仙游电站尾水洞针梁钢模台车砼衬砌(陈剑华)

武警水电第二总队仙游工程项目部仙游抽水蓄能电站陡坡全圆洞段钢模台车衬砌施工技术

陈剑华科技流交仙游工程项目部目录一、概述二、施工特点与难点三、全圆针梁钢模台车的构造四、钢模台车砼衬砌施工五、陡坡钢模台车使用的特殊要求六、洞内交通条件限制，施工方法的选择问题七、台车上浮的质量控制八、施工注意事项九、效益分析十、结束语仙游工程项目部科技流交仙游工程项目部采用针梁台车衬砌完成的圆洞科技流交仙游工程项目部[摘要]以仙游电站陡坡7m全圆针梁钢模台车施工为例，介绍了钢模台车设计要求、组成、台车安装。对仙游抽水蓄能电站尾水隧洞钢模台车砼衬砌施工工艺等作了比较详细的描述，该钢模台车运行安全方便，可供同类工程施工参考及推广应用。[关键词]隧洞全断面针梁钢模台车控制上浮；

科技流交仙游工程项目部一、工程概况仙游抽水蓄能电站尾水隧洞共计2条，每条标准圆形衬砌段长为748.196m，桩号范围分别为：尾10+115.804~尾10+864.000；尾20+115.804~尾20+864.000。开挖断面为圆形，直径8.0m,混凝土衬砌厚度50cm，衬砌后直径为7.0m，工程量为23770m3。考虑工期与砼衬砌类型的单一性，故引用了两台全圆针梁台车,使圆形隧洞全断面砼衬砌，采用四川广汉隧道机械公司制造的全圆针梁钢模台车（见下图，以下简称钢模台车）施工。1#尾水隧洞采用一台9m长针梁式台车全断面衬砌浇筑，2#尾水隧洞为10m。针梁式底模液压台车它适用于电站尾水洞弧形底拱的施工，定位找正由底座竖向油缸和调平油缸执行。台车为自行式，安装在台车上的卷扬机使钢模和针梁作相对运动，台车便可向前运动，本台车为9米针梁底模液压台车，台车衬砌一个循环的工作长度为9米。科技流交仙游工程项目部钢模台车组装中科技流交仙游工程项目部针梁钢模台车组装后科技流交仙游工程项目部二、施工特点与难点

（1）洞内坡度比为7.7%，纵向坡度较陡，对钢模台车的固定、行走等提出了一系列特殊要求。（2）由于施工通道限制，一号尾水洞采用自下而上式施工方法。对钢筋、混凝土、灌浆等工序的安排提出一系列特珠要求。施工顺序从下游方向往上游流水施工，为了保证衬砌顶部混凝土的密实度，每个仓位混凝土入仓由低处向高处进行。科技流交仙游工程项目部二、施工特点与难点

（3）在隧道全圆形断面衬砌施工中，圆心以下部分浇筑混凝土时，钢模板将受到巨大的浮力作用，衬砌混凝土在初凝前，可认为是流体，其符合流体力学受力原理，台车上浮原因是混凝土对台车的径向压力的垂直分力所致。当浮力大于台车自重时就会产生钢模板的上浮。台车上浮会造成台车门架和轨道虚连或脱离，引起衬砌台车失稳、崩塌，造成台车损坏、浇筑混凝土报废。同时，因上顶台车拱部受力顶部钢模板会产生椭圆变形，从而影响衬砌几何尺寸。因此必须详细分析台车上浮造成的安全、质量隐患，并制定控制台车上浮的办法。科技流交仙游工程项目部三、全圆针梁钢模台车的构造

混凝土衬砌钢模台车是为各种不同断面公路隧道、铁路隧道、水电引水隧洞、水电导流隧洞等砼衬砌面专门设计制造的非标大型机械，使用钢模台车砼衬砌比使用拼装式模架的速度快1~3倍，具有全液压立模、脱模功能，且使砼整体受力和砼外表面得以充分保证，砼衬砌表面光洁度高，衬砌速度快的特点，所以钢模台车在隧洞砼衬砌施工中得到越来越广泛的应用。

