全圆针梁台车在坪头水电站引水隧洞转弯段的应用

2012-12-19丁善锋贾广辉

水电站设计 2012年2期

丁善锋，贾广辉

(1.中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都 610225；2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 前言

坪头水电站引水隧洞沿美姑河左岸布置，引水隧洞全长约12.7km，进水口底板高程895.00m，至调压室处底板高程降为850.00m，纵坡降为3.5‰。Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段的结构断面为圆形，衬砌内径5.9m，钢筋混凝土衬砌，衬厚40～50cm，洞周围岩进行固结灌浆，衬砌顶部进行回填灌浆。桩号K11+305.0m至调压室段采用钢衬，衬砌内径5.0m。

引水隧洞K0+000.0m～K2+500.0m段属坪头水电站PT/CI标，开挖断面尺寸为5.5m×6.5～6.9m，混凝土衬砌后断面为圆形。本标段共布置两个需进行混凝土衬砌的转弯段，位置分别为上游转弯段K0+063.494～K0+142.090m，长度78.593m；下游转弯段K0+360.00～K0+393.11m，长度33.11m。引水隧洞两转弯段相距217.91m，转弯半径100.0m(见图1)。

2 衬砌方案

引水隧洞全断面混凝土衬砌段总长860.0m，采用双层钢筋布置，衬砌内径5.9m，具备采用全圆针梁台车一次性衬砌成型的基本条件。转弯段转弯半径100.0m，经计算和三维动画演示，转弯段满足12.0m全圆针梁台车转弯空间要求。根据全断面衬砌总长度计算工期，为避免采用组合普通钢模板出现混凝土外观质量差、施工进度慢、投入大等缺点，项目部研究决定采用一台12.0m全圆针梁台车。

2.1 全圆针梁台车选择

PT/CI标段转弯段转弯半径100.0m，衬砌内径5.9m。根据规范误差允许范围和全圆针梁台车技术要求，可采用4.5m全圆针梁台车衬砌转弯段。若采用组合普通钢模板，不仅混凝土外观质量差，而且钢拱架和支撑钢筋用量大、施工进度慢。受混凝土泵送能力限制，上游必须留一段不能衬砌，势必给台车增加行走风险。若采用全圆针梁台车混凝土衬砌转弯段，混凝土、回填灌浆和固结灌浆基本成流水作业，工作面相互干扰少，工期有保障。最终，决定采用定制4.5m+7.5m全圆针梁台车。

2.2 全圆针梁台车组装方案

受两转弯段转弯半径、布置位置、规范允许范围等影响，最终确定引水隧洞总体衬砌方案如下：

组装12.0m针梁台车→1号直段→2号直段→分解为4.5m针梁台车→1号转弯段→2号转弯段→组装12.0m针梁台车→上游直段→下游直段→支洞封堵段直段。

图1 转弯段平面布置

(1)全长针梁台车第一次组装：引水隧洞K0+161.0～0+173.0m段属Ⅲ类围岩，满足施工针梁台车吊装锚杆技术要求。根据衬砌方案，初次组装12.0m全长针梁台车，自进口至下游方向衬砌1号、2号直段。

(2)4.5m针梁台车组装：完成1号和2号直段混凝土衬砌后，在引水隧洞K0+456.0～K0+466.0m段底板上铺设轨道方木和工字钢，将针梁台车拆解小车放置在轨道上并固定牢，移动针梁台车至拆解小车和方木上部(见图2)。拆解4.5m模板与7.5m模板间的螺栓，人工反向拉模板和针梁，在龙门吊的配合下，将针梁台车分解为两部分。分解完成后，重新组装为4.5m转弯段全圆针梁台车。

图2 针梁台车拆解示意

(3)全长针梁台车第二次组装：在转弯段衬砌完成后，按4.5m针梁台车组装的相反程序组装。

2.3 施工工艺

全圆针梁台车衬砌混凝土一般采用“流水作业”施工，但转弯段必须在台车完成转弯后才能进行内层钢筋制安。故在移动台车前，必须将钢筋提前放置到作业仓(见图3)。

图3 转弯段衬砌示意

入仓：从底部下料窗口开始，自下而上对称水平分层浇筑,边拱利用边拱中部窗口浇筑，顶拱混凝土以“冲天炮”方式入仓。转弯段衬砌长度短，上升速度快，宜采用“Y”形泵管入仓。

