引水隧洞全断面通用钢模台车设计及施工技术

陈学永

（中国葛洲坝集团建设工程有限公司，昆明 650217）

乌弄龙水电站引水隧洞混凝土采用引水隧洞弯段、平段全断面通用钢模台车衬砌施工技术进行衬砌，在平洞段、弯洞段全断面通用同一钢模台车，实现平洞段、转弯洞段的连续施工，对引水隧洞混凝土快速衬砌施工具有重大意义。引水隧洞弯段、平段全断面通用钢模台车为隧洞全圆衬砌，底、边、顶一次性成型。在施工过程中，通过调节模板、铰连接、模板支座的置换，实现同一台车在平洞段及转弯洞段的连续施工。台车以针梁系统和固定式模板系统为固定结构，构成整个台车的主体结构。通过在不同部位，组合不同的调节模板，实现不同的隧洞结构型式混凝土施工；根据隧洞转弯半径调整可调式铰连接、模板支座尺寸，实现整个台车模板准确就位，并且脱模时能保持同轴转动模板。

1 全断面通用钢模台车设计

全断面通用钢模台车由5 部分组成，分别为针梁系统、模板系统、行走系统、牵引系统和支撑加固系统。

（1）针梁系统设计。针梁系统包括针梁结构、支腿结构，采用螺栓连接，是整个台车的主要承载结构。台车支腿结构包括可调式顶撑、液压千斤顶和滑套。可调式顶撑通过螺栓可以固定在不同的高度，用于调节整个台车的高度。液压千斤顶用于模板系统的脱模，上部与可调式顶撑连接，下部与滑套连接。通过调节滑套的伸缩长度来调节钢模台车的垂直位置。滑套下部与行走机构连接，上部套在台车支腿结构内。

（2）模板系统设计。模板系统包括固定式模板、调节模板、铰连接、模板支座，模板由桁架结构及模板组成，其结构形式在引水隧洞平洞段、弯洞段内均保持不变。其中，固定式模板在同一轴线方向采用铰连接，相邻块模板采用螺栓连接。调节模板无桁架结构，通过螺栓与固定式模板连接成整体，在平洞段为标准圆柱体，调节模板在弯洞段根据转弯半径加工成异形体，调节模板在台车从平洞段进入弯洞段时拆除，换成调节模板。铰连接在平洞段、弯洞段内均保持多铰同轴转动，铰连接与模板采用螺栓连接。在台车从平洞段进入弯洞段时拆除两侧铰连接，换成另一铰连接，通过铰连接的销轴位置变化，实现全套模板的多铰同轴转动。模板支座位于台车针梁系统与模板系统之间，通过支座的形体变化，用于调节平段、弯洞段台车针梁与模板间的角度及位置，支座采用螺栓连接，在台车从平洞段进入弯洞段时拆除模板支座，换成另一模板支座。

（3）行走系统设计。行走系统包括轨道支撑、轨道及行走机构，台车行走系统前端轨道铺设在基岩面上，后端轨道铺设在已浇筑完成的混凝土面上，两端轨道的高差通过台车支腿结构内可调式顶撑的位置和滑套长度进行调整。

（4）牵引系统设计。牵引系统包括滑轮组、牵引绳及卷扬机，由牵引绳通过滑轮导向，利用卷扬机牵引台车针梁结构实现台车移动，在弯洞段台车就位后，保持牵引系统始终处于受力状态，承担部分台车自重及混凝土重力。

（5）支撑加固系统设计。支撑加固系统由台车两端的上、下、左、右抗浮支撑杆及加固支撑杆组成，支撑加固系统固定在台车针梁结构两端，前端支撑在基岩面上，后端支撑在已浇筑的混凝土面上。

2 全断面通用钢模台车受力分析

全断面通用钢模台车利用Ansys有限元分析软件对门架结构受力进行分析验算，针梁固定共4 个点，模板自重取45 t，混凝土顶部120°，混凝土厚度1.1 m，台车长度6 m，实际混凝土重量为63.36 m3×2.4 t/m3=152.064 t，合计重量：197.064 t；即197.064 t×1000 kg×9.8 N/kg=1 931 227.2N，台车针梁顶部两个面受力，每个点受力1 931 227.20 N/2=965 613.6 N，根据以上数据分析结果得最大应力为92.775 MPa（见图1），为材料Q235 屈服强度235 MPa 的39%，最大位移总变形量为0.88 134 mm（见图2），符合设计要求。

图1 台车应力屈曲图

图2 总变形位移图

3 全面段通用钢模台车在隧洞内安拆技术

在引水隧洞平洞段安装全段面通用钢模台车主要利用25 t吊车及15 t卷扬机进行安装。依靠洞内事先设置的天锚辅以8 t 汽车吊及15 t 卷扬机进行配合安装。

全段面通用钢模台车安装顺序：天锚安装→安装平台→铺设轨道→针梁安装→模板安装→液压管道、电气线路等安装。

（1）安装平台。按照台车尺寸，在指定安装洞内段，采用石渣回填出安装平台，平台地面应平整，满足设计安装的基准要求，并在两端码放编织袋，以确保平台整体稳定。

（2）铺设轨道。在石渣回填的安装平台上，直接铺设轨道。轨道选用P43 kg/m 型钢轨，高度为140 mmm，支撑在预制的支座上。

（3）针梁安装。平板拖车将台车构件运至安装平台，采用8 t 汽车吊进行卸车及安装，吊车停靠在安装平台上。安装针梁时，针梁与立柱各连接梁和斜拉杆的连接必须牢固，各固定螺栓必须拧紧。

