斜洞常态砼自动浇注衬砌台车在溪洛渡水电站泄洪洞龙落尾段工程中的应用

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【摘 要】为在溪洛渡水电站泄洪洞龙落尾段工程中解决大坡度、大断面、常态砼衬砌的难题,综合提高隧洞施工效率及质量,研制了适用与大坡度、大断面、常态砼浇注的衬砌钢模台车.在衬砌施工中进行了生产性试验,台车顺利完成龙落尾段的施工,浇注常态砼满足对混凝土的质量要求.施工中解决了隧洞内台车大坡度的行走、常态砼的浇注等难题,实现了大断面一次性衬砌成功.

【关 键 词 】溪洛渡水电站 泄洪洞龙落尾 大坡度衬砌 常态砼衬砌 大断面衬砌台车

溪洛渡水电站是金沙江流域四个巨型水电站中最大的一个,上游为白鹤滩水电站,下邻向家坝水电站.溪洛渡水电站四条泄洪洞分别布置在左右两岸,隧洞出口均采用龙落尾方式设计,斜坡段最大坡度22.46°.

龙落尾段为圆拱直墙型,衬砌后净空尺寸为14×19m（宽×高）,衬砌厚度80cm～150cm.国内在隧洞施工方面对大断面衬砌台车已有相关的应用[1-7],但能满足大坡度隧洞衬砌且采用常态混凝土浇注方式的台车,在国内还是空白.为解决现有衬砌台车的不足和在此类隧洞衬砌施工设备的空白,提高隧洞衬砌混凝土的整体质量和施工效率以及降低施工成本,研制了国内首台斜洞常态砼全液压自行式自动浇注台车,适应与隧洞大坡度、大断面以及常态砼浇注施工工况,并进行了生产性试验.对研制衬砌台车的要求是：满足隧洞大坡度施工、台车能够自行行走的工况；满足隧洞浇注常态砼的施工工况；实现立模、拆模、行走自动化；实现大断面衬砌混凝土一次性成型.

一、工程特点及难点

溪洛渡水电站左岸泄洪洞龙落尾由奥奇曲线段、直线段、反弧段、下直坡段等组成.

图 1 泄洪洞纵坡图

(一)泄洪洞工程设计大断面、大流量、高流速,龙落尾最高流速达50m/s,设计质量标准要求高.

(二)采用C9060硅粉混凝土,施工较为困难,且温控防裂难度大.

（三）泄洪洞龙落尾边顶拱砼衬砌模板采用“液压自行式钢模台车”边顶拱一次浇筑成型,需要使用自动提升皮带输送系统及混凝土泵送入仓,浇筑工艺较为特殊.

(四)体形标准高,对边墙台车模板校核精度控制提出了较高的要求.

(五)设计坡度大,台车行走、定位,混凝土输送,仓面浇筑措施提出特殊要求.

二、施工方案简述

龙落尾结构混凝土按照“先边顶拱、后底板”的浇筑顺序分二层施工.分块时,反弧段边顶拱衬砌标准段按底板迎水面弧线长9m计；斜坡段边顶拱衬砌标准段按底板迎水面长度9m计；奥奇段边顶拱衬砌标准段按顶拱下顶面弧线长度9m计.边墙及顶拱采用液压自行式钢模台车一次衬砌成型,边墙自制提升吊罐系统配合皮带机入仓浇筑,堵头模板采用木模板或自制定型钢模板；顶拱则采用HBT60混凝土泵送浇筑.

图 2 隧洞衬砌方案示意图

三、特殊作业要求的解决措施

(一)隧洞大坡度施工的实现

由于隧洞设计坡度较大,正常衬砌坡度为22.460,掺气段坡度为30.50.为保证衬砌台车能正常在隧洞坡度上进行行走,并且保证台车行走的稳定性,我们提出采用液压顶推式全自动行走方式,保证台车在坡度上行走时的稳定性.台车走行机构部分还设计前后顶升机构,可以调节台车的整机姿态,保证台车顺利的通过掺气坎段.

