水工隧洞斜井混凝土鋼模臺(tái)車襯砌施工工法

(1.新疆維吾爾自治區(qū)水利廳建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心，新疆 烏魯木齊 830000 2.武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430072)

1 工程概況

吉音水利樞紐工程位于新疆和田地區(qū)于田縣境內(nèi)的克里雅河干流吾格也克河上，表孔溢洪洞布置在大壩右岸，緊鄰右壩肩。進(jìn)口采用WES堰，堰頂高程2500.5m，堰高4.0m，堰寬10m，由引渠段、控制段、洞身段、挑流鼻坎段、護(hù)坦段組成?？刂贫卧O(shè)弧形工作閘門一道，洞身段縱坡1/10～1/2，溢洪洞總長545.9m，設(shè)計(jì)泄量505.00m3/s，校核泄量655.00m3/s。斜井段全長190m，設(shè)計(jì)縱坡1∶2，傾角為26.6°，洞身成型尺寸為7.0m×7.0m。底板襯砌厚度80cm，邊頂拱襯砌厚度60cm，設(shè)計(jì)混凝土等級(jí)C25W6。

目前，大傾角斜井隧洞混凝土襯砌傳統(tǒng)施工方法主要是先澆筑底板，后澆筑邊頂拱，洞身邊頂拱立模支護(hù)采取滿堂腳手架支撐，組合模板立模，施工難度大，成本高(占用大量的腳手架桿)，安全隱患大，施工效率低下，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，直接影響施工工期。為有效提高施工效率，本文結(jié)合吉音水利樞紐工程表孔溢洪洞工程，提出了一種斜井混凝土鋼模臺(tái)車襯砌施工工法。與傳統(tǒng)滿堂腳手架支撐施工技術(shù)相比，該工法具有成本費(fèi)用低，工期短、質(zhì)量佳、工藝簡單、操作方便、安全可靠等特點(diǎn)，旨在大傾角長斜井混凝土襯砌施工中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

2 工法特點(diǎn)及適用范圍

本工法使用鋼模臺(tái)車，具有以下優(yōu)點(diǎn):

a.采用鋼模臺(tái)車襯砌加快了斜井混凝土的襯砌速度，避免了采用滿堂腳手架立模而占用大量的腳手架桿，減少了支模加固的時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，降低了施工成本。

b.本工程上平洞混凝土襯砌斷面型式及尺寸與斜井段一致，上平洞的鋼模臺(tái)車可在斜井段襯砌中重復(fù)利用。

c.斜井鋼模臺(tái)車通過10t卷揚(yáng)機(jī)、3組30t定動(dòng)滑輪組牽引行走，臺(tái)車就位后采用固定支撐裝置、限位裝置等措施，有效地保證了臺(tái)車的運(yùn)行安全。

d.在鋼模臺(tái)車后端部分上、中、下及底板四層設(shè)置白色尼龍繩安全網(wǎng)，對(duì)鋼模臺(tái)車后端封閉，并增設(shè)了操作平臺(tái)及防滑板，有效地保證了施工人員的作業(yè)安全。

e.斜井混凝土澆筑采用常規(guī)方法施工，即混凝土采用集中拌和站制備，12m3罐車運(yùn)輸，HBC80拖式泵入倉澆筑，邊墻采用插入式振動(dòng)棒振搗，頂拱采用附著式振動(dòng)器振搗，工藝簡單、操作方便。

本工法適用于傾角小于30°的斜井混凝土襯砌施工，尤其在長斜井邊頂拱混凝土襯砌施工中效果顯著。

3 工藝原理及流程

斜井混凝土襯砌施工工法通過低速卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼模臺(tái)車行走，臺(tái)車就位后采用固定支撐裝置、限位裝置、抗滑設(shè)置等一系列確保臺(tái)車運(yùn)行安全的措施，泵送混凝土入倉澆筑。該工藝減小了人工搭拆腳手架及支模的施工強(qiáng)度，同時(shí)通過一系列安全措施保證了臺(tái)車運(yùn)行安全，并且在臺(tái)車上給操作人員提供了一個(gè)安全的操作平臺(tái)，在安全高效的前提下降低了施工成本，提高了施工速度。施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

