索普拉多拉水电站引水隧洞全圆针梁台车衬砌技术

高一军

(葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

厄瓜多尔索普拉多拉水电站由三台混流式水轮发电机组组成，发电水头为375.6m，每台额定功率162.6MW，总额定功率487.8MW，建成后每年向当地国家电网提供发电量27.70亿kW·h。该电站引水隧洞上平段全长4794.68m，开挖断面为马蹄型(5.83m×7.6m)，混凝土衬砌厚度为35cm，衬砌后圆形断面直径为6.7m，具有工期紧、施工强度高及质量要求高等特点，在保证混凝土质量的前提下，采用全圆形针梁台车进行混凝土衬砌施工。

1 全圆针梁台车工作原理

1.1 钢模工作原理

钢模上安装了三组油缸，可完成立模、拆模工作。在顶模和边模的对应位置上安装螺旋千斤顶，油缸伸出，钢模定位后，旋紧螺旋千斤顶，以此保证衬砌尺寸的准确性，并减轻油缸载荷。脱模时，先脱顶模，再脱右边模，然后脱左边模，最后底座竖向油缸向上顶，使整个台车向上运动，底模便与混凝土脱离。

1.2 行走原理

安装在针梁上的卷扬机用两根钢丝绳，分别绕过针梁端部和梁框上的滑轮固定在针梁两端，针梁和钢模互为支点，其相对运动使台车前进。脱模之前，收缩底座油缸，悬吊底座，针梁下面轨道落在底模行走轮上，开动卷扬机使针梁向前移动，到位后放下底座，油缸顶在针梁，然后进行脱膜。脱模后，开动卷扬机使其反方向运动，钢模即向前移动。

1.3 定位原理

底座竖向油缸上、下运动，台车可作纵向调整，安装在底座上的调平油缸，可使台车横向调整。

1.4 纵向、横向稳定原理

解决纵向稳定问题，下有底座竖向油缸支撑，上有抗浮千斤顶固定，使针梁和钢模紧密地结合在一起，增加了整个台车的稳定性。横向稳定装置是两对可定位的伸缩千斤顶，安装在前后抗浮架上，当台车调整后，旋紧千斤顶，支撑针梁，保证台车横向稳定。

2 全圆针梁台车的构造

全圆针梁台车是一种为提高隧洞衬砌表面光洁度和衬砌速度，并降低劳动强度而设计制造的专用设备，主要由模板总成、针梁总成、梁框总成、水平和垂直对中调整机构、卷扬牵引机构、抗浮装置、液压系统、电气系统等组成(见图1)。

图1 全圆针梁台车总装配图示意

2.1 模板总成

模板总成用于隧洞的成形，制约隧洞的形状和尺寸。考虑到混凝土对模板的压缩作用，模板的半径较理论半径大10mm。模板间用螺栓联接，每组模板由顶模、左边模、右边模、底模四块组成。各模块与圆心的夹角分别为:顶模44°，左边模100°，右边模100°，底模116°。底模两边分别用铰耳销轴连接左、右侧模板，顶模的一边与右侧模板用铰耳销轴连接，另一边与左侧模板用螺栓和销轴联接。当顶模油缸收缩时，顶模与左侧模板脱开，形成400mm～500mm的间隙，左、右侧模板就可在侧模油缸的作用下与浇筑面脱开，完成顶模和左右侧模板的收缩。每组模板的宽度为1.5m，纵向用螺栓和销轴联接，为了加强模板之间的整体连接强度，设计有模板联接梁(见图2)。

图2 模板组成示意

2.2 针梁总成

针梁总成是钢模的受力支撑平台和台车行走的轨道，中心宽3.8m，高3.1m，由5组×2块组成，为装配式桁架组合结构。针梁主要由矩钢构成，其长度为29m;针梁上、下有四条40mm×40mm的方钢轨道，焊接在针梁上，为了运输和安装方便，分为5节，用高强度螺栓连接。