(二)隧洞浇注常态砼的施工工况的实现

由于传统的衬砌台车设计均采用泵送浇注,但泵送浇注对混凝土的要求较高,对于泄洪洞大体积混凝土的浇注,采用常态砼浇注,有利于高标号混凝土温度的控制,有利于施工成本的降低,对混凝土的整体浇注质量具有重要的意义.

台车设计混凝土自动浇注系统是为解决混凝土的常态浇注问题.台车设计采用变频起吊系统并结合布料机系统,可顺利的实现混凝土的常态浇注.为解决在大坡度上混凝土起吊系统的行走问题,台车设计卷扬驱动系统,保证在大坡上施工时,混凝土的正常起吊和浇注.这种浇注方式大大降低了施工成本,提高了施工效率,有效降低了工人的劳动强度.

四、台车结构及技术参数

该隧道衬砌台车的主要结构包括液压顶推系统、门架总成、托架总成、平台总成、模板总成、起吊系统、布料系统,以及液压系统和电气系统.台车结构如图3所示：

图 3 台车结构图

台车的主要技术参数如表1所列：

台车走行速度（m/h） 5

爬坡能力（°） 31

布料机输送量（t/h） 90

表1 台车的主要技术参数

五、衬砌台车工作流程

该衬砌台车工作流程为：立模―找正―浇筑混凝土―等强―脱模―台车行走 ――进行下一循环.

(一)立模

启动台车的液压顶推系统将台车移动到工作位置,台车移动到位后,即可准备支立模板.台车立模工艺流程如下：模板就位―升起顶部模板―撑开左右侧向模板――模板调整、找正、封端模 ―开始浇筑.

(二)脱模

当混凝土达到拆模强度,将台车所有的螺旋千斤支撑取掉、拆掉堵头模板,准备脱模.台车脱模工艺流程如下：先收左右侧向模板―收缩顶升油缸―收顶部模板--脱模结束.

(三)常态混凝土浇筑

立模完成之后即可进行浇注.浇注侧墙,使用混凝土起升系统,将混凝土起升至布料机,开启布料机,实现混凝土的布料.浇注至混凝土快要平齐工作窗口时,关闭工作窗,然后依次使用往上的工作窗口的布料机进行浇注,以此类推.拱顶使用浇注口浇注,浇注顺序同于浇注侧墙.浇注完成,最后通过浇注口封顶.

台车坡度浇注示意如下图4所示：

(四)衬砌台车行走

钢模台车脱模之后,启动行走液压顶推系统,两组油缸交错进行收缩,即可行走至下一个衬砌位置.台车前进时一组顶推油缸顶推,另一组油缸收缩,待收缩到位以后,需确认走行爬行机构与轨道接触牢固以后再开始行走,如此重复,即可实现台车行走.

图4 台车坡度浇注示意

图5 台车坡度行走示意图

龙落尾段底拱纵向坡度为渐变段,并设置有掺气坎,最大掺气坎阶梯高度为1.9m. 通过设置轨道过渡支墩,将掺气坎阶梯段变为折线段,实现台车顺利通过掺气坎.台车设计液压顶推式行走方式,实现了掺气坎段的大坡度行走；设计走行顶升系统,实现台车在折线段姿态的调整,有利于台车顺利通过掺气坎段.

六、结语

通过台车衬砌作业的生产性试验,该台车解决了台车在隧洞中的大坡坡行走问题、浇注高标号常态混凝土问题,实现了隧道衬砌混凝土的边顶拱整体一次性浇筑,达到了预期的目的.

该台车自动化程度高,引入控制系统和触摸屏技术,首次采用液压顶推式全自动行走方式,尤其在大坡度段施工,首次取得成功应用,为在隧道大坡度段施工提供了积极的借鉴意义；在隧洞衬砌过程中,实现常态砼的浇注,降低了施工成本； 在台车衬砌作业中,引入布料机作业,有利于降低劳动强度,对实现混凝土的自动化浇注具有重要的意义. 该台车实现了立模、拆模及台车走行的自动化控制,操作维修简便、快捷,提高了隧洞施工的综合施工速度.