羅福生 郝二峰 皇甫澤華 王磊 胡玲玲

摘?要：基于前坪水庫輸水洞洞身混凝土襯砌工程，分析全圓針梁臺車的組成、受力、臺車組裝、運行，對其進行改進后應用于前坪水庫輸水洞洞身襯砌工程中。通過對全圓針梁臺車進行技術改進，增加全圓針梁臺車輔助振搗孔，施工人員在臺車內采用插入式振搗器進行輔助振搗，解決了小斷面洞型襯砌施工時人員無法進入倉內進行混凝土振搗的問題，為小斷面洞型混凝土襯砌施工質量提供有力保障，同時為提高小斷面洞型襯砌的混凝土質量積累了施工經驗。

關鍵詞：輸水洞;混凝土襯砌;混凝土振搗;針梁臺車;改進與應用

中圖分類號：TV672+.1文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.06.031

Application of Improved Full Circle Needle Beam Trolley in Small Section Tunnel Lining of Qianping Reservoir

LUO Fusheng1， HAO Erfeng1， HUANGFU Zehua2， WANG Lei1， HU Lingling1

（1.Second Engineering Bureau of Henan Water Conservancy， Zhengzhou 450016， China;

2.Construction and Management Bureau of Henan Qianping Reservoir， Zhengzhou 450003， China）

Abstract： Based on the concrete lining project of the tunnel body of Qianping Reservoir， this paper introduced in detail the composition， stress analysis， trolley assembly， operation and improvement and application of the trolley with full-circle needle beam in the lining of the tunnel body of Qianping Reservoir. Through technical improvement of the trolley with full-circle needle beam， the auxiliary trolley with full-circle needle beam was added. The construction workers used plug-in vibrator as auxiliary vibration to solve the issue of difficult concrete vibration in a small area of small section tunnel lining construction， providing strong support for the quality of small section tunnel lining construction and accumulating construction experience for increasing the concrete quality of small section tunnel lining of similar projects.

Key words： delivery tunnel; concrete lining; concrete vibration; needle beam platform car; application

混凝土振搗是影響混凝土澆筑質量的重要工序，振搗方式直接影響混凝土的密實度、實體質量與外觀質量。小斷面洞型襯砌施工中混凝土振搗是難點，在類似工程施工中[1-3]混凝土的振搗通過懸掛在模板外壁上的附著式振搗器進行，如振搗器振搗時間過長，則會增大臺車位移的風險，如振搗器振搗時間過短，則會增大混凝土振搗不密實的風險，混凝土的實體質量與外觀質量難以保證。全圓針梁臺車在隧洞襯砌工程中應用廣泛[4-6]。筆者基于對全圓針梁臺車的構成、行走系統(tǒng)、工作原理以及混凝土澆筑順序等的分析，對臺車進行改造，增加混凝土振搗孔及觀察孔，在混凝土澆筑時，通過增加的振搗孔采用插入式振搗器進行輔助振搗，確?；炷琳駬v密實，同時減少附著式振搗器的振搗時間，從而降低模板臺車位移的風險，確?；炷翝仓膶嶓w質量與外觀質量。

1?工程概況

前坪水庫位于沙潁河支流北汝河上游、河南省洛陽市汝陽縣縣城以西9 km的前坪村，屬于大（2）型水庫，開發(fā)任務以防洪為主，結合灌溉、供水，兼顧發(fā)電。水庫總庫容5.84億m3，控制流域面積1 325 km2。

輸水洞洞身為圓形有壓隧洞，進出口坡降為5.31%，相應進口海拔高度361.00 m，出口海拔高度348.58 m。進口為方變圓漸變段，長12 m;出口為壓力鋼管段，長10 m;其余輸水隧洞洞身分為Ⅰ型和Ⅱ型兩部分，共234 m。Ⅰ型洞身襯砌混凝土厚度為0.5 m，長110 m;Ⅱ型洞身襯砌混凝土厚度為0.8 m，長124 m。洞身混凝土澆筑完成后斷面直徑為4.0 m，設計流量29.8 m3/s，校核流量34.5 m3/s。