科技流交仙游工程项目部三、全圆针梁钢模台车的构造

仙游电站尾水隧洞所使用的全圆针梁台车，能使衬砌隧洞全圆断面底、边、顶一次成型，采用操作液压站换向阀手柄来完成立模、拆模、定位找正等，利用液压站上卷扬机换向阀手柄使模板与针梁作相对运动，完成针梁或台车的前后移动。科技流交仙游工程项目部3.1钢模台车的设计要求

①钢模台车的内部应有足够的净空，以便钢筋、砼料等材料设备运输以及各节钢模在支模和脱模过程中顺利进行。②主要荷栽为：钢筋混凝土自重；振捣荷栽；砼泵导管的冲击荷栽；封拱时的泵送砼的压力；施工人员及零星材料；裂缝水的压力，其取值按有关规范要求进行。衬砌台车自身应具备抗浮能力，并在设计中考虑浮力对整体结构的影响。台车为平移式，双电机牵引行走（即自行式）。③考虑隧洞开挖过程中的超挖现象，要求台车按衬砌厚度为50cm设计，按砼衬砌厚度为100cm校核。④工作作业窗口开启自如，不应有漏浆现象的产生，工作作业窗面板与衬砌钢模台车面板错台应≤2mm。⑤钢模台车底部的支撑应不会损坏已浇筑的砼表面。⑥要求台车为全液压，脱模、行走、定位灵活、便捷，工作速度为每一循环衬砌作业时间不超过一天（不包括浇筑、等强、养护等时间）。科技流交仙游工程项目部3.2钢模台车的组成

全圆针粱式钢模台车主要由模板总成、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、液压油缸、行走框架、前后支承架、牵引系统、液压控制等组成。科技流交仙游工程项目部3.2钢模台车的组成

该全圆针梁式钢模台车钢模总长度23m，共由8段组成，每段由底模、左右侧模和顶模组成φ7m的圆筒形。面板的厚度为10mm，为便于拆装运输，每段均长1.5m。在模体周边成“品”字形布置40cm×40cm的窗口作为下料口和辅助振捣窗（共计32个）。针梁模板的受力支撑平台和台车行走的轨道，为装配式桁架结构，主要由工字钢、槽钢组成。为制约钢模在砼浇筑时受砼浮力而向上移动，在其两端设有两个抗浮平台，共安装4个抗浮千斤顶，并与梁框架连接。砼的振捣主要由附着式振捣器来完成。浇筑时为使砼表面光滑，减少底拱气泡缺陷，使顶拱砼振捣密实，在钢模上下部共增设了24台附着式振捣器。在浇筑过程中附着式振捣器与插入式振捣器配合使用。科技流交仙游工程项目部科技流交仙游工程项目部科技流交仙游工程项目部科技流交仙游工程项目部四、钢模台车砼衬砌施工科技流交仙游工程项目部尾水隧洞砼衬砌采用全圆针梁式钢模台车浇筑，每仓长度9m，砼浇筑方量105.7m3。采用一台HBT-60砼输送泵入仓。使用钢模台车作业流程为：针梁台车安装-----测量放线-----钢筋加工运输-----钢筋安装、预埋件安装-----针梁台车安装-----台车校核------止水安装与立堵头模板------清仓、验收-----砼浇筑------台车滑移---砼表面抹光、养护。

科技流交仙游工程项目部科技流交仙游工程项目部科技流交仙游工程项目部科技流交仙游工程项目部科技流交仙游工程项目部科技流交仙游工程项目部科技流交仙游工程项目部4.1钢模台车的安装：

