ2 mm的小孔，將水噴灑至混凝土面，使混凝土在一定時間內保持水化作用所需要的適當溫度和濕度條件。混凝土養護時間不少于7 d。

5 結語

該工程將傳統引水圓形隧道針梁臺車進行改造，解決了針梁臺車在縱向小曲線半徑和豎向臺階型線路施工中的自由行走問題，以及全圓混凝土管道整體澆筑模板上浮的難題。

針梁臺車良好的穩定性和剛度還大幅減少了施工安全隱患。在排洪渠施工過程中，先后經過9次洪水沖擊，尤其是2016年9月15日的莫蘭迪臺風，24 h最大降雨量達到221 mm，爆發了安溪縣自新中國成立以來最強的山洪，炭坑溪漲水高度超過8 m，洪水沒過整個排洪渠及針梁臺車，山洪退水后，針梁臺車除電力系統輕微受損外，其余完好無損，新澆筑完成未拆模混凝土亦完好無損；使用針梁臺車同時還節省費用約210萬元，10 m節段施工周期縮短至少3 d，總工期縮短約4個月；混凝土澆筑質量內實外美，完全滿足規范要求，贏得了建設及監理單位的認可。