2?小斷面洞型襯砌施工難點與措施

前坪水庫輸水洞為有壓圓形隧洞，對混凝土結構的抗?jié)B、抗磨及耐久性要求高，銅片止水必須采用雙面焊接。洞內空間有限，圓弧鋼筋拼裝困難，且鋼筋無法使用機械倒運。鋼筋施工與混凝土襯砌施工會產生交叉影響。洞內襯砌倉內空間狹小，雙層鋼筋密集，襯砌厚度0.8 m的倉位施工人員可勉強進入倉內振搗，襯砌厚度0.5 m的倉位施工人員無法進入倉內振搗。

為解決上述施工難點，經分析采用全圓針梁臺車施工，并對其進行技術改造。①制作移動式鋼筋臺車，按頂拱鋼筋布置在臺車上焊接樣架，預先在洞外將頂拱鋼筋綁扎完畢，再用移動式鋼筋臺車將鋼筋運至洞身段。②因臺車內空間有限，安拆泵管異常困難，故提前在每個倉門孔安裝串桶，以減少泵管安裝工作。③因襯砌厚度0.5 m的倉位倉內空間太窄，施工人員無法進入倉內振搗，故澆筑至厚度為0.5 m洞身段時，對針梁臺車進行改造，在原針梁臺車的基礎上，增加預留孔和觀察孔數(shù)量，施工人員通過預留孔從倉外進行振搗，同時采用附著式振搗器輔助振搗，以確保混凝土澆筑的質量。④銅片止水焊接施工時間因施工空間有限而無法縮短，是影響襯砌施工質量和工程進度的關鍵，通過合理安排施工順序、減少交叉施工對銅止水焊接的影響。⑤組織技術嫻熟的專業(yè)人員進行銅止水焊接，以提高銅止水焊接施工質量和進度。

3?針梁臺車構造及受力分析

輸水洞全斷面采用一次性澆筑成型，因此采用全液壓式全圓針梁鋼模臺車進行混凝土澆筑，模板臺車直徑4 040 mm，比原隧洞直徑大40 mm，臺車由模板總成、門架總成、針梁總成、定位支撐系統(tǒng)、抗浮系統(tǒng)、電動行走系統(tǒng)等組成[7-9]。臺車長度為10 300 mm，鋼模板面板厚度為10 mm，臺車總質量為98.5 t。

模板組件由頂模、側模、底模、擋頭模和窗、外支撐、千斤頂?shù)冉M成。針梁組件由立柱、上下縱梁，斜拉筋、上橫梁和下橫梁等組成。門架是針梁與外形模板連接的構件，由立柱、橫梁、行走導輪及框架等組成[10-12]。定位支撐系統(tǒng)用于臺車定位，安裝、拆卸時承擔臺車的重力，采用油缸支撐，便于安、拆和調節(jié)。在模板兩端安裝抗浮千斤頂達到抗浮目的[13-15]，從而形成抗浮裝置，抵抗針梁和模板在新澆混凝土時產生的浮托力，使其不發(fā)生位移。電動行走系統(tǒng)：安裝在針梁的卷揚機用兩根鋼絲繩分別繞過針梁端部和梁框上的滑輪固定在針梁兩端，針梁和鋼模彼此互為支點，以此推動臺車前進[16-19]。針梁臺車橫斷面見圖1，縱斷面見圖2。

全圓臺車的主體支架是針梁。模板的移動依靠輪系和針梁的相對運動來完成;在襯砌過程中，澆筑混凝土對臺車的作用力也是通過針梁傳遞到地面的，故全圓臺車的受力分析主要是對針梁的分析。針梁的受力是模板通過輪子傳遞過來的，針梁的受力示意見圖3。圖中：F1～F11為輪系與升降油缸1距離為L1～L11時對針梁的反作用力;P1、P2為針梁支撐結構的反作用力;L為兩個升降油缸之間的距離。圖3?針梁受力示意