台车安装分洞内及洞外安装。安装完成后接入电源进行调试。卷扬系统要求调试针梁、模板牵引自如，不得出现卡滞现象；液压系统调试要求各油缸伸缩自如，油缸及各联接处不得出现泄漏、渗油现象。科技流交仙游工程项目部4.2砼衬砌的施工过程科技流交仙游工程项目部4.2.1基岩清面按照设计和施工规范要求先进行基岩面清理及验收，基础岩石面经验收合格后再进行砼仓号准备。4.2.2钢筋加工好的钢筋经验收合格后，由载重汽车运至隧洞内准备好的仓号，人工将钢筋移放上部，进行钢筋绑扎、焊接。钢筋制安按照浇筑方向先于台车2~3个仓号逐段进行。底板钢筋网通过架立筋固定牢固，顶板和边拱钢筋一次安装，予埋件按设计要求固定并保护好，防止浇筑过程被破坏。科技流交仙游工程项目部4.2.3立模

将钢模板台车行走至衬砌位置后便可立模，立模前钢模板台车处于脱模状态。使钢模板台车模板中心线与衬砌中心线对齐。顶升油缸的手动换向阀手柄使针梁到达衬砌需要的位置；使顶模到达衬砌需要的位置；使边模与顶模搭接平顺。将抗浮平台上抗浮千斤与隧洞开挖面或已成型砼面充分顶紧，安装好堵头模板。科技流交仙游工程项目部4.2.4混凝土浇筑

采用砼搅拌车将砼运至浇筑仓号附近的砼输送泵，由砼泵将砼运入仓号内。砼泵距离钢模台车水平距离不大于100m，泵管直径为150mm，泵管布设应尽量减少弯头，以防砼料堵塞泵管。每仓不少于2个入仓口。钢模台车一次完成全断面砼衬砌，堵头模板用定型堵头模板及木模封堵。模板外侧安装有砼泵管和附着式振捣器，完成顶拱砼进料及振捣。砼浇筑前在钢模板台车外表面需涂抹脱模剂，以减少脱模时的表面粘力。砼浇至模板后，要接通附着式振动器振捣，以减少砼表面气泡缺陷，保证衬砌质量。边模浇筑时，砼经两趟泵管分别进入左右侧工作窗，再经溜筒缓冲后入仓，先从钢模板台车模板最下排工作窗口进行灌注混凝土，灌注混凝土至混凝土快要平齐工作窗口时，关闭工作窗，然后从第二排工作窗口进行灌注混凝土，以此类推。顶模全部被砼覆盖后，仓内作业人员撤出，其后主要靠附着式振捣器进行振捣。为均匀卸料应在同一高程的卸料口轮流卸料。同时上下层的附着式振捣器分层开动。灌注混凝土到最后通过灌注混凝土口封顶的后期，必须使用低速档进行灌注混凝土，并时刻注意灌注混凝土口压力的变化，避免因混凝土注满后仍强行注入而导致压力过大使模板变形。科技流交仙游工程项目部4.2.5脱模灌注混凝土完成之后，必须让混凝土凝固一定时间,等强后才能进行脱模。钢模台车拆模时间，应根据顶拱砼强度达到设计强度的40%～50%后拆模。钢模台车的底模、左右侧模、顶模脱模采用液压油缸的伸缩控制。科技流交仙游工程项目部4.2.6行走钢模台车前移时，先移动针梁，定位后，利用钢模台车自身的液压系统将模板前移至预浇仓号。科技流交仙游工程项目部反复循环立模、灌注混凝土、脱模、行走四个工作过程，即形成了钢模板台车砼衬砌的整个作业。科技流交仙游工程项目部五、陡坡钢模台车使用的特殊要求

仙游抽水蓄能电站尾水隧洞坡降7.7%，纵向坡度较陡，对钢模台车的固定、行走等提出了一系列特殊要求。科技流交仙游工程项目部选择了顺水流方向进行衬砌。主要采用加固钢模台车支撑，在台车上游采用5T卷扬机牵引台车，以防止台车沿洞轴线方向发生滑动。针梁前后部下侧设底梁用于支承针梁及模板，两侧设横向调节丝杠满足针梁相对于隧洞轴线位置水平调节。底梁基础垫枕木，使台车基础牢固。模板和针梁的平移运行靠固定在针梁端部的卷扬来牵引。科技流交仙游工程项目部陡坡采用5T卷扬机牵引台车科技流交仙游工程项目部六、洞内交通条件限制，施工方法的选择问题

