针梁式台车在混凝土衬砌中的应用
针梁式台车在混凝土衬砌中的应用
李清泰
(中铁十四局集团第一工程有限公司 山东日照 276826)
摘 要 开建桥水电站引水隧洞设计为圆形断面, 衬砌混凝土施工有其特殊性。叙述了针梁式台车在开建桥水电站引水隧洞中的应用, 阐述了针梁式台车的构造、工作原理、衬砌施工方法以及适用性等, 并与组合钢模板施工做了比较, 为类似隧洞衬砌施工提供了的参考借鉴。
关键词 混凝土衬砌 针梁式台车 安装调试
1 工程概况 | 转弯段平行交叉作业 的总体方案。共配备了两套衬 | |||||||
砌台车, 1台 6. 2 m, 负责 2号支洞上、下游衬砌施工; | ||||||||
开建桥水电站引水隧洞主洞全长 3 488 m, 起讫 | 1台 6. 5 m, 负责 1号支洞上、下游衬砌施工。其余区 | |||||||
里程隧 0+ 000~ 隧 3+ 488, 设计坡度 5. | 3674 | , 结 | 段及转弯段混凝土采用传统的组合钢模板浇筑。 | |||||
构型式为圆形, 净空直径为 6. 2 m 和 6. | 5 m | 2种。 | 2 | 台车的构造及工作原理 | ||||
采用钢筋混凝土衬砌, 衬砌厚随着围岩类别的不同 | 2. | 1 台车的构造 | ||||||
而变化: Ⅲ类围岩为 30 cm, Ⅳ类围岩为 40 cm, Ⅴ类 | ||||||||
全圆针梁式液压钢模台车总长 28. 5 m, 衬砌长 | ||||||||
围岩为 60 cm ( 围岩分类按照水工分类标准 ) 。 | 度 12. 0 m, 主要由模板、针梁总成、梁框总成、水平 | |||||||
整个隧洞共设置 4个施工支洞, 为保证工期, | 制定 | |||||||
和垂直对中调整机构、卷扬牵引机构、抗浮装置、行 | ||||||||
了组合模板和全段面针梁式钢模台车 分段同时施工、 | 走机构、液压系统、电气系统等组成, 见图 1。 | |||||||
图 1 | 针梁式钢模台车洞内构造 | |||
模板总成全长 12 m, 共 8组, 每组长 1. | 5 m, 由 | 2个竖向油缸与针梁连接, 竖向油缸的伸缩可使针 | ||
顶模、左边模、右边模、底模 4块组成, 模板间用螺栓 | 梁上升和下降, 以便模板垂直方向的对中调整, 从而 | |||
联接。针梁总成总长 28. 5 m, 为装配式桁架组合结 | 完成底模的脱模和立模, 前、后底座上各安装有 1个 | |||
构, 由 4组 X2块组成, 它是钢模的受力支撑平台和 | 水平油缸, 利用其左、右移动来调整模板中心线与隧 | |||
台车行走的轨道。梁框总成的下部与底模用螺栓联 | 洞中心线相吻合。卷扬牵引机构由摆线针轮减速器 | |||
接, 构成一个门框式构架, 在框架上、下部安装有行 | 驱动双卷筒作同步旋转, 钢模和针梁通过钢丝绳的 | |||
走轮系, 针梁从门框内穿过, 框架上是安装边模、顶 | 牵引作相对运动; 抗浮装置为钢模两端的四个抗浮 | |||
模伸缩油缸的支承面。水平和垂直对中调整机构安 | 千斤顶, 制约上浮力的作用, 在前后抗浮架上安装四 | |||
装在针梁下面前、后底座上, 前、后底座上各安装有 | 个侧向千斤顶, 使针梁和钢模不产生侧向位移; 行走 | |||
机构是由支座和多个滚轮等零件组成, 共有四套行 | ||||
收稿日期: 2007- 01- 30 | ||||
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走架安装在门架内针梁的上下方, 因此针梁可在行走架的滚轮上移动。液压系统由 3个顶模油缸、6个侧模油缸、4个竖向油缸、2个水平油缸和泵站组成, 台车立模、拆模、定位找正工序都是靠液压油缸的伸缩来完成; 电气系统采用 380 V 三相四线制供电, 主要对液压系统油泵电机的开关和卷扬机电机的正、反运转进行控制。
2. 2 台车的工作原理
2. 2. 1 钢模工作
拆模、立模靠 3组油缸完成。在顶模和边模的对应的位置上安装螺旋千斤顶, 油缸伸出, 钢模定位后, 旋紧螺旋千斤顶以保证衬砌尺寸的准确性。立模顺序为: 底模→左边模→右边模→顶模; 脱模顺序为: 顶模→右边模→左边模→底模。
