全断面针梁台车在南水北调东线穿黄工程20°坡度斜井混凝土施工中的改进与应用.pdf

5 4 海河水利 全断面针梁台车在南水北调东线穿黄工程 2 0 。 坡度斜井混凝土施工中的改进与应用 朱海亚 ， 温定煜 ， 周凤才 ， 戴永翔 ， 高鹏伟 ( 1 中国水利水电第五工程局有限公司第一分局， 四川 成都6 1 0 0 6 6 ； 2 南水北调东线穿黄河工程北区建管局， 山东聊城2 5 2 0 0 0 ) 摘要： 随着水利、 公路、 铁路等工程建设事业的不断发展 ， 有一批为数不少的大坡度斜井工程在混凝土施工过程 中都将面临隧洞由于受斜井的坡度、 断面大小等因素的影响。通过全断面针梁台车在南水北调 东线穿黄工程 2 O 。 坡度斜 井混凝土施工 中的成功 改进 ， 为类似斜 井混凝 土浇筑全断 面针 梁台车的设 计、 施 工提供借 鉴。 关键词： 全断面针梁台车； 穿黄工程； 2 0 。 坡度斜井； 混凝土施工； 改进 中图分类号 ： T V 6 8 文献标识码 ： A 文章编号 ：1 0 0 4 7 3 2 8 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 5 4 0 4 1 工程概况 南水北调东线第一期工程穿黄北 区工程穿黄隧 洞斜井位于黄河北岸 ， 穿越黄河大堤 ， 为有压圆形隧 洞 ， 全 长 1 6 6 0 3 m， 开 挖 直 径 为 8 9 9 5 m， 衬 砌 后 内 2 总体施工方 径 7 5 0 m。主要包括 ： 斜洞段上 、 下弯段 ， 斜洞段直 段及部分埋管段 ， 与水平方向成 2 O 。 夹角 ， 桩 号 ： 7 + 8 8 1 9 1 7 7 + 0 4 8 2 4 5 。斜洞 段 工 程纵 剖 面 ， 如 图 1所 示 。 位 山 l ： 一 、 ： 开 挖- 艄 ： 硎 汪 ” 赢 善 j - 1 一 | 鬈 31 l I ： i ， l - 0 6 6 f - ， 原水仓水泵房 彳 广 黧e 一 f 1 4 新水仓房 n 甚 赛 昌 _+ 建筑物形 式 、 平洞段 箨 弯1 斜 井 段 埋管段 建 筑物 实体长 童 1 5 5 4 7 2 9 9 3 纵 坡 1 ， 2 7 4 7 衬砌分段长度 ( 埔) l 9 1 1 0 5 8 l 5 7 8 9 4 = 3 9 4 7 l 4 x 8 = 3 2 3 8 = 2 4 2 x 6 # 1 2 7, 8 = 2 4 l2 8 = 1 l 0 5 1 1 0 4 7 8 )4 二次衬砌体翌 A 型 A 型 F 型 c 型 A 型 I B 型 C 型 B 型 1 B 型 l c 型 出口段埋管 二次支护类型 A S A 一 ! F 一 1 C I A 一 4 I B - I C l 8 4 l C - 1 出口埋管钢自 ； 图 1 斜洞段工程纵剖面 斜井段工程属大坡度混凝土施工 ，面临裂隙水 和外部水流人的影响 ， 施工难度较大 、 技术要求高。 根据国务院南水北调办公室工期总体要求 ： 2 0 1 1年 1 2月 3 1日全面完工， 工期尤为紧张。 通过对采用组 合钢模板+ 满堂架 、 钢模台车、 全断面针梁 台车 3种 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 1 2 4 作者简介 ： 朱海 亚( 1 9 8 0 一 ) ， 男 ， 工程 师 ， 主要 从事水利水 电工程施 工与管理工作 。 比较分析 选 取全断面针梁台车混凝土浇筑施工工艺。该施工工 艺简单 、 施工成本和管理成本较低 ， 并能在确保安全 和质量的前提下加快施工进度 ， 满足设计标准要求。 3 施工方法 3 1 施工边界条件 ( 1 ) 斜洞段工程与水平方向成 2 O 。 