4 操作要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備

a.施工測量。表孔溢洪洞斜井底板基礎(chǔ)按設(shè)計(jì)圖紙給定平面尺寸及高程，采用全站儀、DS3水準(zhǔn)儀，準(zhǔn)確地進(jìn)行軸線、邊線定位控制和高程控制。

b.斜井底板混凝土澆筑。斜井底板混凝土澆筑采用扣模施工，扣模采用內(nèi)拉式拉桿進(jìn)行加固，在底板模板上預(yù)留兩個(gè)混凝土入倉口。底板兩側(cè)圓弧倒角采用定型鋼模，并與直墻連接部位設(shè)20cm平直段以便于鋼模臺(tái)車就位。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況控制好脫模時(shí)間，拆模后采用鐵抹子壓光兩道，保證混凝土外觀質(zhì)量。斜井段底板混凝土澆筑完畢后，邊頂拱襯砌采用鋼模臺(tái)車襯砌。

c.臺(tái)車組裝。斜井段襯砌混凝土斷面型式與上平洞一致，故斜井段可利用上平洞施工用鋼模臺(tái)車。上平洞洞身混凝土已襯砌完畢，其臺(tái)車可直接用于斜井段，不需組裝。

d.軌道鋪設(shè)。采用鐵路專用重軌，鋼軌不設(shè)枕木，直接鋪設(shè)在澆筑完成的斜井底板上，鋼軌底部每隔25cm設(shè)置φ18長16cm的膨脹螺絲進(jìn)行固定。

4.2 鋼模臺(tái)車結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

4.2.1 鋼模臺(tái)車結(jié)構(gòu)組成

本臺(tái)車由行走機(jī)構(gòu)、臺(tái)車架、模板縱梁、鋼模板、模板垂直升降和側(cè)向伸縮機(jī)構(gòu)及液壓、電氣控制系統(tǒng)等六大部分組成。結(jié)構(gòu)型式見圖2。

圖2 鋼模臺(tái)車示意

4.2.2 臺(tái)車行走系統(tǒng)

斜井臺(tái)車采用10t低速建筑卷揚(yáng)機(jī)配合3組30t定動(dòng)滑輪組牽引行走，見圖3。

圖3 斜井臺(tái)車固定示意圖

4.2.3 固定支撐裝置

固定支撐裝置設(shè)置為三套，分別為后支撐、前拉裝置和臺(tái)車自帶的駐車裝置，根據(jù)鋼模臺(tái)車運(yùn)行特性，后支撐、前拉裝置以及駐車裝置的功能不同，具體如下：

a.后支撐。斜井臺(tái)車移動(dòng)到達(dá)預(yù)定位置后，在預(yù)埋鋼板上面焊接18工字鋼(工字鋼長20cm，計(jì)4塊，與鋼板接觸部分必須滿焊)，并利用特制頂絲與鋼模臺(tái)車支撐固定，形成后支撐裝置。

b.前拉裝置。在已澆筑好的斜井混凝土底板上造孔2個(gè)(利用預(yù)埋的固結(jié)灌漿孔)，孔深80cm，孔內(nèi)插入長1.2m，直徑90mm的鋼棒作為地錨，孔距臺(tái)車12m，地錨與臺(tái)車之間采用2套30t手動(dòng)吊葫蘆進(jìn)行牽引，臺(tái)車在卷揚(yáng)機(jī)牽引行走的同時(shí)，人工同步進(jìn)行吊葫蘆牽引，防止臺(tái)車行走時(shí)卷揚(yáng)機(jī)故障或滑輪組故障臺(tái)車溜車。

c.限位裝置。臺(tái)車行走到位后應(yīng)立即對(duì)其自身的駐車裝置進(jìn)行安裝(卡軌器)，卡軌器共計(jì)4個(gè)，分別布置在臺(tái)車行走輪下游，與鋼軌固定。

