针梁式台车在小断面引水隧洞混凝土衬砌中的应用

针梁式台车在小断面引水隧洞混凝土衬砌中的应用

张晓川甘波

四川二滩国际工程咨询有限责任公司成都611130

摘要：近年来我国加大了对民生基础设施建设的投资力度，宁夏中南部水源工程就是为了解决该地区严重缺水问题而批准开工建设的，该工程的特点是：输水线路长、输水隧洞断面小、工期短；为此，建设各方集思广益、大胆创新，在混凝土衬砌阶段采用全断面针梁式钢模台车进行混凝土浇筑施工进行尝试并取得成功。本文通过对其技术进行分析总结，供其它类似小断面隧洞工程借鉴。

关键词：针梁台车小断面隧洞混凝土质量控制

1、工程情况概述

宁夏中南部水源工程输水管道及隧洞全长74km，隧洞断面设计采用马蹄型，衬砌后最大净高2.45m，最大净宽2.30m，底宽1.80m，为无压隧洞，采用C25钢筋混凝土衬砌，侧顶拱衬砌厚30-35cm，底拱找平后的最大衬砌厚43.8cm，衬砌按双层配筋限裂设计。

2、混凝土衬砌台车方案比选及确定

2.1针梁全断面台车方案

（1）采用针梁式全断面台车的优点：

①混凝土浇筑全断面一次成型，减少施工缝，可以减少引水隧洞内水外渗，提高混凝土防水效果及外观质量。

②台车针梁做成可折式，模板为铰接组合式，可以转弯和爬坡（4%的坡度）。

③在狭小的隧洞中小不宜同时开展几个工序，施工进度相对固定。

④减少两条施工缝的处理及减少施工缝止水安装费用。

⑤由于是整体浇筑，可以减少由于施工对底板混凝土的破坏和污染；同时减少每仓混凝土钢筋、模板等工序，减少人工费用。

（2）采用针梁式全断面台车的缺点：

①采用针梁式全断面台车制作加工费用较大，是普通边顶拱台车的1.2-1.5倍。

②由于针梁较长在施工过程中会变形弯曲。

③底模涂刷脱模剂较困难、维修不便。

2.2普通侧顶拱钢模台车方案

（1）普通侧顶拱钢模台车的优点：

①使用较为普遍，工艺成熟，无须进行论证。

②台车制作方便、快捷。

③台车一次投入较小，按照吨位乘以单价。

（2）普通侧顶拱钢模台车的缺有：

①底板浇筑模板控制难度大，会造成错台缺陷。

②底板混凝土浇筑后的保护难度大，人为破坏、漏浆污染等影响外观质量。

③每仓混凝土浇筑的工序增加，纵向施工缝处理难度大，设置止水投入大。

2.3混凝土衬砌施工方案的最终确定

根据两种台车的优缺点比较，以及业主对施工质量、进度、投资要求综合考虑，确定选择针梁式全断面台车现先在长度为4610m的一条隧洞中进行先行试用，可同时从隧洞进口、出口及支洞上下游开展4个工作面同时施工，从试用的情况来看，效果达到了预期目的，并最终在整个工程推广使用。

3、混凝土衬砌施工设备设计

3.1针梁式钢模台车设计加工

台车由模板总成、托架总成、支撑底座、升降机构、平移机构、门架总成、针梁总成、行走机构、液压系统和支撑千斤等组成，针梁是台车的主要承重构件。模板由两块顶模与两块边模构成横断面，顶模与顶模之间通过螺栓联成整体，边模与顶模通过绞耳轴联接，每节模板做成1.5m宽，纵向由六节组合成9m衬砌长度，模板之间皆由螺栓联接，模板上开有呈口字型的工作窗，顶部安装有与输送泵接口的浇筑装置，在台车上布置12台附着式平板振动器。

3.2混凝土运输设备

根据隧洞开挖断面尺寸，改装小型农用车为混凝土罐车运输，其尺寸为车长5.21m、车宽1.58m、车高2.36m，装载方量2.0m3，车辆马力根据施工坡度选择95-120匹。

3.3混凝土输送设备

考虑隧洞断面小，为了移动方便配置了油电混合的动力；其主要性能指标为：车长5.3m、车高2.2m、车宽1.58m，最大输送方量为40m3/h。

4、施工工艺

4.1钢筋制作安装

衬砌钢筋在洞外加工场下料、弯曲成型，采用农用拖拉机车运至洞内，根据测量放样确定并安装定位钢筋，定位钢筋采用φ18、φ20焊接固定，衬砌钢筋型号为φ10、φ12、φ14，采用搭接绑扎连接。钢筋的进场检验、加工制作、焊接及绑扎符合设计及相应规范要求。钢筋运输时混凝土泵车放置在避车洞内。

