针梁式钢模台车在隧洞衬砌中的应用

摘要： 针梁式钢模台车是为圆型隧洞全断面一次性浇筑混凝土而设计的一种专用台车。它是衬砌隧洞全断面底、边、顶一次成型的设备，立模、拆模由液压油缸执行，使隧洞混凝土衬砌进度快、质量好、成本低、混凝土表面完整美观。

关键词：针梁式钢模台车组成 施工应用

中图分类号：TV554文献标识码：A

Abstract: the needle beam steel mould trolley is a kind of special car designed for circular tunnel in whole section once pouring concrete. It is lining tunnel whole section bottom, side, top a molding equipment, formwork, formwork executed by the hydraulic cylinder, so that the tunnel concrete lining progress fast, good quality, low cost, concrete surface appearance.

Keywords: needle beam steel mould trolley component construction application.

1.工程慨况

主体工程为有压引水隧洞工程，隧洞断面为圆形，成洞洞径均为D=5.4m。隧洞总长3229m。综合坡度6.57‰。隧洞为钢筋混凝土全断面衬砌，且每隔12m设一道环向施工缝。Ⅲ类围岩混凝土衬砌厚度为50cm，Ⅳ类围岩混凝土衬砌厚度为60cm，Ⅴ类围岩混凝土衬砌厚度为70cm。

根据本工程引水隧洞结构、长度以及引水隧洞施工环境、施工进度等要求，并参考以往隧洞工程衬砌混凝土施工资料，隧洞混凝土衬砌采用针梁式钢模台车一次浇筑成型。针梁式钢模台车设计长度为12m，设计直径为5.40m。拖式混凝土泵输送混凝土入仓一次浇筑成设计断面。混凝土衬砌成型度和表面光洁度均达到设计要求。

2.针梁式钢模台车组成

针梁式液压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、液压系统、电气系统等组成。针梁式钢模台车组成见图1-1、1-2。针梁式钢模台车各部位材质见表1-1。

2.1模板总成 

它用于隧洞的成形，隧洞的形状和尺寸主要靠它来制约。考虑到混凝土对模板的压缩作用，模板半径较理论半径大10mm。模板间用螺栓联接，每组模板由顶模、左边模、右边模、底模四块组成。底模两边分别用铰耳销轴连接左、右侧模板。顶模的一边与右侧模板用铰耳销轴连接，另一边与左侧模板用螺栓和销轴联接，当顶模油缸收缩时，顶模与左侧模板脱开，形成400-500mm的间隙，左、右侧模板就可在侧模油缸的作用下与浇筑面脱开，完成顶模和左右侧模板的收缩。在组合钢模板上开有40个450mm×600mm的窗口，以供进料、人员进出及检查之用。在顶模上设有3个混凝土尾管注入口，以便拆去混凝土导管时不致使仓内混凝土外流，并可借助于混凝土泵的力量，保证隧洞顶拱的混凝土浇密实。

图1-1针梁式钢模台车横断面结构示意图

图1-2针梁式钢模台车纵断面结构示意图

表 针梁式钢模台车各部位名称的材料组成

2.2针梁总成 

它是钢模的受力支撑平台和台车行走的轨道。针梁总成为装配式桁架组合结构。针梁上、下焊接有四条方钢轨道。 

2.3梁框总成

它的下部与底模用螺栓联接，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，框架上都是安装边模、顶模伸缩油缸的支承面。梁框门架是通过各支承千斤和油缸与模板连接。门架与底模上的横梁构成框架结构。

2.4 底座 

前、后底座分别安装在针梁的两端，是针梁的受力支点，衬砌时台车的全部重量都落在两个底座上，每个底座上安装两个液压竖向油缸。

2.5 端头堵板 

为了解决钢模两端的封堵问题，设计了端头堵板，它是由堵头角铁、钢模拱板及封头木板组成，用螺栓联接。 

2.6 抗浮装置 

由于是一次性浇筑，当浇筑速度过快时，钢模将受到混凝土产生的浮力，为了不使钢模在浮力作用下向上移动，在钢模两端安装四个抗浮千斤顶制约上浮力的作用，在前后抗浮架上安装四个侧向千斤顶，使针梁和钢模不产生侧向位移。抗浮架有2套，分别安装在模板的前后部，并与门架连接，抗浮架下面安装有滚轮,因此，抗浮架随模板在针梁上移动，抗浮架上安装有竖向抗浮千斤和水平抗浮千斤，在浇筑时防止错台和克服混凝土的涨力。