4.2.4 安全防護(hù)設(shè)置

a.在鋼模臺(tái)車后端部分上、中、下及底板四層設(shè)置白色尼龍繩安全網(wǎng)，對(duì)鋼模臺(tái)車后端封閉。安全防護(hù)網(wǎng)安裝方法：?在臺(tái)車后端部采用φ22鋼筋設(shè)置鋼骨架并在臺(tái)車后端加筋環(huán)上設(shè)置掛鉤；?人工安裝白色尼龍繩網(wǎng)，安全防護(hù)網(wǎng)高1.5m。

b.為確保斜井段混凝土澆筑施工中人員安全，臺(tái)車分上、中、下三層設(shè)置防滑板，防滑板采用5mm厚木板，防護(hù)板上設(shè)置防滑條，防滑條間距30cm。防滑板必須與型鋼連接牢固，與全斷面臺(tái)車連接成整體。

4.3 施工方法

4.3.1 鋼模臺(tái)車行走

a.鋼模臺(tái)車上行方法。鋼模臺(tái)車向上運(yùn)行時(shí)，采用JM10低速建筑卷揚(yáng)機(jī)配合3組30t滑輪組做外力牽引鋼模臺(tái)車，2臺(tái)30t手動(dòng)吊葫蘆做安全輔助。臺(tái)車自重50t(500kN)，傾角26.6°，臺(tái)車與軌道之間的摩擦系數(shù)0.08，故F牽=Gx+Ff=259.39kN。所用的滑輪組荷載30t，繞繩6段，則F牽1=F牽/6=259.39/6=43.23kN(4.41tf)，故選用10t低速卷揚(yáng)機(jī)1臺(tái)3組定動(dòng)滑輪組作為牽引裝置滿足要求，見圖4。

圖4 斜井臺(tái)車滑輪組示意

b.鋼模臺(tái)車下行方法。鋼模臺(tái)車向下運(yùn)行時(shí)，采用4個(gè)30t手動(dòng)吊葫蘆作為外力牽引鋼模臺(tái)車，具體方法為：4個(gè)吊葫蘆分為2組，分別與鋼模臺(tái)車底梁連接，2組吊葫蘆交替受力，通過人工同步操作吊葫蘆將鋼模臺(tái)車緩慢下放至澆筑部位。

鋼模臺(tái)車行走時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

a.臺(tái)車行走之前應(yīng)對(duì)其牽引系統(tǒng)進(jìn)行檢查，如鋼絲繩的磨損情況，卷揚(yáng)機(jī)的固定是否松動(dòng)，各卡扣是否松動(dòng)等，若出現(xiàn)上述問題應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，確保安全。

b.臺(tái)車行走時(shí)卷揚(yáng)機(jī)與鋼模臺(tái)車之間不能通視，要求配置4臺(tái)同頻率對(duì)講機(jī)，其中卷揚(yáng)機(jī)處1人/臺(tái)，定滑輪處1人/臺(tái)，動(dòng)滑輪處1人/臺(tái)，臺(tái)車處1人/臺(tái)，此外，閑雜人員均應(yīng)在洞外等候，不可進(jìn)洞，等臺(tái)車牽引至指定倉面后方可進(jìn)洞及時(shí)進(jìn)行固定。

c.臺(tái)車行走前要求鋪設(shè)軌道距離大于本次臺(tái)車行走距離，減少臺(tái)車行走期間的啟、停。要求所有鋼絲繩與臺(tái)車連接部位圓滑，不可出現(xiàn)棱角，防止鋼絲繩損壞。

d.臺(tái)車就位后，要求每一班工作前對(duì)其各個(gè)連接部位進(jìn)行檢查，各連接要可靠牢固，并做好檢查記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)告知分管領(lǐng)導(dǎo)，及時(shí)進(jìn)行處理。