2. 2. 2 台车定位
安装在底座上的竖向油缸可使台车上、下移动进行纵向调整; 水平油缸左右平移可使台车进行横向调整。
2. 2. 3 台车行走
安装在针梁上的卷扬机用 2根钢丝绳, 分别饶过针梁端部和梁框上滑轮, 固定在针梁两端, 针梁和模板互为支点相对运动使台车前进。脱模前, 收缩底座竖向油缸, 悬吊底座, 针梁轨道落在底模行走轮上, 开动卷扬机使针梁向前移动, 到位后落下底座,进行脱模后, 开动卷扬机反向运动, 钢模向前移动。
2. 2. 4 台车稳定
解决纵向稳定问题, 下有底座竖向油缸支撑, 上有抗浮千斤顶固定, 使针梁和钢模紧密地结合在一起, 增加了整个台车的稳定性, 横向稳定装置是两对可定位的伸缩千斤顶, 安装在前后抗浮架上, 当台车调整后, 旋紧千斤顶, 支撑针梁, 保证台车横向稳定。
3 台车的洞内安装及调试
由于受洞内空间的限制, 台车洞内安装无法直接使用吊车, 只能采用洞顶打锚杆挂设手拉葫芦吊装的方法进行。
3. | 1 安装 |
3. | 1. 1 安装前的准备 |
( 1) 选择长 30 m 并且围岩较好 (考虑锚杆支承
力 ) 安装场地, 对隧底或洞顶 130 范围进行扩挖,扩挖深度 0. 8~ 1. 0 m, 并对隧底进行清底处理。
( 2) 根据钢模的直径、纵向长度和单片针粱的
宽度、长度, 分别在模板安装范围 ( 该台车为 12 m ) 顶部和大于单片针梁长度顶部安装范围 (该台车为 7. 5 m ) 打入承重锚杆, 其中模板顶部为 3排, 针梁顶部为 2排, 单根锚杆承重不小于最重单块构件重量的 2倍。
( 3) 隧底整平后, 浇筑厚 10~ 15 cm 混凝土垫层找平, 在上面铺设轨道 ( 一般用 P43钢轨 )。
( 4)准备好安装所需的洞外吊装设备、运输车辆以及其他辅助工具等。
3. 1. 2 安装工序
( 1)台车洞内安装的原则为: 总体由内向外分层、先构件后设备, 单节由下向上。安装顺序为底模→底模拖架→针梁→梁框→边模→顶模→卷扬系统→液压系统。
( 2)注意事项底模就位后要进行调整, 使每组模板间缝隙、错
台调整到规范允许的范围内, 并用螺栓连接牢固; 针梁安装时必须使螺栓连接牢固, 必须用 8. 8级高强螺栓, 同时要保证针梁上的轨道平直; 卷扬系统安装完成后, 先调试要求针梁、模板牵引自如, 无卡滞现象; 液压系统安装完成后, 调试要求油缸伸缩自如,油缸及各连接处无渗、漏油现象。
3. 2 调试
调试前先保证设备润滑良好, 液压油箱加满油。现场调试主要做合模、脱模及钢模的行走。调试过程中要检查系统工作是否正常、模板轮廓尺寸是否符合规范、各连接是否牢固等。调试完毕后要对台车的轴线进行校核。
4 混凝土衬砌
4. 1 主要施工方法
台车施工洞身衬砌按照 纵向分节、环向整体、分段流水 的原则进行浇筑施工, 纵向分节长度 12 m, 2节组成一段进行流水作业。第一段清底施工和钢模绑扎, 第二段浇筑混凝土, 依次循环。钢筋绑扎利用针梁作为平台, 用 150和 50 钢管拼装
简易钢筋台车进行作业。混凝土采用 H ZS40 型自动计量拌和站拌和, 3 m3 或 6 m3 ( 根据洞径选择 ) 混
凝土罐车运输, H BT60 型输送泵入仓, 纵向由内向外, 垂直自下而上对称水平分层浇筑; 顶拱利用顶部模板 4个浇筑窗依次后退浇筑, 顶拱混凝土以 冲天炮 方式入仓; 顶拱采用 2. 2 kW 附着式振动器振
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捣, 底拱采用 2. 2 kW 附着式振动器和 1. 1 kW 插入 | 车和组合模板两种施工工艺 ( 1号、2号支洞主要为 | ||
式振动棒联合振捣, 分层厚度 50 cm, 附着式振动器 | 针粱式钢模台车, 1号、2号支洞主要为组合模板 ), | ||
一般按照振捣面积 5 m2 布置。边拱采用采用 | 通过施工过程中比较, 针梁式衬砌台车较之组合模 | ||
1. 1 kW插入式振动棒分层振捣。混凝土浇筑结束 | 板有在工程进度、质量和施工成本方面均有较大优 | ||
