引水隧洞砼钢模台车应用

第16页总NUMPAGES17页xx水电站引水隧洞砼钢模台车应用xx著[摘要]本文以12.4m全圆针梁钢模台车为例介绍了全圆针梁钢模台车设计要求、台车组成、台车安装。对xx水电站引水隧洞钢模台车砼衬砌施工工艺等作了比较详细的描述，同时对该台车进行了经济效益分析。该钢模台车运行安全方便，与边顶拱式钢模台车相比，省略了底拱的浇筑时间，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安装衬砌施工工期经济效益1概述xx电站引水隧洞上平段全长884.718m，开挖直径12.1m和12.5m，混凝土衬砌厚度分别为0.8m和1.0m，衬砌后直径为10.5m，岩石类型主要为Ⅳ类和Ⅴ类。隧洞开挖的合同工期为2001年2月28日至2002年2月13日，而在隧洞的开挖过程中发生多次大面积塌方，造成了砼浇筑开工日期延误。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，采用西南交通大学机械工程中心研制的全圆针梁钢模台车（见下图，以下简称钢模台车）施工。2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。xx水电站引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。2.1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考虑遂洞开挖过程中的超挖现象，要求台车按衬砌厚度为100Cm，设计，按砼衬砌厚度为150Cm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）。钢模台车技术参数表：序号项目目单位参数备注1模板纵向总长度度mm12400±1122台车每模衬砌长长度mmL=1200003针梁总高mm4140±1004针梁总长mm28000±1125台车成拱直径mmφ=10500++206钢模外表平整度度mm±27台车表面周向、环环向错台mm±28台车表面接缝宽宽度mm±29工作窗与模板表表面错台mm±110台车架净空尺寸寸mB×H=2.99×2.9911外型尺寸m30×10.55×10..5长×宽×高12台车行走速度m/min813单边脱模量mm21014水平调整量mm150单边15系统压力Kg/cm2P=16016液压泵流量L/min14.617油缸最大行程程竖向行程mm350侧向行程mm3502.2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。2.2.1模板总成该全圆针梁式钢模台车钢模总长度12.4m，共由8段组成，每段由底模、左右侧模和顶模组成φ10.5m的圆筒形。面板的厚度为8mm，为便于拆装运输，第一段及第八段长1.7m其余6段均长1.5m。各模块与圆心的夹角分别为：底模和顶模各120°左右侧模各60°。其中每段均包含有底模、左右侧模、顶模4块，每块之间采用螺栓及铰接，底模和顶模分别由两块对称模板用螺栓联接固定，顶模两侧与左右侧模由铰耳销轴连接，侧模与底模通过操作侧模脱模液压缸及边模千斤顶平顺搭接。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）。2.2.2针梁总成它是模板的受力支撑平台和台车行走的轨道，针梁为装配式桁架结构，主要由工字钢、槽钢组成，其长度为28m。针梁上下有4条钢轨（43型）焊接在针梁上。每根针梁分为3节，长度分别为10m、10m、8m通过搭接钢板用高强螺栓联接。2.2.3梁框总成它的下部与底模用高强螺栓联接，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，框架上是安装边模、顶模伸缩油缸的支撑面。梁框门架通过各支撑千斤和油缸与模板连接，它要承受衬砌层的压力，门架与底模上的横梁构成框架结构。门架立柱和横梁材料均是工字钢，立柱间设有连接梁和斜拉杆等，增强了门架的强度和稳定性。2.2.4底座与水平垂直对中调整机构前后底座分别安装在针梁的两段，是针梁的受立支点，衬砌时台车的全部重量及砼压力都落在两个底座上。前后底座上均装有1个平移油缸和2个顶升油缸，以完成针梁、钢摸的水平、垂直对中及底座的升降。2.2.5端头模板专门定制了两套端头堵模，考虑到钢筋保护层厚度及环向止水的位置，每套堵模由1圈弧形钢板（δ=10㎜、a=50㎜）、2圈定型钢模(a=200㎜弧形)、及封头木模组成。用不小于φ20螺纹钢做围棱并用拉杆进行加固。