夹角 ，开挖直 径 为 8 9 9 5 m， 成 型 直 径 为 7 5 I n 。 衬 砌 厚度 为 6 O 8 0 c m 根据设 计 图纸施 工要求 采 取全 断面施 工 。 2 0 1 2 N o 3 朱海亚 ， 温定煜， 周凤才， 等： 全断面针梁台车在南水北调东线穿黄工程 2 坡度斜井混凝土施工中的改进与应用 5 5 ( 2 ) 为确保工程施工进度 、 保证施工质量 、 减小 安全隐患 ，拟定采用 9 0 i n全断面针梁台车一次浇 筑成型 因此洞 内布置复杂 ，主要布置基础设施包 括 ： 钢 丝绳 、 滑轮组 、 平板 台 车+ 矿 用绞 车 系 统 、 后期 溜槽系统 、 排水设施等。 ( 3 ) 全 断面 针 梁 台车 主要相 关参 数 ： 针 梁长 2 2 9 6 0 IT I ， 模体 长 9 0 r f l ， 断面直径 7 5 2 m； 针梁 台 车总重 9 6 t ， 模板总成、 梁框总成 、 行走机构、 抗浮装 置及托架几大部分 自重约 6 6 t ， 针梁重 3 0 t 。 3 2 针 梁台车主要技术参数 钢 模 直径 ： 7 5 2 m： 针 梁 长 度 ： 2 2 9 6 m： 理 论 衬 砌 长 度 ： 9 0 r f l 或 4 5 m：额 定 电 压 ： 3 8 0 V；油 泵 ： G B Y 2 0 1 6 ， Q = 1 6 4 m f r ；油泵 电机 ： Y 1 6 0 M一 4 ， P = 7 5 k W ， n = l 4 4 0 r m i n ：摇摆 针轮 减速 器 ： X WD 8 4 3 1 1 ( 带制 动 ) ； 液压 系统工作 压力 ： 2 0 MP a 。 3 - 3 针梁台车行走原理 安 梁 端 部及梁 框上 的滑轮 固定 在针 梁两 端 ， 针梁 和钢 模互为支点相对运动使 台车前进 。 脱模之前 ， 收缩底 座油缸 ，旋 吊底座 ，针梁下面轨道落在底模行走轮 上 ， 开动卷扬机使针梁 向前移动 ， 到位后放下底座 ， 油缸顶在针梁上然后脱模。 脱模后 ， 开动卷扬机使其 反方 向运动 ， 钢模 即向上移 动 。 3 4 针梁台车的改进 南水北调东线穿黄隧洞工程斜井段工程坡度较 陡 ，针梁台车在斜井混凝土施工 中行走是需解决的 一 大技术难题。 因此 ， 为确保针梁台车在斜井混凝土 浇筑 施工 中的安全应 用 根据针 梁 台车原 行走 原理 的基 础对 其进 行改进 。 3 4 1 针梁部分移动力学分析及改进 通 过针梁 台 车相关技 术参 数可 知 ，针 梁 部分 重 3 0 0 t ， 因此针 梁部 分在 斜井 混凝 土施 工 中 的状态 如 图 2所 示 F = G+ f ， ( 1 ) 式 中 ： 下 滑分 力 取 G = Ws i n a = 3 0 x s i n 2 0 o = 1 0 2 6 ( t ) ； 摩 擦力取 f = p P， P = Wc 0 s 2 0 。 = 3 0 x c o s 2 0 。 = 2 8 1 9 ( t ) 。钢与 钢之 间的滑动摩 擦系数取 = O 0 5 0 1 ， 此处取 0 0 7 5 ， f = 0 0 7 5 x 2 8 1 9 = 2 1 l ( t ) 针梁 部 分 移 动牵 引 力 G = 1 0 2 6 + 2 1 1 = 1 2 3 7 ( t ) ， 考虑 2 0安全系数 。故针梁部分 向上移动需牵引力 1 2 3 7 2 0 = 2 6 7 4 ( t ) 。 因此 ， 结合受力分析情况 。 需对针梁台车原导向 机构进行改进 ，通过将导向机构原有 4根钢丝绳滑 轮组 改进 为 8根钢 丝绳滑 轮组 的方式 完成 针梁 部分 公式 为 ： 的移动。