衬砌台车在长河坝大坡度泄水洞施工中的应用

周云定，张曾

(中国水利水电第七工程局有限公司二分局，四川郫县，611730)

衬砌台车在长河坝大坡度泄水洞施工中的应用

周云定，张曾

(中国水利水电第七工程局有限公司二分局，四川郫县，611730)

长河坝水电站泄洪洞工程，为解决大断面、大纵坡、常态混凝土、断面加高浇注、洞内快速安装的难题，综合提高泄洪洞施工效率及质量，研制了满足上述要求的钢模台车。台车设计桁架片式结构，铰接式斜拉结构，自动提升浇注系统，顶模自动加高机构和特制轨道，在衬砌施工中解决了泄洪洞大纵坡、常态混凝土、渐变段浇注等施工难题，实现了大断面、大纵坡边墙部分常态混凝土浇注成功，拱顶部分断面加高浇注成功。

常态混凝土 衬砌台车 大坡度 长河坝水电站 泄洪洞工程

1 工程概况

长河坝水电站一共三条泄洪洞，均布置在右岸山体内，从左至右依次为1＃泄洪洞、2＃泄洪洞、3＃泄洪洞，三条泄洪洞平行布置，洞轴线水平间距60.0m。

1＃泄洪洞为深孔泄洪洞，布置于坝区右岸溢洪洞(2＃、3＃泄洪洞)左侧，由短有压进口段、无压洞段和出口挑流鼻坎段组成。进口底板顶高程1650.00m，塔顶高程 1697.00m，塔体尺寸为49.00m×27.00m×52.00m(长×宽×高)。进口设事故检修平板门和弧形工作门各一道，检修闸门孔口尺寸为14.0m×13m(宽×高)，工作闸门孔口尺寸为14.0m×11.50m(宽×高)。塔体后接无压泄洪洞，总长1372m，纵坡i＝0.10279。洞身断面形式为圆拱直墙型，断面尺寸14.0m×(16.0～19.0)m(宽×高)，采用全断面钢筋混凝土衬砌，顶拱回填灌浆，周边固结灌浆。出口挑流鼻坎起挑底高程为1510.00m。

图1 1＃泄洪洞下游钢模台车浇筑施工缝典型剖面

图2 2＃、3＃泄洪洞下游钢模台车浇筑施工缝典型剖面

2＃、3＃泄洪洞为溢洪洞，由开敞式进口段、无压洞段和出口挑流鼻坎段组成。进口采用“开敞式”岸塔结构，进口底板高程1663.50m，塔顶高程1697.00m，塔体尺寸为36.50m×28.00m×38.50m (长×宽×高)。进口设事故检修平板门和弧形工作门各一道，闸门控制孔口尺寸为17.0m×16.5m (宽×高)。塔体后接无压泄洪洞，2＃泄洪洞洞长1508m，纵坡i＝0.10848；3＃泄洪洞洞长1540m，纵坡i＝0.10552。洞身断面形式均为圆拱直墙型，断面尺寸14.0m×(15.0～18.0)m(宽×高)，采用全断面钢筋混凝土衬砌，顶拱回填灌浆，周边固结灌浆。出口均采用挑流消能，鼻坎起挑底高程为1500.00m。

为解决衬砌台车在大纵坡洞内快速安装，满足隧洞边墙常态混凝土浇注和拱顶断面加高处理等，提高隧洞衬砌混凝土的整体质量、施工效率以及降低施工成本，研制了常态混凝土自动浇注边墙台车和自动加高式拱顶台车，适应于隧洞大纵坡、大断面、常态混凝土以及断面加高段的浇注施工工况，并进行了生产性试验。对研制衬砌台车的要求是:(1)满足隧洞大纵坡施工、台车能够自行前进和后退的工况；(2)满足隧洞浇注常态混凝土的施工工况；(3)实现断面加高时浇注的自动加高处理；(4)满足洞内快速安装。

2 施工方案简述

1＃泄洪洞从进水口到出水口共六种断面，分别为0＋000～0＋100m、0＋100m～0＋200m、0＋200m～0＋230m、0＋230m～0＋450m、0＋450m～0＋480m、0＋480m～1＋362m。其中，0＋200m～0＋230m、0＋450m～0＋480m为渐变段，根据施工需要，要求使用钢模台车施工。泄洪洞洞身0＋000～1＋362m段，按照“先施工边墙、再施工顶拱、最后施工底板”的顺序施工，洞身配置两台边墙钢模台车和两台顶拱钢模台车结合的形式满足衬砌需要。