16~ 18 h后 ( 使用缓凝型外加剂的时间还要延长 ), | 势。现以设计、施工条件相同的 2 号洞和 3号洞上 | ||
钢模可以脱模, 脱模的顺序为: 收缩抗浮千斤顶→收 | 游为例进行比较。 | ||
缩侧向稳定丝杆→收缩顶模油缸→收缩左边模油缸 | 5. | 1 | 施工进度方面 |
→收缩右边模油缸→顶升前后支座油缸拆底模→移 | 3号洞上游总长 600 m, 采用组合模板施工, 单 | ||
动钢模进入下一仓。脱模后模板, 刷脱模剂, 养护已 | 个循环长度为 20 m, 共计 30个循环。2005年 11月 | ||
经浇筑的混凝土, 养护时间不少于 7 d。 | 开工, 2006年 6月底完工 ( 期间停工 1个月 ), 历时 7 | ||
4. 2 注意事项 | 个月, 月平均进尺 86 m, 平均 7 d /循环。 2号洞上游 | ||
4. 2. 1 台车操作注意事项 | 总长 430 m, 采用组合模板施工, 单个循环长度为 | ||
( 1) 每个工作循环后要检查各部位螺栓、销子 | 12 m, 共计 36个循环。 2006年 2月初开工, 2006年 | ||
松紧状态, 对各种连接件进行检查紧固。 | 4月底完工 ( 期间停工 0. 5个月 ), 历时 2. 5个月, 月 | ||
( 2) 台车卷扬、丝杆千斤顶要定期润滑。 | 平均进尺 172 m, 平均 2. 1 d /循环, 针梁式台车衬砌 | ||
( 3) 液压系统要无渗、漏油现象, 液压油要清 | 速度是组合模板的 2. 0倍, 循环速度是组合模板的 | ||
洁, 工作时随时观察压力的波动情况。 | 3. | 3倍。 | |
( 4) 钢模台车行走时, 针梁模板间应无风管、水 | 5. | 2 | 施工质量方面 |
管、电线等障碍物。 | 针梁式衬砌台车浇筑混凝土一次成型, 浇筑大 | ||
( 5) 如非特殊必要尽量避免台车长距离空 | 面光滑平整, 线形圆顺, 无错台、漏浆等质量通病。 | ||
行走。 | 组合模板浇筑段, 模板之间易出现小的错台和漏浆, | ||
( 6) 每次移动后, 必须将台车调整到左右平衡, | 整体线形为折线, 顶拱封口处采用木模板封口, 浇筑 | ||
针梁水平, 中线在一条直线上。 | 面较粗糙等。 | ||
4. 2. 2 混凝土浇筑注意事项 | 5. | 3 | 施工效益方面 |
( 1) 混凝土一定要保持连续浇筑, 避免超过混 | 5. | 3. | 1 生产人员数量 |
凝土终凝时间的中断, 形成冷缝。 | 组合模板施工, 主要机械设备配置和针梁式衬 | ||
( 2) 输送泵应尽量靠近工作面 ( 一般不超过 | 砌台车一致。工作面平均每 d有生产人员 42人 ( 包 | ||
50 m ), 避免浇筑顶仓时压力过大造成输送泵损坏 | 括清底、钢筋绑扎、架管搭设、立模、浇筑混凝土等, | ||
或形成堵管。 | 并考虑不同工种的闲置 ), 针梁式衬砌台车施工工 | ||
( 3) 必须要对称浇筑, 两侧混凝土面高差不得 | 作面平均每 d只有生产人员 24人, 组合模板是针梁 | ||
大于 50 cm, 防止左右不平衡形成台车的偏移或 | 式衬砌台车工作面生产人员 1. 75倍。 | ||
转动。 | 5. | 3. | 2 施工费用 |
( 4) 底拱的混凝土浇筑速度要控制在不宜过 | 采用针梁式衬砌台车施工费用, 在衬砌长度达 | ||
快, 避免在一个仓口长时间浇筑, 防止台车的整体和 | 到 800~ 1 000 m 时, 其费用为组合模板施工的 71% | ||
一端上浮。 | ~ 69%, 并且在正常使用范围内, 施工长度越长, 其 | ||
( 5) 附着式振动器同时开启的数量不宜过多 | 费用降低率越高。 | ||
( 一般 4 台以下 ), 防止震动过大造成各连接间 | 6 | 几点体会 | |
变松。 | |||
5 全断面针粱式台车和组合模板的比较
开建桥水电站引水隧洞衬砌施工为加快施工进度, 分别在 4个支洞的上、下游采用了针粱式钢模台
6. 1 优点