（4）模板安装。钢模台车针梁安装完成后，将台车针梁往上、下游牵引，空出安装平台，开始模板安装。首先安装顶模、依次为侧模、底模安装。顶模安装采用15 t 天锚，手拉葫芦将模板从平板拖车上直接提升，提升至顶部后，将台车针梁牵引就位，顶模下降、就位，最后在台车针梁上固定。再将台车针梁往上游牵引，空出安装平台，开始侧模安装，侧模安装同顶模，最后将侧模通过铰接固定在顶模上，同时安装侧模的支撑千斤顶。侧模安装完成后，人工用手拉葫芦将底模拖至安装部位，通过葫芦调节，最终安装在侧模上。

模板安装分3 个标准节进行，每个标准节含顶模、侧模及底模。标准节安装完成后，进行调节模板的安装，最后安装搭接模板。

（5）全断面通用钢模台车拆除。钢模台车运行结束后，退回到安装平台上进行拆除，拆除顺序与安装顺序恰好相反。台车拆除后，再进行安装平台段的混凝土浇筑施工。

4 全面段通用钢模台车牵引技术

4.1 下弯段及下平洞钢模台车牵引

下弯段钢模台车牵引锚固点设置在下弯段回填混凝土上，在回填混凝土施工时，将牵引锚固结构预埋进去。卷扬机安装在引水隧洞下平段底板上，采用型钢支架作为支撑结构，卷扬机设置后拉钢丝绳，防止倾覆。

4.2 上弯段及上平洞钢模台车牵引

上弯段钢模台车牵引锚固点设置在上平洞，为型钢支撑架，负责上弯段混凝土施工。上平洞由卷扬机直接牵引台车，卷扬机安装在引水隧洞进口段底板混凝土上。

4.3 滑车及卷扬机选型和布置

4 台8 轮160 t 滑车（用于上弯段）及4 台6 轮120 t滑车（用于下弯段），同时根据滑车配置相应的钢丝绳，15 t卷扬机（4台，上下弯段各2台）。8个导向滑轮根据钢丝绳型号确定。滑车的连接方式采用钢丝绳将滑车与锚固结构缠绕连接。

钢丝绳验算如下：

4.3.1 牵引钢丝绳的选择

牵引钢丝绳拟选择公称抗拉强度为1670 MPa、直径32 mm的纤维芯钢丝绳，该钢丝绳规范最小破断拉力为692.7 kN。考虑运行安全，斜拉钢丝绳安全系数K=6倍。

按照上述要求计算用于牵引的钢丝绳的允许最大拉力T：T=692.7 kN/6=115.5 kN

4.3.2 钢丝绳实际受力分析

衬砌台车按100 t=980 kN（大于台车+滑轮+钢丝绳的重量），以台车行驶第5 段（倾角最大约45°）计算；受力简图见图3。

图3 受力简图

其中F1为重力分力，F2为滑动摩擦力（动摩擦系数为0.25）。所需提升力Q=F1+F2=（G×sin45°）×（1+0.25）=866 kN。台车牵引系统为8 滑轮轮车，根据滑轮组省力的特性钢丝绳的实际受力P=Q/8=866 kN/8=108.3 kN＜T=115.5 kN。实际受力P小于允许使用拉力T，满足使用要求。

5 引水隧洞全断面钢模台车混凝土衬砌施工技术

5.1 引水隧洞平洞段转弯洞段连续施工技术

引水隧洞弯段、平段采用全断面通用钢模台车进行混凝土衬砌施工，模板系统包括固定式模板、调节模板、铰连接、模板支座。固定式模板始终保持不变，通过调节模板、铰连接、模板支座的置换，可实现同一台车在平洞段、转弯洞段的连续施工。即在平洞段或弯洞段，台车采用标准断面的模板、铰连接、模板支座，在整段洞内，台车保持结构型式不变，逐仓浇筑混凝土。在台车由平洞段转入弯洞段时，在转入弯洞段的首仓混凝土备仓中，保持台车固定模板的结构型式不变，拆除平洞段的调节模板、铰连接、模板支座，换成弯洞段的调节模板、铰连接、模板支座，将台车组装成弯洞段施工模式。台车保持弯洞段结构型式不变，逐仓施工弯洞段混凝土。

5.2 全断面通用钢模台车混凝土浇筑施工技术

（1）底模混凝土浇筑。混凝土经底模工作窗下料进行浇筑。浇筑时为使混凝土表面光滑、减少气泡缺陷，在浇筑过程底模120°范围内浇筑下料从一侧进行，避免两侧同时下料造成排气向中间集中形成上浮力及混凝土缺陷，并在分缝堵头侧适当位置留排气工作口，以利混凝土排气，同时还可借助插入式振捣器振捣。

（2）边模混凝土浇筑。混凝土经边模工作窗下料进行浇筑。为保证台车受力均匀，左、右模板混凝土应间隔浇筑，其混凝土表面高差应不大于0.5 m，且每浇筑一层混凝土，即用插入式振捣器振捣。

（3）顶模混凝土浇筑。混凝土由顶模注浆口下料进行浇筑。顶模浇筑时应注意观察混凝土注入情况，发现混凝土浇筑满时，立即停止泵送混凝土，以免顶部模板局部压力过大，造成模板变形。

6 结语

云南乌弄龙水电站引水隧洞混凝土工程应用本项施工技术，实现了引水隧洞在平洞段、弯洞段全断面通用同一钢模台车的连续施工，有利于提高施工速度，降低施工成本，提高了施工效率，混凝土浇筑质量得到了保证，且安全性有保障，经济实用，具有良好的社会效益。