2.7 行走机构 

行走机构是由支座和多个滚轮等零件组成，共有四套行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，支座由槽钢构成，滚轮是铸钢件，滚轮设计成带轮边的结构，使针梁或模板移动时不会左右摆动。 

2.8水平和垂直对中调整机构 

平移机构安装在针梁下面前、后底座上，前、后底座上各安装有2个竖向油缸与针梁连接，竖向油缸的伸缩可使针梁上升和下降，以便模板垂直方向的对中调整，从而完成底模的脱模和立模，最大脱模行程为390mm；前、后底座上各安装有1个水平油缸，利用其左、右移动来调整模板中心线与隧洞中心线相吻合，左右移动行程为125mm。 

2.9卷扬牵引机构 

由摆线针轮减速器驱动双卷筒作同步旋转，钢模和针梁通过钢丝绳的牵引作相对运动z即固定针梁移动钢模或固定钢模移动针梁。卷扬牵引机构安装在针梁的后端，卷扬机有两个钢丝绳卷筒，两个卷筒之间用链条连接，两个卷筒上的钢丝绳分别与门架前后端连接，从而带动针梁和模板作相对运动，完成台车的移动。 

2.10液压系统 

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。液压系统由3个顶模油缸、6个侧模油缸、4个竖向油缸、2个水平油缸和两套泵站组成。3个顶模油缸、 6个边模油缸每边3个作立顶模、侧模用；4个底座竖向油缸支撑针梁，是钢模移动和浇筑混凝土的受力支点，底模与混凝土脱离也是靠它的顶推作用来完成。液压系统由一台电机作动力，每个油缸均由单向节流阀控制速度。

2.11电气系统 

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，它采用380V三相四线制供电，最大供电能力100kw，它供给油泵电机、卷扬机电机、变频机组、附着式振动器、照明和电焊机用电等。针梁两端为混凝土输送泵预留有电源开关。 

3.针梁式钢模台车施工特点及工艺流程

3.1针梁式钢模台车隧洞混凝土施工工艺流程

测量放线清渣、冲洗基岩钢筋安装针梁式钢模台车就位、档头模板及止水安装混凝土浇筑混凝土养护

3.2针梁式钢模台车施工特点

针梁式钢模台车在洞内需衬砌混凝土的位置组装，所有部件用汽车运输到组装洞段，在引水洞顶拱上钻设起吊辅助锚杆，使用8t、25t汽车吊、手动葫芦辅助，组装完成。从组装到正式投入使用共需15天。下一段混凝土浇筑只需一个班的时间即可就位安装好，进行混凝土浇筑。

混凝土衬砌分段长度12m，混凝土衬砌要求钢筋安装绑扎工序超前，针梁式钢模台车从就位、调整到混凝土浇筑、待凝、脱模共3～5d为一个循环。直线段钢筋混凝土衬砌月达到6～10个循环，每月衬砌72～120m。

4.全断面针梁式钢模台车的优点 

4.1施工进度快 

在引水隧洞混凝土衬砌施工中，只要各工序、设备配套合理、正常，针梁式钢模台车直线段衬砌混凝土，单段循环可控制在3～5天，月进尺可达72m-120m。相对于散装钢模拱架衬砌水工隧洞混凝土，可提高工效30%～42%。 

4.2质量好 

利用针梁式钢模台车衬砌水工隧洞混凝土，隧洞断面尺寸标准、表面光滑，段与段之间接合好。

4.3成本低 

相对于钢模台车，利用针梁式钢模台车、穿行钢模台车衬砌水工隧洞混凝土，可降低成本30%。相对于散装钢模花拱架，可降低成本45%。 

5.结束语 

针梁式钢模台车在全园隧洞工程混凝土衬砌施工中得到了成功的应用，施工质量良好、混凝土外形美观、进度快、机械化程度高、节约资源。该施工技术的运用，将改变水工隧洞混凝土衬砌的传统施工工艺和施工方法。

作者姓名：张婷，女，1971年10月出生，

工作单位：中国水电建设集团十五工程局有限公司，工程师，主要从事工程施工，施工方案的编制工作。；

通讯地址：西安市科技路16号

本篇论文为评高级工程师用。