由于工期滞后，闸门井封闭施工，尾水隧洞只能从岔支洞进入施工现场，进行施工。因此是选择向上而下施工方式，还是自下而上施工方式，经过综合比较，采用自下而上施工方式。为了保证衬砌顶部混凝土的密实度，每个仓位混凝土入仓由低处向高处进行。对钢筋、混凝土、灌浆等工序的安排提出一系列特珠要求。科技流交仙游工程项目部采用的施工方法为：如下图所示，首先加工制作完成岔支洞到闸门井段全部钢筋并运输到施工现场，绑钢筋台车进入洞内后，再将针梁钢模台车进入洞内。钢筋提前3~5个仓次绑扎完成。钢筋绑扎不占压直线工期。砼罐车及砼输送泵布置在钢模台车下游，砼从岔支洞运输到工地现场，泵送入仓。在砼衬砌完成约150m后，即可安排灌浆工序施工。科技流交仙游工程项目部科技流交仙游工程项目部施工方法的优缺点：①本方法最大优点是可提高圆洞段混凝土施工强度，自岔支洞向上浇筑混凝土。仓位钢筋提前绑扎完成，钢模台车一直向上行走，每个仓位只有一个侧模需要封堵。不存在钢模台车反复移动的问题。按此方法施工，可实现2天一个仓位的目标。②仓位向下向上浇筑，且只有一道侧模，可减少仓位“爆仓”的机率。同时可保证顶拱混凝土浇筑密实。③对灌浆施工影响较大。虽然灌浆的废水废渣可较好地处理。但是灌浆与洞身段混凝土衬砌施工的交叉施工干扰很大。科技流交仙游工程项目部七、台车上浮的质量控制科技流交仙游工程项目部7.1台车上浮的原因分析