2.2.6抗浮装置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。2.2.7行走机构行走框架与底模连接成一个整体的刚性结构，行走机构由支座和多个滚轮等零件组成。针梁上下方的门框横梁作为行走支座，材料为工字钢，其上安装有成套滚轮，针梁可在行走架的滚轮上移动。针梁左右侧门框上安装有导向轮，使得针梁或模板移动时不易左右摆动。工作状态时上部滚轮支撑在针梁顶部的钢轨上，并可完成模板的移动。当针梁降落在行走框架的下部支撑轮上时可完成针梁轴向的移位。2.2.8液压操作平台在梁框左侧腰部和前端上部（伸出钢模外）设置有液压站1和液压站2两套液压操作平台。通过对液压站1的操作可实现顶模及边模的脱模、顶升；通过液压站2的操作来完成针梁行走、平移对中，底座、底模升降对中。2.2.9附着式振捣器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。3引水隧洞的施工引水隧洞0+016~0+824.718砼衬砌采用两台全圆针梁式钢模台车浇筑，每仓长6m、12m，砼浇筑方量320~510m3。每台钢模台车采用2台HTB-60“三一”砼泵送砼入仓。使用钢模台车作业流程图如下：行走定位仓号准备立模调整台车安装行走定位仓号准备立模调整台车安装脱模维护保养脱模维护保养砼待强砼浇筑砼待强砼浇筑衬砌钢模台车施工流程图3.1钢模台车的安装：台车安装分洞内及洞外安装，第一台12.4m针梁台车采取了洞外安装，6.4m台车采取洞内安装。洞内安装需在洞壁上根据吊装位置先固定好起吊锚杆，锚杆采用φ25螺纹钢，长度4.5m，入岩4.2m，外露30㎝，锚杆注浆必须饱满，锚杆每根抗拔力必须≥6T，吊环用φ25圆钢冷弯而成，要求每根锚杆与圆钢双面焊接，焊缝搭接长度为20cm。洞外安装则用8吨吊车组装设备。要根据钢模台车的安装图纸清点相应的构件、螺栓等，如有缺少及时联系厂家配制（钢结构的连接螺栓都是高强螺栓，必须根据设计图纸正确配用，严禁随意替换）。安装工序：①底座→②底模→③底模托架→④第一段针梁→⑤侧模预置→⑥上部梁框→⑦上部台架→⑧顶模→⑨安装侧模→⑩第二(三)段针梁→eq\o\ac(○,11)各附件及液压、牵引机构→eq\o\ac(○,12)效整台车外型尺寸→eq\o\ac(○,13)试车①底座安装：用吊车将底座放置预定在基座上固定。②底模安装：在模板安装位置预先放置两条平行导轨（可采用I20），间距3米，并与预埋插筋相焊连接。将底模按示意图顺序用吊车吊装放置至导轨上，然后对底模进行调整，使每组模板间缝隙、错台调整到规定范围内，并以螺栓联接牢固。③底模托架：底模安装完后，接着安装各底模纵梁，下横梁，装立柱，随后调校底模弦长及弦高，用高强螺栓联接牢固，并在托架上安装针梁行走滚轮。④安装第一段针梁及相应附件、操作平台、抗浮平台，完毕后安装针梁框上横梁，将底座与针梁连接，③、④步骤须吊车与葫芦配合进行。⑤侧模预置：用吊车配合葫芦将两侧侧模吊运至相应安装位置，暂放于底模上，以待后面安装。（洞外安装时勿需）⑥上部梁框：针梁安装完后，进行针梁两侧及上部梁框的安装。先安装立柱，再将上部纵梁调运至相应位置，与立柱用高强螺栓联接牢固，并在梁框前方上部相应位置安装操作平台液压站。⑦上部台架：将上顶升油缸、千斤安装于相应上模梁上，用吊车配合葫芦将上部台架弦杆吊运至相应安装位置，暂放于针梁上，吊装顶模纵梁，并安装于油缸、千斤上，吊起弦杆安装于纵梁上。⑧安装顶模用吊车与葫芦配合进行，并装配上部台架立柱，并调整顶模弦长及弦高。⑨侧模安装：将预置的侧模用葫芦及吊车配合，与顶模用铰耳销轴连接，以螺栓将相邻侧模相联接，并在梁框与侧模间安装支撑千斤及脱模油缸。⑩用吊车配合葫芦安装第二段针梁及附件。eq\o\ac(○,11)附件及牵引：安装台车各剩余附件，包括液压系统、牵引机构、附着式振捣器等，此阶段可人力进行。eq\o\ac(○,12)效整台车外型尺寸：以葫芦及千斤调整模板，并将应焊接加固的均焊接。eq\o\ac(○,13)接入电源调试：卷扬系统调试要求针梁、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。3.2砼衬砌的施工过程3.2.1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。3.2.2钢筋在钢模台车前面利用汽车改装成简易的钢筋台车架，在不同高度上铺设马道板作为钢筋堆放和安装工作平台。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。