转换后需牵引力 2 6 7 4 + 8 = 3 3 4 ( t ) 5 ( t ) ， 以 便原配置卷扬机满足要求。导向机构改进平面及纵 断面 ， 如 图 3 4所 示 。 3 4 2 模体部分移动受力分析及改进 模体部分主要包括 ： 模板总成 、 梁框总成、 行走机 构 、 抗 浮装 置及托架等几大部分 ， 总 自重 6 6 t 。在衬砌 过程中， 其他附加荷载主要包括走道 、 木板 、 施工人员、 黏结混凝土等 ， 共计约 1 5 t 。模体的总重量为 6 6 + 1 5 = 8 1 o ( t ) 。模体部分移动所需牵引力计算 ， 如图5所示。 根据图 5 分析 ， 模体移动牵引力计算公式为： F = G + f ( 2 ) 5 6 海河水利 2 01 2年 6月 钢 目 定 I I 3 1 0 0 _ I 翅 丝 塑 暑 固单 轮 双 轮绉 霸 l 。 _ 暑 宰 _ 尽 单 轮 双 轮 l 8 _ l 一 2 鲢 双轮 滑 轮 l 蔫 一 一 图 3 导向机构改进平面 图 4 导向机构 改进纵断面 注 ： G为下滑分 力； W 为模体部分 自重； P为模体对针梁部分的荷载 ； f 为摩擦力 ； F为牵引力 。 图 5 模体部分移 动力学计算 图 6 模体部分改进 式 中 ： 下 滑 分 力取 G = Ws i n a = 8 1 s i n 2 0 。 = 2 7 7 0 ( t ) ； 摩 擦 力取 f = p P ， P = Wc o s 2 0 。 = 8 1 x c o s 2 0 。 = 7 6 1 2 ( t ) 。 钢 与 钢 之 间 的滑 动 摩擦 系数 取 = 0 0 5 0 1 ，这 里 取 0 0 7 5 ， f - O 0 7 5 7 6 1 2 = 5 7 1 ( t ) 。 加 强 模体部分向上滑移动牵 引力为 C = 2 7 7 0 + 5 7 1 = 3 3 4 1 ( t ) ， 考虑 2 0安全系数 ， 故模体部分移动需牵 引力 3 3 4 1 x 2 0 = 6 6 8 2 ( t ) 。 结合受力计算情况， 需针对模体部分进行改进 2 0 1 2 N o 3 朱海亚， 温定煜， 周风才， 等： 全断面针梁台车在南水北调东线穿黄工程 2 坡度斜井混凝土施工中的改进与应用 5 7 模体部分移动主要依靠在模体框架两侧 中心位置安 装动滑轮组 。 通过滑轮组力学转换 ， 借助外力对模体 牵引 ， 使其与针梁 台车针梁部分发生相对运动。 模体 部分 改进 ， 如 图 6所示 。 4 结语 通过对针梁台车改进 ，在南水北调东线第一期 穿 黄北 区工程 穿 黄 隧洞 斜 井 工程 中成功 应 用后 ， 减 小了采用其他模板进行浇筑的工艺复杂性 ，明显加 快了施工进度 ， 降低 了施工成本， 同时为类似斜井混 凝土浇筑全断面针梁台车的设计、施工提供借鉴经 验 ， 拓宽 了全断面针梁台车的应用领域。 ( 上接 第 5 1页) ( 1 ) 式 中： 为吹填总量 ； H 为设计造陆高程 ； H o 为 吹 填造陆区原滩面处理后高程 ； 口为采泥区取土层沉 降率 ； V c为吹填施工期吹填泥流失量。 式( 1 ) 中， 日 和 g的计算公式分别为 ： H0 日 0 _ _ S o ， ( 2 ) S ， g L j 式 中： 为吹填造陆区原滩面高程 ； Js 。 ， 为吹填造陆 区计算沉降量 ； 为采泥区计算沉降量 ； A H 为采泥 区设计取土厚度。 本 节 给出 的吹填量计 算公 式实 际上 均是 以 自然 方为对 口分 析 的土 ( 泥 ) 量平衡 方式 。分 析 中取 土量 以取土区 自然方压缩量估算较可靠为基础 ，从而避 免了吹填后松散泥方压缩量估算的困难 。 