大型高流速陡变坡洞室常态混凝土衬砌台车研究及应用

大型高流速陡变坡洞室常态混凝土衬砌台

车研究及应用成果报告二〇二一年十二月大型高流速陡变坡洞室常态混凝土衬砌台车研究及应用成果报告1、项目概述乌东德水电站左岸靠山侧平行布置有3条泄洪洞，采用有压洞平面转弯接明流隧洞的型式，进口位于左岸泄洪洞进口左上方，出口位于左岸泄洪洞（尾水）左侧。从上游至下游依次布置有进口段、有压段、工作闸室、无压段、挑流鼻坎、水垫塘、尾水渠，其中无压段紧接工作闸室布置，为龙落尾形，由进口渐变段、上游缓坡段、掺气坎段、下游陡坡段及出口25m计坡比101.5m，出口扩散段长456.05m。渐变段进口断面尺寸为14m×16.5m，其余部位为城门洞形，断面尺寸14m×18m。2、立项背景的重点和难点，它涵盖了陡变坡部位设备的通用性、施工安全、混凝土温控、浇筑质量等多方面施工技术。常规施工方法是钢模台车以自身液压系统行走为辅，卷扬牵引系统为主，另配置保险钢丝绳防护，混凝土浇筑由搅拌车配合泵机浇筑泵送混凝土。此种施工方法施工干扰大，且存在一定的安全隐患，同时台车的通用性较差。衬砌后的混凝土具有抗冲磨、防气蚀和耐久性，要求体型精准、平整光滑、高强防裂，整体属业界难题。在变坡陡峭洞室衬砌施工中，常规台车以自身液压系统行走为辅，卷扬牵引系减少安全隐患，降低混凝土内部温升，避免产生温度裂缝，确保施工质量和施工安全，针对传统施工方法的不足，开展大型变坡陡峭洞室衬砌台车施工技术革新的研究是必要的。该项确保满足工程要求。对后续类似工程施工也具有较高的借鉴意义。3、主要研究的问题（1）研究特大超重型台车在陡坡段安全走行的问题；泄洪洞陡坡段坡度达到26.8%，钢模台车自重约400吨，常规施工方法是利用台车自身液压系统行走，另布置卷扬系统配合。由于洞室内空间基本较狭窄，卷扬系统与洞内施工存在一定的干扰，且钢模台车自重较大，卷扬系统牵引存在一定的安全隐患，且两边卷扬机存两组油缸爬靴式交替顶推，台车依靠自身液压系统来实现行走，同时在台车尾部走行机构处设置车挡，防止台车在行走过程中和施工作业时由于液压系统故障导致台车下滑，大大提高了台车施工的安全性。台车顶推走行系统设置有位移传感器和压力传感器，位移传感器用来检测台车左右走行顶推油缸的同步性，压力传感器用来检测轨道和顶推支座是否有效接触。（2）研究特大超重型台车由陡坡段向缓坡段走行时重心偏斜的问题；泄洪洞陡坡段坡比为26.8%，缓坡段坡比为3%，台车从陡坡段向缓坡段进行衬砌施工，在通过这三种不同坡比的变坡折线段时，台车的重心会发生变化，台车需有足够的强度、刚度和稳定性，保证在大坡度施工时不发生变形和倾翻。目前普遍做法是在两种坡比段各加工大大的增加了施工成本和施工难度，装拆台车耗时较长，对工期影响也较大。台车多为桁架片结构，螺栓连接，反复装拆，对台车质量、安全性及使用寿命也有较大影响。通过本次试底部顶升油缸用来调整台车的重心，台车在通过折线段时，利用底部顶升油缸的升降对台车进行姿态调整，确保重心不偏斜，平稳过渡。另外，当台车轨道支墩的浇筑高度与设计尺寸不相符时，也可通过底部顶升油缸的升降来调整。（3）研究在陡坡段实现常态混凝土的垂直运输、水平入仓的问题；常规钢模台车浇筑泵送混凝土，采取在台车顶模部位设置封拱器，泵机在底部供料，由泵管实现垂直运输，直接入仓，浇筑常态混凝土则无法实现。通过试验研究，在台车顶拱处设置四组皮带机、在台车前后各设置有一组料斗提升系统来实现常态混凝土垂直运输、水平入仓的问题。料斗提升系统的纵向行走采用两根单独的链轮链条驱动（单根链条能满足承受的电缆线配有弹簧式自复位电缆卷盘，料斗在升降和前后移动时均不需要另接电源，料斗供电电缆线采用电缆卷筒收、放，当吊罐移动时，电缆卷筒自动收、放电缆，确保吊罐用电安全；台车混凝土吊罐的起升和行走以及料斗门的开闭，均采用无线遥控控制，便于吊罐工作时进行实时观察。在皮带机中间吊罐下料的位置设置集料槽，保证混凝土下料的均匀性；在皮带机两侧设置了挡边唇，防止混凝土在皮带机输送时骨料滚落造成安全隐患，在皮带机上设置二级清扫器，提高混凝土的利用率，设置了滚筒清扫器，保证皮带的使用寿命。4、常态混凝土钢模台车研究内容4.1施工程序调整考虑到底板混凝土先浇筑有路面保护难度大及后期修补工作量大、台车轨道埋件割除及修补工作量大、矮边墙与边顶拱衬砌混凝土接缝处外观较差等几项不足。经研究，将原定的底板混凝土先行，边顶拱混凝土跟进，上游段顺水流方向进行施工，下游段逆水流向浇筑的施工程序优化调整为：浇筑轨埂混凝土→安装钢模台车进行边顶拱衬砌→回填、固结灌浆跟进施工→拆除轨埂→拖模浇筑底板混凝土。