4.2灌浆管预埋

立模前先预埋回填灌浆管，隧洞拱顶回填灌浆管采用φ50PVC管，该管一端顶至初期支护面、另一端通过台车预留孔并用胶带封堵以免漏浆，回填灌浆管绑扎固定在二衬钢筋上防止其跑位。

4.3模板台车行走、定位

针梁和门架的相对移动由卷扬机牵引实现，用底座上的平移油缸调整台车水平对中，依靠台车前后升降油缸实现升降定位，利用液压系统加上螺旋千斤调整钢模到位及收模。模板定位顺序为：底模→顶模→边模；脱模顺序为：边模→顶模→底模。

(1）台车要精确就位，模板中心线、高程要与设计相符。

(2）模板就位后支撑丝杠要全部支撑到位。

(3）采取切实有效的抗浮支撑并及时紧固，抗上浮装置用工字钢加丝杆进行竖向支撑。

(4）边模与底模先用销子定位，再用螺栓紧固。

(5）模板台车定位时测量人员必须全程旁站指导，严格控制模板台车的标高、轴线位置、与相邻浇筑段的连接长度等。

4.4安装止水带、立堵头模板

(1)隧洞衬砌环向施工缝采取全断面防渗，缝宽2cm，迎水侧依次向内布设：3cm厚抗微生物聚硫密封胶+12cm厚苯板+651型橡胶止水带+苯板。

(2)止水带安装较为常规，保证其质量即可。

4.5混凝土浇筑

(1)混凝土运输

采用2m3混凝土罐车运输，洞内在避车洞倒车和避让，根据混凝土的性能确定其运输延续不得超过45min；混凝土运输距离、周转次数应严加控制，以防出现不合格的混凝土。

(2)混凝土灌筑

混凝土灌筑前应按规范及设计要求对台车定位、模板接缝、预埋设施等进行全面检查并记录，采用HBT40混凝土输送泵入模，其浇筑与其他形式的混凝土工艺基本相似。

(3)混凝土振捣

采用附着式振捣器（1.0-1.2kw电动机为宜），振捣时间必须经过试验段试验数据为准。

(4)脱模及养护

根据该区域不同季节洞内温度的不同，选择同条件试块的养护及检测最终确定脱模时间，一般为8-12h后混凝土强度可达到8.0Mpa时拆模，脱模时间宁晚勿早。

5、经验与总结

(1)针梁式台车最大的问题在于脱底模困难，由于底部模板和砼粘结吸附力较大，脱模时依靠前后共4支升降油缸，很可能造成针梁弯曲变形和底板模板变形翘起。一方面在台车设计、加工时，厂家必须充分考虑底模和砼的粘结吸附力，对底模刚度、强度进行充分验算，适当增大稳固、保险系数，还要保证针梁本身的刚度强度满足要求，才能避免挠曲变形；另一方面是通过增加丝杆或油缸来解决问题，目前倾向于在台车中间增加油缸，可以增加至6支甚至8支油缸同步、均匀抬升，消除底板模板变形，同时在针梁的中间增加支撑设施防止其强度不足造成弯曲。

(2)由于该隧洞断面小设计钢筋型号偏小，在混凝土浇筑过程中存在钢筋上浮的情况，导致底板面层钢筋保护层厚度偏小甚至漏筋；出现该问题一方面在钢筋绑扎前必须在底板设置锚筋，将定位钢筋与锚筋焊接牢固，再将其余钢筋与定位钢筋焊接，侧顶拱主筋与锚杆焊接牢固；另一方面加密混凝土垫块的数量保证其保护层厚度满足设计及规范要求。

(3)由于混凝土厚度较薄（35-30cm），混凝土仓面空间狭小，不具备人工采用振捣棒振捣的条件，只能采用台车附着式振捣器，根据长期不断总结和摸索，全车至少配置12台振捣器为宜，在台车两端堵头处必须采用振捣棒辅助振捣，否则混凝土不密实止水带将失效。

6、结语

实践证明，在小断面引水隧洞砼衬砌施工中，采用针梁式钢模台车，既保证了工期，综合费用总体降低，施工质量整体性较好，经济效益和社会效益都很显著。该台车在小断面隧洞中相对比较实用，在类似工程或比之更小的隧洞中也能很好的使用，浇筑完成后整体美观，减少了因施工缝而造成的错台、挂帘等缺陷；本工法劳动组织简单，劳力及材料投入少，相对传统桁架式组合钢模板衬砌施工约少一半劳力及材料，且作业施工较组合钢模板施工安全。