4 2 吹填施工过程 中流失量的观测 上述公式对于吹填量设计而言 只要选定一个流 失率 ， 而后通过分析计算便可以确定吹填量。 对施工单 位而言， 全过程的控制尤其是流失率的控制更为重要。 流 失量 的观测 是 土方平衡 的基 础 也 是吹填 过 程中调整吹填强度、 退水口等水深 的实际依据。 在 吹填 过程 中必须 专人 专 岗设置 观测 和分 析人 员 ， 每 8 1 2 h进行倒行观测。 在吹填强度变化 、 退水 进水方 式 大 的调 整及 大风 ( 指排水 流 向 ) 天 气等 情况 时应加密观测。 对退 水流量 的观测或 分析应 同步进行 ，有 条件 时可建设退水尾渠 ， 用流量仪测定流量； 条件差时可 用进 水 流量代 替 。 5 结语 吹填泥沙压缩量无法进行较可靠的估算。 原基， 无 论是造陆 区还是取土区 软基处理 的压缩量是 可以分 析计算的， 其流量尚能接近实际。只要认真观测， 掌握 流失量 ，就可以以土量平衡法确定和控制实际施工中 的吹填量 ， 避免后期 耗钱 、 耗力 、 耗工期的补土施工 。 ( 上接 第 5 3页) 用于大多数情况 ；浅水高精度模式 流 速测 量范 围小 剖面 深度 小 但 流速 测 量 精 度 非 常 高 ，其 流 速 测 量 短 期 精 度 可 达 1 m m s的量 级。因此 ， 当流速很低、 仅为几厘米每秒的情况下 ， 采 用浅水高精度模式效果特别好。此外 ， 还采用宽带 、 零盲区和 四波束换能器技术 ， 提高了测流精度。 ( 1 ) 宽带 ( B r o a d b a n d ) ： 这是 A D C P的声信号发 射 和处 理 的一种方 法 。对于 每一 个流 速测 量 ， A D C P 发射两组或多组脉冲波序列， 每个脉冲波序列由许多 子脉冲( 称为编码单元) 组成。A D C P测量回波序列的 相关系数及相位差 ， 铲除粗差。 精确计算流速。其优 点是流速测量标准误差小 垂 向空间分辨率高( 相 当 于垂线测点多) ， 时间分辨率高( 相当于测速垂线多) 。 ( 2 ) 零盲区： 提高了测流精度。 ( 3 ) 四波束换能器 ： 有效地消除船摇晃 的影响 ， 提高测量的可靠性。 如果有一个波束被阻挡或损坏 ， 其他三个波束仍然可提供有效数据。 3 2 参 数设 定 应用 走航 式 A D C P进 行河 道流量 实测 。必 须 根 据断面情况进行参数设定。 根据引黄济津输水线路倒虹吸出口、第三店断 面情况 ， 参数设定为 ： 换 能器 吃水 ： O O 7 ； 磁偏角 ： 0 ； 波速角 ： 2 O o ； 幂 函数 ： 0 1 6 6 7 ； 左岸坡度系数 ： 0 3 5 ； 右岸 坡度 系数 ： 0 3 5 ： 岸 边平 均 点数 ： 1 0 ； 最 大水 深 ： 6 m； 最大流速 ： 2 m s ； 最大船速 ： 2 m s ； 河床类型 ： 泥 ； 测流模式 ： 标准工作模式 ； 上层估算方法 ： p o w e r ； 下 层估 算方 法 ： p o w e r ： 最低 层数 不能 少于 2层 。 4 结论和建议 引黄济津潘庄应急输水线路首次输水于 2 0 1 1 年 4月 1 1日结束 ， 历时 1 7 0 d ， 倒虹吸出口测验断面流 量测验 2 7 8次， 累计过水量 7 1 3 亿 m。 ， 天津九宣闸收 水 4 2亿 m 。山东、 河北两省交界处第三店测验断面 流量测验 2 6 5次 累计过水量 6 6 9亿 I T I ， 。 测验结果经 河北、 山东两省测验代表比测， 精度得到了一致认可。 引黄济 津潘 庄应 急输 水线路测 流应用实践表 明 ， 与传统测流方法相 比。 走航式 A D C P测流提高了 流速测量精度 减轻了测流劳动强度 ， 并极大提高了 测 流效率 ， 可 以得到 更广泛 的运 用 。