4.2常态混凝土钢模台车设计技术特点的连接，从而减少台车的安装误差，提高台车的精度；走行顶推油缸的同步性，压力传感器用来检测轨道和顶推支座是否有效接触；详见图1。图1：位移传感器和压力传感器示意图（3）台车门架下游方向设计尾部大斜撑，提高台车在坡度上的抗倾覆能力；（4）台车走行采用液压驱动，采用特制的轨道和顶推支座，两组油缸交替顶推来实现；详见图2。图2：两组油缸交替顶推障导致台车下滑；详见图3。图3：车档示意图垫板顶紧在混凝土支墩立面上，从而防止轨道滑移。详见图4。图4：轨道防滑移装置3浇筑条带轨埂。每个混凝土支墩设置4个插筋(插筋长度800～1000mm)，每个插筋与两个预埋螺杆相互焊接，焊接完成后浇筑混凝土支墩。在支墩顶部设置轨道垫板，方便轨道的安放与压板的安装。轨道采用特制的钢轨，高40cm。轨埂结构详见图5。图5：轨埂结构图（8）台车顶部和底部均设计顶升油缸，顶部顶升油缸用来实现台车模板的脱模和立模，底部顶升油缸用来调整台车的重心，台车在折线段通过时，台车的重心会发生变化，此时需采用底部顶升油缸的升降来调整台车的重心；另外，当台车轨道支墩的浇筑高度与设计尺寸不相符时，也可通过底部顶升油缸的升降来调整；详见图6。图6：台车调节顶升装置（9）模板侧向设置纵向调节装置，便于侧模与顶模之间的对位连接；详见图7。图7：纵向调节装置（10）模板的上部和侧面均设置导向柱，保证模板脱模和立模时的模板不发生倾翻；详见图8。导向柱图8：导向柱示意图（11）台车吊罐的纵向行走采用链轮链条驱动，且采用两根链条，单根链条满足承受吊罐行走时的载荷，当其中一根链条发生故障时，另外一根链条起安全保护作用；详见图9。第一根链条第二根链条图9：吊罐双链条驱动（12）模板的上部和侧面均设置纵向斜拉和限位架，防止模板在坡度上施工时发生纵向位移和转动；详见图10。图10：台车纵向斜拉和限位架布置图（13）台车混凝土吊罐的供电电缆线采用电缆卷筒收、放，当吊罐移动时，电缆卷筒自动收、放电缆，确保吊罐用电安全；详见图11。电缆卷筒图11：吊罐电缆卷筒（14）台车混凝土吊罐的起升和行走以及料斗门的开闭，均采用无线遥控控制，便于吊罐工作时对齐进行实时观察；（15）台车与先浇混凝土采用钢板软搭接形式施工，通过拧紧搭接模板的高强螺栓来防止因混凝土挤压导致搭接模板与先浇混凝土之间可能产生缝隙而导致漏浆。详见图12。图12：搭接模板示意图（16）台车铰接脱模位置设置双向转动式结构，大大的方便边模的收放，彻底解决了传统铰接脱模位置需封堵混凝土的难题。详见图13。图13：脱模位置双向转动式结构（17）台车前后左右均设置有工作平台和安全护栏，确保作业人员的施工安全。5、主要技术创新点（1）常态混凝土钢模台车衬砌技术平牵引往复”和“可移动式皮带布料”三大功能的钢模台车，实现了采用常态混凝土通过钢模台车对隧洞进行快速衬砌的要求。（2）特大超重钢模台车陡变坡安全行走技术针对坡度变化大和坡度较陡等问题，对台车行走系统、自稳系统进行了研发。台车上下均设置了顶升机构，在易发生倾覆危险的坡度突变段可通过油缸实时调整台车重心，防止台车倾覆；研制了适用于陡坡段钢模台车的液压顶推及行走控制系统，台车顶推走行系统设置有位移传感器和压力传感器，促进了顶推油缸的同步性、轨道和顶推支座有效接触，替代了常规台车的卷扬机牵引系统，实现了钢模台车在陡变坡段安全、平稳运行。（3）特大超重钢模台车陡坡段安全稳定技术针对台车在在陡坡段的浇筑过程中容易滑移、模板容易倾翻的问题，对台车防滑移技术和模板体系进行了研究，研制的“一种轨道防滑移装置”有效地防止了台车在陡坡段滑移；研制的“钢模台车防止边顶拱模板倾翻、移位装置”有效的防止了陡坡段顶拱模板的倾翻。6、实施及应用效益情况6.1经济效益该项技术已成功运用于乌东德左岸泄洪洞无压洞工程施工中，混凝土浇筑质量、进度、安全均创一流施工水平。通过对常规钢模台车进行革新，在台车上下均设置顶升机构，当行走变坡段台车重心变化时通过油缸进行台车姿态调整，确保重心不偏斜，平稳过渡。能同时满足平坡和陡坡的混凝土衬砌施工，节约了一台套台车，节约费用180万元；采用变频启动式皮带布料”三大系统融合，实现了边墙浇筑常态混凝土的同时达到边顶拱一次成型，节约混凝土原材料成本、混凝土运输成本、混凝土温控成本，节约费用320万元。节约了一台套台车在洞内的3次安拆费用，同时节约了一个月的工期，节约了150万元。节省成本投入总计约650万