隧洞混凝土浇筑斜洞液压自行式钢模台车施工设备研发

吴 登 明

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 研发的背景与意义

溪洛渡水电站泄洪洞布置有四条泄洪洞，均采用有压接无压，中段设置闸门室，出口采用龙落尾消能方式设计。其中，龙落尾由奥奇曲线段、直线段、反弧段、下直坡段等组成，直线段最大坡度为22.46°，衬砌后断面为14 m×19 m的城门洞型。

该泄洪洞的泄洪水头高、泄洪流量大、泄洪功率及流速均为国内最高水平，金沙江江水推移质丰富，更是对泄洪洞衬砌混凝土的抗冲耐磨性能提出了高标准、高要求。水利水电工程等领域隧洞的边墙混凝土衬砌，由采用传统入仓方式为泵送改为低流态塌落度混凝土。由于其斜洞混凝土浇筑坡度大、难度大、工期紧、资源投入大等特点，泄洪洞液压自行钢模台车便应运而生，该钢模台车在水平倾斜隧道中进行低流态常态混凝土浇筑隧洞侧墙及顶拱采用泵送混凝土浇筑，完美地解决了泄洪洞混凝土边墙及顶拱混凝土的浇筑。

2 产品特点和性能

台车主要由钢结构构成，总重约270 t，最大爬坡能力31°，液压行走最大动力28 MPa。各个部位的强度和变形都经过了有限元软件计算分析，利用强大计算机技术对整个系统都进行了计算校核，确保其都在允许范围之内。稳定性方面，也模拟了各种工况，通过受力分析，使其都满足设计要求。其中对台车的抗倾覆性也进行了专门计算；液压钢模台车本身也配备了夹轨器及平衡支撑梁，安全可靠；对电气控制系统进行了专门的设计并采用了红外线探测器来确定台车的行走位置，使它在行走时更加安全稳定。

2.1 产品特点

液压钢模台车的工作主要由液压行走系统，自动供料系统和智能操作系统这三大系统共同协调完成。液压移动装置稳定可靠，锁紧机构固定在地面的轨道枕梁上，实现整体台车安全可靠的运行，又实现了台车浇筑过程的固定。自动供料系统保证了混凝土的高效自动有序入仓，可以保证混凝土浇筑的连续性，成型质量优良。智能操作系统确保了各工作的精确性，红外线自动检测轨道行走位置，使台车准确到位，液晶触摸屏可以使混凝土的提升及入仓等工作清晰显示，可使各工作有序协调进行。这些系统使台车在运行中更加稳定可控，工作更安全高效。以下分点详细介绍这三大系统。

2.2 产品性能

2.2.1 液压行走系统

龙落尾段形态复杂，坡度不断变化，其中最大坡度22.46°，行走控制难度大，尤其是对台车的稳定行走和精确定位有很高的要求。液压系统由液压站、油缸及控制油路等组成。

(1)台车行走靠四支液压油缸“顶推式”前进，为提高在斜坡上的稳定性，在顶升油缸位置安装共4个导向柱，上部与托架纵梁铰接，下端在横移机构里竖向滑动。水平调整油缸可使模板相对龙门架左右平动，从而保证模板中心与隧道中心的对位。四个竖向油缸既能同步动作，也可单个动作，完成对拱顶模板的立、拆模及模板的上、下对位。侧向油缸通过活塞杆的伸缩动作，完成侧向模板的立、拆模及左、右对位。走行顶推油缸和升降调节油缸的伸缩动作，完成台车的行走和纵向高度的调节。

图1 台车主视图

(2)为了保证台车在曲面上行走安全，两个后轮支架上都单独装顶升油缸，同时二个支路都装压力传感器和外置式位移传感器，调节台车的平衡，调节由操作工根据屏幕显示的即时压力、现场工况调节，保证两个顶升油缸的同步位移及压力相同。龙落尾坡度较大，行走时最大按31°校核台车抗倾覆稳定性，抗倾覆性安全系数为2.1，系数足以满足安全性要求。无论是台车提料，还是台车走行时，整机均不可能出现倾覆现象，并且已经在施工现场进行了安全稳定的运行验证与实践。