在隧道圆形断面衬砌施工中，圆心以下部分浇筑混凝土时，钢模板将受到巨大的浮力作用，当浮力大于台车自重时就会产生钢模板的上浮。衬砌混凝土在初凝前，认为是流体，其符合流体力学受力原理，台车上浮原因是混凝土对台车的径向压力的垂直分力所致。如图1所示，假设P为圆心以下浇筑衬砌混凝土的任意质点，重量为G，质点P有两个分力，即F1（质点对台车的径向压力）、F2（质点对岩面的压力），B角为质点径向受力方向和水平方向的夹角，F1=G/sinB、F2=GctangB。台车径向受力F1分为对台车的水平压力F3和对台车上浮力F4，F3=F1cosB、F4=F1sinB。由此可知F4=G，即浇筑的混凝土重量多少就是对台车的上浮力。科技流交仙游工程项目部科技流交仙游工程项目部混凝土浇筑至圆心以上后，还存在一个混凝土的压强转换为压力的部分力，但影响不大。这只说明圆心位置不是上浮受力最大的位置。上述为台车所受净载上浮力的理想分析，泵送混凝土在输送过程中对所浇筑混凝土的冲量，该力也不可忽视，在此不做定量分析。科技流交仙游工程项目部台车受力计算：衬砌台车自重55T。圆心以下3.5m高衬砌面积为5.89m2，衬砌长9m，混凝土每立方米重量按2.5T计，单侧浇筑混凝土重量为66.3T，双侧为132.6T，远超出台车的自重（只按净载考虑），双侧浇筑混凝土至圆心高时，需要混凝土53.01m3混凝土，只需3~4小时时间，台车上浮是一种必然现象。科技流交仙游工程项目部7.2台车上浮造成的安全、质量隐患台车上浮的表观现象主要表现在衬砌外观类似组合钢模浇筑的均匀印痕，上浮的严重程度表现为印痕的间距稀疏。由上述上浮原因分析，台车上浮会造成台车门架和轨道虚连或脱离，虚连时会产生门架相对衬砌模板位移，模板变形、衬砌几何尺寸发生偏差，脱离的会造成衬砌台车失稳、崩塌，造成台车损坏、浇筑混凝土报废。上浮造成台车上顶，已衬砌段拱顶搭接部分顶成弧形开裂，造成永久的质量缺陷，因上顶台车拱部受力顶部钢模板会产生椭圆变形，从而影响衬砌几何尺寸。科技流交仙游工程项目部7.3台车上浮的控制方法科技流交仙游工程项目部（1）严格控制衬砌混凝土的配合比台车上浮是混凝土的流体受力所致，由此可知控制混凝土的流动度是致关重要的，这又和泵送混凝土坍落度要求大的特性相矛盾，就现场的实际情况选择质量最佳的品牌水泥，为改变泵送混凝土的流体受力在混凝土添加高小减水剂，在适宜泵送时尽量减小混凝土的水灰比，坍落度控制在12~14。在施工过程中严格控制配合比，避免随意更动配合比造成损失。（2）严格控制混凝土浇筑速度、顺序衬砌圆心以下的混凝土浇筑速度的快慢是台车上浮的关键，台车在制作过程中混凝土窗口开的位置不合理；施工过程中工人为了少换一次输送管连续浇筑混凝土过高，往往会造成台车上浮，要求左右侧交替浇筑混凝土，每次浇筑高度和两侧高差均不超过1m。在浇筑圆心以下的混凝土时，要放慢浇筑速度。科技流交仙游工程项目部（3）加强台车自身的抗浮能力台车就位后上紧各丝杠千斤顶，在门架间加设工字钢作为横向支撑，以加强台车和下部直墙混凝土的摩擦力；在台车顶部钢模和岩面间加设两个50T千斤顶来约束台车的上浮。浇筑混凝土过程中因不均匀受力各丝杠千斤顶还会不同程度的有松动，要及时对其重新上紧，丝杠千斤顶的松动减小了台车同下部直墙的摩擦力，宜造成单侧上浮。（4）加强过程控制主抓混凝土的配比、混凝土的浇筑时间、顺序、高差；台车的浇筑前的加固情况和浇筑过程中二次重新紧固各千斤顶。各工序专人负责，严格按照规范、规程施工。科技流交仙游工程项目部八、施工注意事项科技流交仙游工程项目部①.钢模台车每循环工作前应校对预设前、后底座支撑面是否水平、牢固，应测量隧道中心与预设前、后底座支撑面中心是否重合，中心距是否准确。工作时，检查各部件螺栓、销子的松紧状态，所有的千斤顶是否安装到相应位置。②.浇筑顶模时，收仓前的估料要准确，避免多余砼压进仓号，造成模板变形或跑模。遇顶拱塌方段或超挖时，一次衬砌厚度应小于120㎝，剩余部分进行二次回填。③.单仓砼浇筑完成后，凝固时间不宜过长，否则脱模困难。钢模台车拆模时间，应根据顶拱砼强度达到设计强度的40%～50%后拆模。通常，浇筑后12小时即可脱模，夏天可根据情况提前到8小时脱模。科技流交仙游工程项目部④.检查液压系统应无泄漏现象和保持清洁的液压油，工作时压力表开关应打开。.每个循环完成后，检查液压站的抗磨液压油用量是否足够，不够应补加。检查各联接螺栓是否松动，销子是否可靠，发现问题及时处理。.定期检查行走电机、液压电机的控制电路是否正常。科技流交仙游工程项目部⑤.在与全断面液压衬砌台车配套使用的砼运输工具必须是使用混凝土运输罐车运输洞外拌合好的成品混凝土，保证混凝土灌注过程不间断进行。对于运距较远的工作面，可以使用缓凝剂防止混凝土在罐内凝固以保证混凝土的质量。泵送施工前，首先根据钢模台车混凝土浇筑的特点，浇筑计划，要求的运送距离，输出量等来选择混凝土泵的型号，或对已有的砼泵进行验算。输送管路布置的一般原则；（1）管线尽可能短，少用弯头和软管。（2）管道经过的路线应能保证安全施工