3.2.3立模模板最大脱模间隙为25cm，最小脱模间隙10cm，模板收支的动力系统采用液压油缸。xx水电站引水隧洞上平段坡降9.725‰,选择了顺水流方向进行衬砌。按浇筑方向最前端的模板半径较理论半径大10㎜,使模板就位时搭接处能充分压紧上一仓成型砼。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。①节水平千斤顶调整平移小车的位置，使钢模板台车模板中心线与衬砌中心线对齐。②作液压站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。③装上顶模千斤并顶紧;装上边模千斤及限位千斤并顶紧。④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。⑤做好撑地千斤顶、堵头板。3.2.4混凝土浇筑采用砼搅拌车将砼运至浇筑仓号附近的HTB60三一泵，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。底模砼浇筑时，砼经两趟泵管从底模工作窗入仓，由上游至下游进行浇筑。仓内左右两侧各配置3个φ50软轴振捣棒和1个φ80高频振捣棒，且外置1个φ50软轴振捣棒，由底模工作窗入棒振捣。砼浇至模板后，还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，再经流筒缓冲后入仓，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。顶模浇筑时，泵管与顶模喂管（焊有30㎝长泵管的入料口）管箍连接，砼入喂管经预埋在仓号内顶模上部的φ159钢管入仓。台车顶模设有5个喂管，为使顶模合理受力，每次使用不得少于3个。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。在灌注混凝土工作过程中要注意以下几点：⑴注混凝土时，混凝土最大下落高度不能超过3000mm。⑵由于全圆浇筑一次完成，要求钢模台车两侧同步上升，灌注混凝土时，钢模板台车前后混凝土高差要求不超过600mm；左右混凝土高度差要求不超过500mm，以防止因偏向受力使台车的稳定性受到破坏。⑶边墙最小砼厚度为0.8m，仓内砼浇筑采用平铺法，每层铺料厚度30～50cm，砼振捣通过附着式振捣器来完成。3.2.5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。脱模按以下几步进行：①拆掉堵头板,并将抗浮平台上抗浮千斤脱离遂洞开挖面30cm。②拆除台车顶模千斤，边模千斤及限位千斤。③检查千斤拆除情况后，操作液压站上脱模油缸的手动换向阀手柄，使脱模油缸全部收缩，让边模脱离混凝土表面，然后操作液压站上前、后、左、右顶升油缸的手动换向阀手柄，使顶模脱离混凝土表面25cm。3.2.6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，底拱模板的移动是相对于针梁运动，行走时是针梁相对模板运动。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，顶部设有支承小车，通过调整将力传递到基岩和已浇好衬砌的混凝土上，模板和针梁的平移运行靠固定在针梁端部的卷扬来牵引，针梁上下移动间隙为10mm。①操作液压站上前、后、左、右顶升油缸的手动换向阀手柄，使前、后底座脱离各自的支撑面。②检查针梁框、针梁能相对纵向滑动后，操作液压站上卷扬机换向阀手柄，使针梁前移一个仓号。③操作液压站上前、后、左、右顶升油缸的手动换向阀手柄，使前后底座牢固放置于各自预设的支撑面上。④检查边模，顶模确认已脱离混凝土后，操作液压站上前、后、左、右顶升油缸的手动换向阀使底模脱离混凝土20cm。⑤用防倒千斤将针梁与前后底座牢牢拉紧。⑥确认模板与混凝土，针梁框针梁能相对纵向滑动后，操作液压站上卷扬机换向阀手柄，将模板前移一个仓号。⑦拆除防倒千斤。反复循环立模、灌注混凝土、脱模、行走这四个工作过程，就形成了钢模板台车砼衬砌的整个作业。钢模台车工作循环时间工序时间台车就位（行走走、立模）砼浇筑待强拆模小时748244备注根据台车使用情情况，待强强时间可再再缩短2~4小时。3.2.7养护混凝土浇筑砼拆模8小时后，在表面喷洒养护剂（浇筑侧模时，视情况即可进行底拱堵模的拆除，并对施工缝及时凿毛），砼浇筑15天内需要经常检查补喷养护剂。洞内施工的温度和湿度条件较好，以及本地区的年度气温变化不太大，冬季气温不太低，故冬季无须采取保温措施。