（1）輪系對針梁的反作用力為臺車除針梁以外的所有重力之和，因模板均勻分布，故F=F1+F2+…+F11=（臺車重力-針梁重力）/11=66.4 kN，通過列彎矩方程，分析計算得F1=F=66.4 kN，P1=757.4 kN，P2=227.6 kN。

（2）確定針梁的橫截面積剪力Q與彎矩M。分析針梁橫截面剪力與彎矩可知，針梁正中位置彎矩最大，只要該斷面滿足要求即可，計算得Q=161.2 kN、Mmax=1 510 kN·m。

（3）進行結合面處彎曲應力及剪應力校核。針梁連接夾板結構截面尺寸見圖4，材料為A3鋼，其中1～5號為5個斷面編號。1～5號斷面對中心軸的形心坐標分別為（510，0）、（0，0）、（0，10）、（0，-10）、（-510，0），計算得到1～5號斷面的慣性矩分別為1.3×10-3、0.833×10-3、0.715×10-3、0.715×10-3、1.3×10-3 m4，總慣性矩為4.863×10-3 m4，從而得到截面的正應力σ1=158.359 MPa。對于A3鋼，取安全系數(shù)為1.25，則許用彎曲應力[σ]=176 MPa>σ1，因此針梁截面彎曲應力合格。由于截面上剪力大部分由腹板承擔，因此可以近似得出腹板的剪應力τmax=3.5 MPa。取許用剪應力[τ]=0.7[σ]=123.2 MPa>τmax，因此針梁截面剪應力合格。

4?針梁臺車技術改造

在臺車腰線以下左右側各增加3排輔助振搗孔，最底層增加4個輔助振搗孔，中間層增加7個輔助振搗孔，最上層增加3個輔助振搗孔，增加的輔助振搗孔尺寸為15 cm×15 cm。澆筑混凝土時人員進入臺車內，通過增加的輔助振搗孔用插入式振搗器進行振搗，同時采用附著式振搗器進行振搗，確?；炷琳駬v密實，從而達到解決振搗困難的目的。針梁臺車改造展開圖見圖5。

5?襯砌施工工藝

輸水洞洞身襯砌施工期內，進口段、進水塔同時施工，洞身襯砌只能由上游向下游進行。應用全圓針梁臺車進行襯砌施工的工藝流程見圖6。

5.1?鋼筋制安

輸水洞Ⅰ型洞身主筋為C22，Ⅱ型洞身主筋為C25，間距均為15 cm，分布筋均為C16，間距均為20 cm，雙層鋼筋網。因洞身施工空間有限，為確保鋼筋安裝順利，故主筋由長短兩根鋼筋組成，通過套筒機械連接和單面搭接焊接相互配合施工[17]。鋼筋絲頭在鋼筋加工廠加工完成后，運送至施工現(xiàn)場進行連接。

鋼筋安裝順序為：安裝鋼筋樣架→外圈側頂部主筋→外圈側頂部分布筋→內圈側頂部主筋→內圈側頂部分布筋→側頂部架立筋→外圈側底部主筋→外圈側底部分布筋→內圈側底部主筋→內圈側底部分布筋→側底部架立筋。

5.2?灌漿管安裝

為便于后期灌漿施工，混凝土澆筑前在設計位置預埋Φ50薄壁鋼管，長度略長于兩層鋼筋間距。兩端管口用泡沫膠堵塞，一端緊貼鋼模臺車模板壁，另一端穿過洞襯外層鋼筋，管身焊接在洞襯鋼筋上。混凝土施工過程中可能會有少量混凝土漿液通過灌漿管與模板之間縫隙流入灌漿管口，拆模后漿液硬化導致灌漿孔不能完全露出，為以后灌漿施工方便，應在拆模后對管口進行及時處理，露出灌漿孔。

5.3?銅止水焊接

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【責任編輯?張華巖】