开建桥水电站引水隧洞施工的实际效果表明,全断面针梁式衬砌台车作为水电站圆形引水隧洞施工的专用设备, 与其他施工工艺相比有比较明显的
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隧道 /地下工程 | |||
优点: | 复使用率低。 | ||
( 1) 混凝土浇筑一次成型, 质量好、速度快、操 | ( 3)由于为无轨道自行式设备, 较长距离的空 | ||
作程序化, 规范化优势明显。 | 行走易造成针梁、模板等构件的变形, 很难适应施工 | ||
( 2) 对于劳动力、机械设备等资源的利用率较 | 安排的灵活性差。 | ||
高, 且生产工人的劳动强度大大降低。 | ( 4)针梁、门架等构件设占据了中间空间, 无法 | ||
( 3) 对于一次施工长度较长的引水隧洞, 可以 | 实现开挖衬砌同步施工。 | ||
大大降低施工成本。 | ( 5)各主要构件的重量均较大, 洞内空间较小, | ||
( 4) 基本无漏浆现象, 衬砌工作面的混凝土洁 | 安装、拆卸难度较大。 | ||
净, 清理余渣工作量小。 | |||
( 5) 对于同类型的工程, 洞径变化幅度不大的 | 参考文献 | ||
情况下, 可以改装后重复利用。 | 1 程永虎. 全液压钢模隧道衬砌台车泵送混凝土施工关键 | ||
6. 2 不足 | 技术. 工程机械, 2003( 12) | ||
( 1) 针梁式台车一次性投入较大, 适用于洞线 | 2 郑瑞斌. 关于模板台车衬砌混凝土控制技术探讨. 西部探 | ||
长, 洞径一致的工程, 对于洞线较短、洞径变化较大 | 矿工程, 2002( 6) | ||
的工程因其利用率低、成本摊销大而不适用。 | 3 鲁彩琴. 多功能台车的模块化创新设计与应用. 铁道建 | ||
( 2) 如无同类型工程, 一般都是一次性使用, 重 | 筑技术, 2002( 3) |
(上接第 63页 )
设备采用连续式注浆泵, 同一管道压浆连续进行, 一次完成。压浆过程中管道真空度稳定在 - 0. 06 ~ - 0. 10 M Pa, 浆体注满管道后, 必须确认出浆浓度与进浆浓度一致时, 才可封闭保压, 在 0. 50 ~
0. 60 MPa下持压 2 m in, 压浆最大压力不超过 0. 60 M Pa。
③封锚施工
封锚采用 C50无收缩混凝土, 抗压强度不低于设计要求。浇筑封锚混凝土前, 先将锚垫板及锚环表面的灰浆清除干净, 并对锚环、锚垫板进行防水处理。为了保证与梁体混凝土接合良好, 将锚穴混凝土表面凿毛, 并安装钢筋网片。封锚混凝土浇筑完成后, 在锚穴外部涂防水涂料。
4 预制箱梁质量控制
后张法预应力箱梁质量控制点: 原材料、大体积混凝土浇筑和养护、预应力的质量控制、梁体外形尺寸控制、梁体静载试验。
( 1) 原材料
进场材料应具有制造厂家合格证说明书或检验报告单, 且必须按规定复验合格后方可使用。
( 2) 大体积混凝土浇筑及养护采用薄层连续浇筑以加快散热, 控制混凝土浇
筑速度, 保证混凝土硬化前后密实均匀。采用自动温控系统控制养护温度, 实施多点控制, 严格控制混凝土升、降温速度及梁体内外温差。梁体在自然养护期间, 外露表面应及时喷洒养护剂及洒水养护, 防止混凝土表面产生收缩裂纹。在箱梁达到要求强度后, 及时进行预张拉工序, 防止混凝土出现早期开裂。
( 3)预应力的质量控制严格控制张拉时混凝土强度、弹性模量和龄期。
在终张拉前进行孔道摩阻的测试, 根据实测孔道摩阻, 由设计单位调整张拉值。坚持 以应力控制为主, 伸长量作为校核 的双控标准。张拉作业时应保证千斤顶、锚具和预留孔道中线同心, 张拉时严禁滑断丝。
( 4)梁体外形尺寸控制混凝土浇筑前应对模板安装及加固进行严格检
查, 还应对箱梁拆模、初张拉、终张拉、入库等重要环节进行梁长、梁跨、上拱度进行追踪测量, 运用数理统计方法, 找出梁长、梁跨、上拱度等关键点的发展规律, 及调整底模的反拱和预留压缩量。
参考文献
1 余量. 秦沈客运专线预制 24 m 单线箱梁施工技术. 铁道建筑技术, 2002( 6)
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