斜井低流态混凝土升送钢模台车的侧面支撑架和液压移动机构很好地适应了施工需要，侧面支撑架安全地固定了整个台车，使施工安全有了保证，并且安装移动方便，液压移动机构在移动台车时安全可靠，不论在直线还是在曲线段以及其它复杂地段在移动过程中运行稳定，并且液压油缸在推动台车过程中还起到了支撑台车的作用，比较电动台车结构只能在平洞移动，本发明液压移动机构适应性更广、更可控、更安全，而且已经取明了实用新型专利，专利证号为ZL2010 2 0551051.0。

图2 底纵梁各支撑部件示意图

其中1、5、7、9为门架支撑千斤支撑作用；2、8为保险牵拉千斤的牵拉作用；3、10为走行轮的支撑作用；4、6为顶推油缸的顶推作用。

图3 最大坡度示意图

2.2.2 自动供料系统

液压自行台车最大的作用是实现了混凝土的高效连续的浇筑，其全自动的供料系统可以使混凝土速度整体浇筑，保证了成型质量。

台车提升控制部分控制两台电动提升机、一台卷扬机、三台电动推杆。每一台运料输送机都配一台电动推杆，使输送机能两边横向移动在使用提升控制部分时，台车行走部分不能使用，需互锁。利用卷扬提升和皮带运输混凝土入仓有别于传统的泵送入仓方式，实现了混凝土迅速提升及高效入仓。边墙采取常态混凝土入仓，顶拱利用台车的定型模板泵送入仓。

钢模台车自身提供模板，再加上自动供料系统，整个浇筑过程可以节省不少时间，常态混凝土的入仓又能节省很多混凝土用量。顶拱泵送入仓，布置灵活，操作简单。台车布置了混凝土料罐垂直提升，水平牵引系统和皮带机，浇筑时，混凝土运输汽车或供料小车将料卸入料罐，料罐通过台车垂直提升系统提升至台车顶部，进入往返式顶部水平牵引系统，卸料进入可逆式皮带机入仓浇筑，供料县采取双线供料，入仓保证能力强。整个过程高效有序，保证了混凝土的成型质量。台车的自动供料系统解决了许多施工技术难点。

图4 供料系统

2.3 智能操作系统

台车的智能操作系统是以上液压行走系统和自动供料系统的基础，也是台车工作运行的基础。该系统分操作箱操作和无线遥控操作。

台车运行的高安全、高精确性对控制系统要求很高，本控制系统由PLC+触摸屏+接触器+液压缸驱动继电器+传感器组成，PLC采用欧姆龙公司生产的CJ系列，是整个控制系统的核心，设备所有的运行指令、开关量和模拟量输入信号都由PLC下达和进行数据处理，正确而安全的控制设备的运行。触摸屏在这里起到监视设备每个关键部件的运行状态，使现场操作人员能有效的控制设备。接触器接受PLC发出的指令控制油泵电机或卷扬机电机的启动或停止。液压缸驱动继电器由液压件提供厂家自带，由PLC精确的控制其驱动液压缸运行。

传感器由位移传感器、接近开关和压力传感器组成，起到检测设备现场信号的作用，保证设备的安全运行。

台车的每个动作都已在设定的标准程序下安全运行。包括液压行走系统和自动供系统。主要过程是由传感器采取一些所需信息，反馈给系统，系统判断其是否到位，直到准确无误才执行下一步动作。这套系统还有一系列的应急反应预案，遇到突发情况自身调节，全面确保工程安全。其中轨道由红外线检测是否到位，精确判定后再固定开始进一步的工作。这些智能系统保证了台车的高效精确运行，也使高科技创新技术可以在工程中成功运用。

3 产品使用方法及注意事项

3.1 使用方法

3.1.1 钢模台车操作前的准备工作

(1)轨道铺设时，尽可能保持正确位置。

中心线偏离：±100 mm以下(注:模板台车横移量为±100 mm，超过此范围将无法保持到中心位置，请一定注意)、轨道铺设水平误差：±10 mm、轨道铺设不平度：±50 mm以下。