2.3 梁框总成

梁柜总成下部与底模用螺栓联接，构成一个门框式构架，在框架上、下部安装有行走轮系，针梁从门框内穿过，框架上均是安装边模、顶模伸缩油缸的支承面。梁框门架是通过各支承千斤和油缸与模板连接，主要承受衬砌层的压力，门架与底模上的横梁构成框架结构，立柱的间距为1.5m。为了增强门架的强度和稳定性，根据浇筑直径和衬砌厚度，门架立柱间设计有联接梁和斜拉杆等。门架立柱和横梁均用工字钢制成。

2.4 底座

前、后底座分别安装在针梁的两端，是针梁的受力支点，衬砌时台车的全部重量都落在两个底座上。每个底座上安装两个可承受50t力的液压竖向油缸。

2.5 端头堵板

为了解决钢模两端的封堵问题，设计有端头堵板，它是由堵头角铁、钢模拱板及封头木板组成，用螺栓联接。

2.6 抗浮装置

由于是一次性浇筑，当浇注速度过快时，钢模将受到混凝土产生的浮力。为了不使钢模在浮力作用下向上移动，在钢模两端安装了八个抗浮千斤顶;为了不使针梁和钢模产生侧向位移，在前后抗浮架上安装有四个侧向千斤顶。抗浮架有2套，分别安装在模板的前后部，并与门架连接，抗浮架下面安装有滚轮，因此抗浮架能随模板在针梁上移动。抗浮架上安装的竖向抗浮千斤和水平抗浮千斤，在浇筑时还能防止错台和克服混凝土的张力。

2.7 行走机构

行走机构是由支座和多个滚轮等零件组成，共有2套行走架安装在门架内针梁的上下方，因此针梁可在行走架的滚轮上移动。支座由槽钢构成，滚轮是铸钢件，滚轮设计成带轮边的结构，使针梁或模板移动时不会左右摆动。

2.8 水平和垂直对中调整机构

平移机构安装在针梁下面的前、后底座上，在前、后底座上各安装有2个竖向油缸与针梁连接，竖向油缸的伸缩可使针梁上升和下降，以便于模板在垂直方向上对中调整，从而完成底模的脱模和立模，最大脱模行程为390mm。在前、后底座上还各安装有二个水平油缸，利用其左、右移动，可调整模板中心线与隧洞中心线吻合，左右移动行程为200mm。

3 全圆针梁台车衬砌施工

3.1 施工工艺流程

全圆针梁台车混凝土衬砌施工工艺流程见图3。

3.2 衬砌施工

钢筋、止水及其它预埋件安装完毕，台车行走，就位前应对其面板涂刷脱模剂，台车要求就位后，就近安装混凝土泵机，以使混凝土运输管道越近越好。同时接好泵管，经验收合格后进行混凝土浇筑。

隧洞混凝土严格按照分段分块进行衬砌，分段分块主要根据设计图纸、结构特性及浇筑方法进行。为保证隧洞混凝土的施工质量，首先要保证混凝土的拌和质量，并全部采用搅拌车运输，以保证混凝土具有良好的和易性。每仓混凝土浇筑应保证连续性，才能有效控制混凝土浇筑的上升速度。

图3 全圆针梁台车施工工艺流程框图

4 结语

全圆针梁台车具有结构造型合理、操作灵活简便、行走自如、台车整体刚度好、不易出现变形等特点，能充分控制隧洞混凝土的浇筑质量，特别是保证了混凝土表面光滑平整，接缝处无错台现象;同时也降低了工序间的干扰，便于流水化施工，减轻了劳动强度，提高了功效，加快了施工进度。该电站引水隧洞混凝土施工，通过对全圆针梁台车混凝土衬砌施工关键技术研究与应用，解决了工期紧、施工强度高及质量要求高的难题，取得了理想的施工效果，为国内外同类工程施工积累了经验。