振捣：转弯段混凝土上升速度快，应及时振捣，避免出现欠振、漏振等。在止水片周围，应用小型软轴式振捣棒细心振捣。

养护：脱模完成开始专人负责洒水养护混凝土，并做好养护记录，养护时间不少于7d。

3 全圆针梁台车的操作

脱模：混凝土浇筑完成10～12h后(混凝土达到一定强度)方可进行脱模。

脱模的顺序为：收缩抗浮千斤顶→收缩侧向稳定丝杆→收缩顶模油缸→收缩左边模油缸→收缩右边模油缸→顶升前后支腿油缸拆底模。

行走：利用前后针梁油缸升高模板5～10cm，操纵卷扬机移动模板。支撑模板，收起针梁前、后支腿，操纵卷扬机移动针梁。操纵针梁前、后支腿左右调节油缸，反向平移进行转弯段台车转弯。

定位：转弯段不同于直段，内层钢筋要台车完成转弯后进行安装。利用外层主筋四个象限控制点，进行台车粗略定位。移动模板至下一仓，钢筋安装完成后，将模板移至作业仓，按脱模相反程序将模板连接成圆形(D=5.9m)，然后在测量仪器控制下进行模板精调。

4 全圆针梁台车衬砌转弯段的特点

(1)转弯段与直段工艺不同：采用全圆针梁台车衬砌直段，钢筋制安、清基、混凝土浇筑、移台车等工序呈流水作业，相互间干扰少。而在转弯段则不同，受转弯空间需要，内层钢筋需在台车完成转弯后进行。施工工艺为：外层钢筋制安→台车转弯→模板初步定位→移动模板至下一仓→内层钢筋制安→移动模板至作业仓并精确定位→入仓浇筑。

(2)转弯段与衬砌方向的直段相交处需预留4.0～4.5m的直段,避免出现全圆针梁台车转弯的空间狭小，增加全圆台车不必要的转弯时间，甚至将台车卡在转弯段。

(3)全圆针梁衬砌转弯段，针梁约2.8m布置在已完成衬砌段，其余在作业仓和下一仓。为避免厂家配置弓形支座破坏已成型混凝土或针梁产生侧向扭矩，宜采用砂袋和方木代替。

(4)转弯段单仓衬砌长度仅4.5m，混凝土上升速度快，宜采用“Y”形泵管左右同时入料，避免漏振、少振、跑模等。

5 经济合理性分析

PT/CI标段引水隧洞转弯段衬砌总长度为111.703m，实际浇筑25个仓位，平均两天完成一个仓位。转弯段全断面混凝土衬砌长度为111.703m，占总衬砌量的12.99%。转弯段衬砌有两种方案可

供选择，方案一：采用全圆针梁台车(模板长4.5m)，需要25个仓位。方案二：采用普通钢模板和木模板相拼接的方式，按10.0m一个仓计算约需12个，需要12个仓位或24个仓位。

方案一：采用全圆针梁台车(模板长4.5m)。针梁台车利用率高，模板就位和拆除速度快、混凝土表面光洁、整体性效果好。

方案二：普通钢模板和木模板相结合。分两种情况：全圆一次成型和底拱与顶拱分两次成型，一次成型需钢拱架22榀，单榀重约350kg，总重约7.7t，每仓增加支撑模板钢筋约0.6t，总增加量约7.2t，增加费用约5.0万元，衬砌时间最少需三个月。分两次成型需钢拱架11榀，每仓增加支撑模板钢筋约0.4t，增加费用约3.0万元，衬砌工期会延长。但考虑到HBT-60A卧泵特性，引水隧洞K0+550.0～K0+640.0m段暂不能衬砌，需在下游段和转弯段衬砌完成后再进行。此方案不仅增加了针梁台车长距行走的次数，增加了一定的风险，而且在工期方面也无法达到节约工期效果。

经过方案比选和经济合理性分析，决定PT/CI标段两转弯段的混凝土衬砌采用全圆针梁台车衬砌。