(2)开工前请确认以下事项：①扶手是否固定好。②梯子螺钉是否松动。

(3)全断面模板台车移动后请一定固定好。

(4)车辆通过模板台车时，一定要降低速度，千万注意不能冲撞台车台架，台架内侧如果有电缆，请注意采取措施。

(5)作业平台上如果放置物品，请放在不影响工作线路的走向的位置。

(6)扶手负重时是比较危险的(中央部设计荷重30 kg)。

(7)如果要挂东西请注意以下事项：①扶手上所挂物品能否承受。②作业时不能踏到上面。③不能作安全带支点。

(8)全断面模板台车所用螺钉二个月请紧固一次(普通螺钉)，使用强力螺钉的地方，必须按现定的扭力紧固。

(9)作业前请一定确认丝杠所用的销子，必须穿开口销，如果没有开口销，丝杠销子会掉下。

(10)作业前确保机械保险千斤和顶推油缸座的钩子钩在轨道的沟槽内。

3.1.2 钢模台车的一般问题

(1) 如何确定台车中线？

台车在定位时，必须先确定台车中线。即在顶部中心位置有一定位十字线，其交点即为设计作台车时就已定好的台车中线点，通过该点并引出重力垂线，即可找出台车中线。

(2)台车如何进行定位？

台车的定位主要是通过以下几个动作进行定位：

① 通过操作液压系统的平移油缸调节台车中线，使其与隧道中线对齐；

② 操作液压系统顶升油缸，使台车升至标准衬砌高度，然后旋紧基础千斤，之后复核高度尺寸；

③ 操作液压系统，使侧向油缸活塞杆伸出并达到标准衬砌断面，然后人工扳动侧向支撑丝杆千斤，使之达到侧向油缸支撑位置并旋紧；

④ 完成以上几个动作后，应进行断面尺寸的复核，以防有误。

(3)台车如何脱模？

脱模的动作与定位动作相反：

① 拆去挡头模板；

② 拆除边模侧向支撑丝杆千斤(一般去掉模板这头的千斤销子即可)，并将侧向油缸收回到一定的脱模距离；

③ 收缩顶升油缸，使台车下降到一定的位置后，脱模完成。

(4)台车使用哪种脱模剂？

通过实践，钢模台车衬砌后为了更好的脱模，且使衬砌好的混凝土表面光洁滑亮，选择模板漆，它可以衬砌三至五模后刷一次。

3.2 注意事项

3.2.1 钢型模板台车作业流程图见下图：

3.2.2 操作注意事项

把模板台车走行装置在钢轨上固定好后，防止模板台车移动。

主油缸上升时，为了使模板不倾斜，四个主油缸要同时作业，单独操作可能使模板和主油缸损坏。同时确保与后侧浇注完毕面贴合，测定与正式设计尺寸一致。

侧模油缸伸出，使侧模与设计尺寸一致，确认模板周围是否有作业员和物品。操作时要两支油缸同时作业，如果单独作业时将损坏模板。

把侧模下侧用丝杠拧紧过程中，考虑浇注时荷重，为防止模板变形，请拧紧丝杠。

设定底模支撑时底模一定要与地面支撑好，防止浇注时模板变形。

取掉堵头板使用榔头时，注意别伤了周围作业员。

拧松两端部拱角千斤，当模板与混凝土分离后，用链条把拱角千斤挂在侧模丝杠上。为防止模板扭曲，操作丝杠时，请前后同时操作。

模用油缸脱型(油缸收缩)时，为防止模板扭曲请同时操作油缸。

拧松上侧模丝杠时，锤子不要反弹到作业员身上。丝杆要全部松动，如果一个拧不松，将使模板变形、破损。

侧模油缸缩回脱型侧模脱型完毕后， 确认模板周围是否有作业员和物品。操作时要两支油缸同时作业，如果单独作业时将损坏模板。

用主油缸降下顶模时，为了使顶模不倾斜，必须四个主油缸同时操作，单独操作将使主油缸和模板破损。目视剥离量，确定模板的下降量，确认模板周围是否有干涉。

主液压系统关闭时如果无意接触手柄，会产生误动作，请一定关闭电源。

浇注时混凝土要连续供给，如果途中突然断掉要再送时请确认混凝土状况(凝结是否开始)注入口转换时(确保管路畅通)，防止堵塞破损模板。

最后浇注时，请注意及时停止。如果浇注过量，荷重超出设计值，要破损模板。当模板最上部混凝土流出后及时中止压送混凝土。

尾板处漏出的混凝土要清理干净。

左右混凝土浇注时，两边高度差大时，台车要往低的一方偏，所以左右一定要均等浇注。(断面左右偏差不大于40 cm)。

如果后侧已浇注混凝土与台车模板面有错台时，台车设定前请把搭接模螺丝拧松使台车模板面与设计面一致。

禁止移动时台车上乘作业员，操作者和目监视者要配合好。

目监视者要带上哨子，危险时要及时吹哨。

初回涂布脱模剂时，模板表面吹干净，使用布等涂均匀。(涂布时，模板表面不能有混凝土付着。如果有，要反复涂布2～3回。)