2＃泄洪洞从进水口到出水口共四种断面，分别为0＋000～0＋060m、0＋060m～0＋200m、0＋200m～0＋230m、0＋230m～1＋508m。其中，0＋000～0＋060m、0＋200m～0＋230m为渐变段。根据施工需要，0＋000～0＋060m段利用承重脚手架及组合模板进行混凝土衬砌施工。泄洪洞洞身0＋060m～1＋508m段按照“先施工边墙、再施工顶拱、最后施工底板”的顺序进行施工。洞身配置两台边墙钢模台车和两台顶拱钢模台车结合的形式满足衬砌需要。

3＃泄洪洞从进水口到出水口共四种断面，分别为0＋000～0＋060m、0＋060m～0＋200m、0＋ 200m～0＋230m、0＋230m～1＋540m。其中，0＋000～0＋060m、0＋200m～0＋230m为渐变段。根据施工需要，0＋00～0＋060m段利用承重脚手架及组合模板进行混凝土衬砌施工，泄洪洞洞身0＋060m～1＋540m段按照“先施工边墙、再施工顶拱、最后施工底板”的顺序进行施工。洞身配置两台边墙钢模台车和两台顶拱钢模台车结合的形式满足衬砌需要。

3 特殊工况条件的解决措施

3.1 大纵坡隧洞浇注常态混凝土

传统的衬砌台车设计均采用泵送混凝土浇注，采用低塌落度混凝土能够有效地控制混凝土内部温升，而泵送混凝土的内部温升相对较大，不利于混凝土的温控防裂。混凝土由于水泥用量高于常态混凝土，其放热量大，热强比高于常态混凝土。采用低塌落度混凝土时抗裂安全系数在1.84～2.81之间，泵送混凝土的抗裂安全系数明显较低，局部抗裂安全系数在1.0～1.3左右。对于泄洪洞大体积混凝土的浇注，采用常态混凝土浇注，有利于控制高标号混凝土温度，有利于降低施工成本，对混凝土的整体浇注质量具有重要的意义。

台车为解决常态混凝土的浇注问题，设计采用双向供料系统并结合皮带机布料系统，实现常态混凝土的浇注。为解决在大坡度上混凝土起吊系统的行走问题，台车设计电机—链条驱动系统，采用料斗将混凝土提升至皮带机水平面以上，通过葫芦吊架的减速机纵向移动至皮带机正上方，再通过可逆皮带机将料斗中的混凝土输送至两边墙所需浇筑处。此浇筑方式，可适用于纵坡的隧道施工，坡度大小适用范围可达0°～30°，这种浇注方式大大降低了施工成本，便于衬砌质量的控制，提高了施工效率，有效降低了工人的劳动强度。

3.2 大纵坡隧洞内快速安装

由于传统的衬砌台车设计均采用钢结构设计，但设计时普遍采用单件、小件现场安装。由于隧洞断面较大，台车按传统结构设计，材料耗费量较大，且传统设计零散件较多，对于洞内安装造成很大的施工难题。本台车设计采用中空桁架片式结构，纵向门架之间的连接斜拉均采用圆管加工，两头均采用销轴连接，有利于提高隧洞内的安装效率，提高安装精度，降低施工成本，对特大断面隧洞台车洞内快速安装技术的提升具有重要的意义。

台车设计采用中空桁架片式结构和销轴连接式斜拉杆，安装时只需在平地上按顺序组装，再整体提升安装，即可完成一榀门架的安装。门架与门架之间的斜拉杆只要将销轴连接起来，安装精度高，拼装速度快，可有效提高安装效率和质量，降低工人的劳动强度，提升产品质量。

3.3 拱顶台车在加高断面处自动加高

为了解决加高断面的施工工况，在拱顶台车门架上部设置了加高系统，用来加高台车的门架，用于达到加高断面的衬砌，具体实施过程如下:

将门架系统由横梁桁架和立柱之间分拆成上门架部分和下门架部分；

操作顶升加高系统，将顶升油缸的活塞杆伸出，由于顶升油缸的活塞杆头部与顶推支座通过销轴连接，且顶推支座与导柱通过销轴锁住，使得顶升油缸推动导柱和包括横梁桁架的上部门架部分(包括托架系统和模板系统)同时升高，当顶升油缸达到最大行程时，将销轴插入，将导柱与导套锁死，然后将销轴拔出，将顶升油缸的活塞杆缩回，使顶推支座相对导柱下移，待顶升油缸的活塞杆全部缩回后，将销轴插入，将顶推支座与导柱锁住，然后拔出销轴，将顶升油缸活塞杆伸出。如此反复，直到达到指定加高高度后，将销轴全部插入，将顶升加高系统锁死即可(为了保证台车骨架加高部分的安装，加高油缸的行程预留50mm，在加高油缸最后一次顶升时，需将油缸全部伸出，且在导柱上对应地多加工了一组销孔)。

安装台车骨架的加高部分，先将加高部分与台车下半部分骨架连接好，再操作液压泵站将台车上半部分慢慢降下，连接好加高部分与台车上半部分。

3.4 大纵坡上台车自行前进和后退

由于隧洞存在较大的纵坡，本台车采用了液压顶推系统，安全性能高，行走平稳，操作方便。

本系统由两组顶推油缸带动顶推机构在控制系统的作用下交替动作，带动台车步进运动向前行走。完整的工作过程如下:开启PLC控制系统和液压系统，顶推机构中的换向装置顶在锯齿形轨道上，PLC控制系统控制前一个油缸收缩，带动前一个顶推机构在轨道上向前滑动，同时，控制后一个油缸顶伸，台车向前行走。当油缸达到一定的伸缩量，或者说顶推机构越过轨道的一个锯齿，PLC控制系统控制油缸反向动作，前一个油缸顶伸、台车向前行走，后一个油缸收缩带动顶推机构向前滑动，达到一定伸缩量后，油缸反向动作。此时台车共行走两个伸缩量的距离，以此类推油缸交替动作，台车不断向前行走。

若台车需要后退，只需将顶推机构的换向装置的扳手转到相反方向，在顶推油缸的作用下台车可连续步进运动实现后退。

4 台车结构及技术参数

该隧道边墙衬砌台车的主要结构由模板系统、走行系统、骨架及葫芦门架系统、走行液压系统、支撑系统、电控系统、模板液压系统、行走轨道系统等系统组成。其结构见图3所示。

图3 隧道边墙衬砌台车结构

台车总体性能参数见表1。

表1 隧道边墙衬砌台车性能参数

该隧道拱顶衬砌台车的主要结构由模板系统、走行系统、骨架及托架系统、走行液压系统、门架加高系统、电控系统、模板液压系统、行走轨道系统等系统组成。整体方案如图4所示。

图4 隧道拱顶衬砌台车结构

台车总体性能参数见表2。

表2 隧道顶拱衬砌台车性能参数

5 结语

通过台车衬砌作业，解决了在大坡度隧洞中浇注高标号常态混凝土问题和隧洞断面加高衬砌的问题，实现了大纵坡隧洞内的快速安装，达到了预期目的。脱模后混凝土表面光滑平顺无蜂窝、麻面气泡等缺陷，混凝土错台在1mm范围内，满足混凝土质量要求。混凝土成型断面经测量检查，结构物边线与设计边线尺寸相差在5mm之内，衬砌混凝土内轮廓、中线及外观质量满足设计要求。

该台车在隧洞衬砌过程中，实现常态混凝土的浇注，降低了施工成本，大大提高了施工效率。在台车衬砌作业中，引入布料机作业，有利于降低劳动强度，对实现混凝土的自动化浇注具有重要意义。该台车实现了立模、拆模及台车走行的自动化控制，操作维修简便、快捷，提高了隧洞施工的综合施工速度。

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〔2〕揭选松，刘德树，彭立敏.隧道混凝土施工技术[J].西部探矿工程，2005，(7).

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TV536.07∶TV651.3

B

2095－1809(2016)05－0086－04

周云定(1978－)，男，四川达县人，工程师，大学专科，主要从事设备物资管理工作；

张曾(1985－)，男，宁夏中卫人，工程师，工学学士，从事水利水电工程施工技术及管理工作。