3.3施工注意事项①.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。②.工作时，检查各部件螺栓、销子的松紧状态，所有的千斤是否安装到相应位置。③.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。④.单仓砼浇筑完成后，凝固时间不宜过长，否则脱模困难。通常，浇筑后24小时即可脱模，夏天可根据情况提前到20小时脱模。⑤.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。⑥.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。⑦.定期检查行走电机、液压电机的控制电路是否正常。4混凝土的拌合、运输及泵送浇筑4.1混凝土的拌合4.1.1原材料选择①粗骨料：粗骨料的粒径和粒形都对砼可泵性有较大的影响。泵送混凝土的粗骨料应选用符合《普通砼用碎石或卵石质量标准及检验方法》要求的连续级配集料，针片状颗粒含量不宜大于10%，其空隙率应尽可能小。为更好地防止泵送时管道堵塞，泵送砼的骨料最大粒径与输送管径之比一般不宜大于1:3。②细骨料：砼拌合物所以能在泵管中顺利流动，其主要原因在于浆体润滑管壁并且在整个泵送过程中骨料颗粒能悬浮于灰浆中，因此细骨料中能组成稳定浆体的细小颗粒的含量要多一点。在相同的水泥用量情况下，若砂过粗，则拌制出的砼粘聚性较差，容易产生离析、泌水现象；若砂过细，砂的总面积增大，虽拌制出的砼粘聚性较好，但需包围砂子表面的水泥浆较多，因而耗费水泥。我国《砼泵送施工技术规程》规定泵送砼所用的砂应符合《普通砼用砂质量标准及试验方法》的要求，宜采用中砂，其通过0.315mm筛孔的颗粒含量不少于15%。4.1.2外加剂及矿物掺合料合理选用外加剂和矿物掺合料对砼可泵性有良好作用。如减水剂能使水泥浆的凝聚结构变成分散结构，从而提高砼流动性；矿物掺合料粉煤灰能提高砼拌合物的稳定性，同时节约水泥用量，并且其中的微粒在泵送过程中起着“滚珠”作用，能减少砼拌合物对管壁的摩阻力。4.2配合比设计泵送砼配合比设计的原则除必须满足砼设计强度和耐久性要求外，还应根据砼原材料、运送距离、泵送距离、气温等具体的施工条件试配，以满足泵送砼的可泵性要求，在压力泌水试验中，其10秒的相对压力泌水率不宜大于40%。结合以往的工程经验，低标号的砼用高标号的水泥很容易满足设计强度可，但这种砼料相对水泥浆量较少，会给泵送砼施工造成一定困难。解决这以问题的一个比较可行的方案是采用低标号的水泥拌制，使其在达到设计强度要求下比用高标号的水泥拌制的砼料水泥浆更加富裕，从而使泵送砼更加顺利进行。在xx水电站引水隧洞衬砌施工中，选用人工砂石骨料（以灰岩为主），水灰比为0.52，坍落度为15~19cm，粉煤灰参量为25%，加入缓凝型减水剂和引气剂，并视具体情况调整骨料级配。例如：可选用5~40mm的二级配砼料，允许坍落度15~17mm，水灰比0.52，水泥︰粉煤灰︰水︰砂︰小石︰中石=1︰0.33︰0.69︰3.59︰2.89︰1.93，加入0.6%的缓凝型减水剂和0.013%的引气剂。由于xx人工砂细度模数极不稳定，实际浇筑过程中应随时调整砂率（39%~45%）和骨料级配（小石：中石为1：1或3：2），由于泵送距离较长，也使用一级配的砼料浇筑。经实践证明，在可泵性和结构强度上均满足了要求。4.3混凝土的运输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。砼泵的主要技术参数是其压送能力，它是以单位时间内最大排量和最大泵送距离来表示。这些均可在混凝土泵的泵的说明书中查得。在施工中所能达至的实际输出量应根据具体条件按下式计算得出：Q1=Qmax·α1·η式中：Q1—每台砼泵的实际平均输出量（m3/h）QQmax—每台砼泵泵的最大输输出量（m3/h）α1—配管条件件系数，可可取0.8~~0.9η—作业系数数，根据混混凝土运输输车向砼泵泵供料间断断时间、拆拆装输送管管和布料停停歇等情况况，可取0.5~~0.7。输送管路布置的的一般原则则；（1）管线尽尽可能短，少少用弯头和和软管。（2）管道经经过的路线线应能保证证安全施工工。（3）便于管管道的支承承、固定、吹吹洗及拆装装维修。结合xx引水隧隧洞隧洞的的结构，考考虑到砼泵泵效率高，一一般一仓砼砼衬砌需砼砼料500m3，一罐砼砼从搅拌站站至砼泵处处御完料需需20分钟，搅搅动运输量量6m3，配套机机械主要技技术参数见见下表：序号工种人数工作内容1砼工8安设挡头板、砼砼泵管路移移动、清理理、捣