3.3 安装注意事项

(1)严格执行起重作业安全操作规程，严禁违章操作。

(2)严格按施工图进行施工作业。

(3)高空作业必须挂安全带，严禁乱堆、乱放或抛掷工器具等，防止高处坠物伤人。

(4)现场设专人负责文明施工管理，严格执行项目部部有关规定，做好本单位施工区域的管理。施工区域在当天施工完后要做到活完、料清、场地净、做好现场文明施工。

(5)施工现场的材料、机具应配备专人看管，以防丢失影响施工进度，夜间设专人负责巡视和保卫工作。

(6)清洗用的废油及破布严禁随处乱丢，防止环境污染。

4 台车例行保养

一级保养每班进行作业项目技术要求及说明一、电气控制系统按电气规范内容二、行走系统传动链条及车轮由黄油嘴加注黄油三、各类螺栓应没有松动,滑丝现象四、各类千斤顶、油缸工作时应处在工作尺寸位置五、液压系统1、检查液压油箱的油量油量不足,应予补加2、检查各油管,各接头应无漏油现象,软管有老化、损坏的应更换3、检查油泵,液压油缸油泵工作正常,无异常响声,油缸应无泄漏,否则应查明原因,排除故障4、检测油温工作时油温在30～70 ℃六、各注浆口,工作窗应无漏浆现象,工作情况良好七、堵头板工作时应无漏浆现象,工作情况良好八、行走机构(行走时)传动平稳,无过热现象九、检查各操纵手柄(空载)应操作方便,到位准确,定位可靠十、钢模板外表面脱模后应保持清洁,清除可能粘附的混凝土,涂刷脱模剂(均匀、全面)二级保养每工作15个循环作业项目技术要求及说明一、完成本级保养作业项目之外的例保项目二、电气控制部分工作电压380 V,电压稳定,绝不允许有漏电现象。三、液压系统应没有松动,滑丝现象1、检查液压系统各控制元件是否处于可控状态2、检查各管路、管接头无渗漏现象。3、检查系统密封性消除渗漏现象4、清洗进、回油滤清器清洗干净四、行走系统1、检查减速箱油面润滑油应加够2、传动链条链条松边下垂量应控制在10 mm左右3、罩壳无松动现象五、千斤顶、工作平台千斤顶旋转灵活,铰耳不得有变形,工作平台应稳定牢固六、整机1、检查各螺栓应联紧固,无滑丝现象2、门架、上拱架部分的焊缝无开裂现象,否则应予补焊3、总体尺寸的检测高、宽、净空应在图纸设计尺寸误差范围内

5 产品应用

斜井低流态混凝土升送钢模台车设计、制作与施工方案设计具有较高的技术含量，将在斜洞内同时进行常态和泵送混凝土浇筑，且台车行走方便、安全可靠，同时便于控制质量，节约胶凝材料用量，降低成本。可广泛应用于水工复杂隧洞衬砌施工，具有广阔的应用前景。现已经在溪洛渡水电站成功实施，它将对下一步白鹤滩水电站与乌东德水电站泄洪洞内采用它浇筑混凝土提供了必要条件。

6 结 语

左岸泄洪洞龙落尾边顶拱台车在混凝土浇筑发挥了巨大的作用，它获得了国家的发明与实用专利共三项与国家一等奖，而且混凝土浇筑的质量外观通过样板工程可以看出，它平整光滑、体型精准、高强耐磨、裂缝少而无孔洞，其质量是世界一流水平，所取得的这些成绩，都是由于中国水电七局工程技术人员及员工会同三峡公司员工共同通过质量预控、技术先行、稳定的施工队伍、加强工人的技能培训、明确责任、强化带班的职责、精细化施工与强化过程控制、严格执行奖惩制度、加强对作业队的管理等多种手段与措施，取得了今天的成就，为后续隧洞边顶拱混凝土浇筑施工探索新的道路，在节能环保上作出了巨大贡献，开创新的历史篇章。