4.3.2 鋼模臺(tái)車固定

鋼模臺(tái)車就位后，采用卡軌器在臺(tái)車行走輪下游與鋼軌進(jìn)行連接固定，并采用2臺(tái)30t手動(dòng)吊葫蘆與臺(tái)車上部底梁連接形成前拉裝置，最后安裝臺(tái)車后端的后支撐裝置。

4.3.3 立模

立模前檢查臺(tái)車所有固定裝置，當(dāng)確定臺(tái)車處于安全狀態(tài)后，開始立模，先立頂模，后立側(cè)模。立頂模時(shí)，采用鋼模臺(tái)車自帶的液壓千斤頂將頂模升至設(shè)計(jì)高度，再利用頂模下方的絲桿進(jìn)行輔助支撐。立側(cè)模時(shí)，通過人工轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠，保證側(cè)模緊貼矮邊墻混凝土表面。最后加主梁橫支撐，保證模板整體穩(wěn)定。立模通過臺(tái)車自帶的絲杠、液壓千斤頂進(jìn)行。

4.3.4 混凝土澆筑

打開側(cè)模工作窗口，進(jìn)行混凝土澆筑，要求左右兩側(cè)對(duì)稱澆筑，防止臺(tái)車受力不對(duì)稱；同時(shí)控制澆筑速度，一?；炷翝仓r(shí)間要大于8h，左右對(duì)稱澆筑，兩側(cè)最大高差不宜大于0.4m。

4.3.5 拆模

待襯砌混凝土達(dá)到規(guī)范規(guī)定強(qiáng)度(時(shí)間)后，即可脫模。拆模時(shí)，先拆側(cè)模，后拆頂模。側(cè)模拆除時(shí)，先將增加的主梁橫向支撐拆除，然后兩側(cè)的模板同時(shí)收起，并且從下至上依次拆除。拆頂模時(shí)，先將支撐頂模的絲桿收起，再將液壓千斤頂收攏。

5 鋼模臺(tái)車的質(zhì)量保證措施

a.根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)鋼模臺(tái)車進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，保證模板及鋼支撐具有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。

b.保證混凝土澆筑后的結(jié)構(gòu)物形狀、尺寸與相互位置符合設(shè)計(jì)規(guī)定。

c.臺(tái)車安裝的允許誤差，應(yīng)符合建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范規(guī)定，結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋混凝土梁、柱的模板允許偏差，應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50204—2015)的規(guī)定。

d.臺(tái)車模板表面應(yīng)光潔平整，接縫嚴(yán)密，不漏漿，以保證混凝土表面的質(zhì)量。鋼模臺(tái)車在每次使用前應(yīng)清洗干凈，并涂刷養(yǎng)護(hù)劑便于拆模。

e.混凝土澆筑前，對(duì)模板軸線、加固支撐、加固螺栓進(jìn)行認(rèn)真檢查復(fù)核，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行處理。

f.混凝土鋼模臺(tái)車要待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定強(qiáng)度后才能拆除，對(duì)不承重側(cè)面模板的拆除，應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到表面及棱角不因拆模而損壞時(shí)，方可拆除。

6 效益分析

與傳統(tǒng)的普通模板拼裝、腳手架做支撐體系相比，水工隧洞斜井混凝土襯砌采用鋼模臺(tái)車襯砌，減少了支模加固的時(shí)間及材料運(yùn)輸時(shí)間，襯砌速度較常規(guī)法施工提高了60%。同時(shí)，鋼模臺(tái)車襯砌避免了采用滿堂腳手架立模而占用大量的腳手架桿，較常規(guī)法施工成本降低了40%。

7 結(jié) 論

該工法巧妙運(yùn)用滑輪組，科學(xué)地解決了大型鋼模臺(tái)車在斜井中混凝土襯砌的問題，其施工工藝操作簡單、安全可靠，且工程質(zhì)量易于受控，加快了施工進(jìn)度，降低了施工成本，具有顯著的社會(huì)綜合效益，可為類似斜井邊頂拱襯砌工程提供參考。