1、第十章 水利水电地下工程模板技术第一节 简述1.隧洞成形模板的广泛应用水利水电地下工程结构复杂，规模也越来越大。其混凝土结构型式多样，构造复杂，需要各种各样的模板，本章专门讲述地下洞室的模板技术和隧洞标准洞身段的成形、成套模板技术。平洞、竖井、斜井都是构成地下工程的主要组成部分之一，如导流洞、泄洪洞、放空洞、排砂洞、引水洞、尾水洞、出线井、电梯井、调压井、闸门井等等。这些井、洞功能不同，长短不一，断面大小、形态各异，对这些井、洞进行混凝土衬砌，采用成套、成形模板，具有其他散拼模板，组合模板等传统模板形式所无法比拟的优势。由于其机械化操作、液压技术的广泛应用，更使混凝土成形质量，减轻劳动强度，快
2、速施工能力等为建筑业各界所认可。特别是大型长隧洞、长斜井、深竖井，离开了成形、成套模板技术，就无法顺利按要求保质保量完成工程混凝土施工。目前，在平洞混凝土衬砌施工中采用钢模台车已成为最主要的模板形式，在中、大型钢模台车上，均采用液压系统为主要操控手段。而在竖井和斜井混凝土施工中，滑模是主要形式。2.隧洞模板的分类隧洞模板按其使用的范围分类，常见模板的种类见表 1011：表 1011 隧洞模板分类使用范围 分类 特点全断面衬砌模板隧洞混凝土浇筑全断面一次成形平洞分部式衬砌模 底部（或底拱） ，边墙，边顶拱分二、三次浇板 筑滑模 在混凝土浇筑过程中沿混凝土表面滑动的模板滑框倒模 主体构架整体滑升，
3、但模板不滑，模板不与混凝土产生相对运动混合式滑模 部分为滑模，部分为滑框倒模竖井自升式爬模 分层浇筑，自行爬升移位全断面滑模 全断面浇筑滑升一次成形分部式滑模 隧洞断面分二次滑升浇筑成形斜井多功能模板 全断面分段浇筑，既能用于斜井，也能用于平洞3.模板方案选择3.1 模板方案选型因素（1）工作状况。比如隧洞长度、断面尺寸大小、有无转弯段、转弯半径大小、施工支洞和通道的布置情况。（2）工期进度要求。（3）在进行施工组织设计时确定的浇筑方案、方法、程序和其他设计及施工的特殊要求。（4）现场安装、拆除条件和其他施工程序的干扰、影响。（5）对专用模板操作方式（手动、机械、液压及行走方式）的要求。（6）
4、对钢模台车重量和造价的要求。实际施工中，上述多种因素对模板的选型方案都会产生影响，需要进行综合分析、研究，以求找到最适合工程的技术路线，从而确定隧洞模板的方案选型。3.2 优先原则隧道断面有多种型式，比如城门洞型、马蹄型、圆型及这些洞型的修正型，一般情况下，只要底板是平面的，像城门洞型和马蹄型，就应该毫不犹豫地先浇底板。其好处较多：一来先浇底板可以稳定基础，减少底部清理次数；二是方便施工车辆通行；三是便于布置、安装边顶钢模台车的行走轨道；四是边、底部混凝土接缝好。浇底板，除两边角处有圆弧或倒角，要有局部模板外，一般是不需要模板的，因此，对此类隧洞，基本不考虑全断面衬砌方案，先浇底板，重点研究边
5、顶拱衬砌方案和模板技术。第二节 平洞钢模台车水工地下平洞设计断面多为规则断面，这就为混凝土施工使用成套钢模技术，选用适当的钢模台车提供了很好的条件，有利于地解决工程质量、工期进度及交叉作业等一系列施工问题。1.平洞钢模台车的主要种类和特点表 1021 平洞钢模台车主要种类和特点类型 名称 结构和使用特点整体式钢模台车多为边顶拱衬砌，模板和台车不分离，分段长度适应混凝土性质要求，一般 915m 为宜，操作简便，速度快，立模精度好。分离式钢模台车与整体式钢模台车功能基本相同，不同的是台车较短，一部台车配多套模板组成一个浇筑段，一般每套模板长 44.5m，要求模板自身具有较高强度，能独立承受混凝土荷
6、载。此类模板有穿行式和非穿行式两种。穿行式是台车载运模板时可以同时穿行通过立模段；非穿行式仅台车可穿行立模段，立模时第一节模板需从远处开始就位。底模台车用于隧洞底拱衬砌，有针梁式，也有整体轨道行走式。分部式衬砌模板边墙钢模台车大型隧洞有较高边墙，单独浇筑边墙时有多种类型的钢模台车，模板可采用拼装为大面积的整体模，并一起脱模，模板随台车行走转移。 表 1021 平洞钢模台车主要种类和特点（续）类型 名称 结构和使用特点针梁钢模模板和针梁互为依托、交替运行，达到移位目的。特别适宜在中小、长直隧洞中使用。目前针梁钢模已发展有针梁上置式、针梁下置式及穿行式针梁钢模等多种型式。由于针梁长度是模板的 2
7、倍多，通过转弯段有一定困难。伸缩式钢模台车（穿行式钢模）整套模板自成体系，底模由支腿支承在地面，台车载运模板行走于底模上，模板每节 34.5m，一部台车配多节模板，能较容易通过转弯段。由于分节立模、脱模，操作速度较慢。多功能模板是又一种全断面衬砌模板，需铺设轨道，既可使用于平洞，又可使用于斜井，由卷扬机牵引移动。全断面衬砌模板行进式隧洞滑模底板和顶拱有固定的模板，通过丝杆调节完成立模和脱模动作，而左右两侧采用滑模的方式进行滑升浇筑，施工时操作和观测方便，由于浇筑速度较慢，施工应用极少。2.几种典型的平洞成形模板2.1 边顶拱钢模台车2.1.1 整体式边顶拱钢模台车边顶拱钢模台车是平洞混凝土衬砌
8、模板中应用最广泛的一种，而其中又以整体式钢模台车为主，整体式钢模台车除台车部分重量稍重外，有很多分离式钢模台车所不具备的优势：立模、脱模速度快，操作相对简单，立模精度容易控制，整体强度好，故成为边顶拱衬砌模板的首选，即使在大朝山导流洞、尾水洞、龙滩尾水洞、小湾导流洞、溪洛渡导流洞、糯扎渡导流洞等这些大型、特大型断面隧洞中都是采用的整体式边顶拱钢模台车方案。图 1021 是小湾导流洞整体式钢模台车示意图。图 10-2-1 小湾导流洞钢模台车1.顶模 2.侧模 3.操作平台 4.侧向油缸 5.螺旋撑杆 6.台车架 7.顶模油缸 8.模板调节支撑 9.托梁 10.液压泵站 11.主动轮机构 12.台
9、车调节支撑 13.被动轮机构 14.轨道 15.堵头模板 16.楼梯 17.下边模隧洞为城门洞型，1619m, 台车每浇筑段长度 15m。液压系统中，顶模油缸 4 只，侧向油缸每排 3 只（模板长度小于 12m 时可考虑只用 2 只） ，横向调节机构 2 套，各用油缸 1 只。液压系统可能发生的泄漏和其他故障将会严重影响到模板立模工作状态，特别是设计大型钢模台车时有必要对此进行特别关注和研究，该型台车是在顶模油缸上加设螺旋装置，实现液压和机械共同锁紧，确保顶模油缸在浇筑时可靠受力。由于边墙是一次性同时衬砌到地面，故边墙模板分为两部分，都由液压缸控制操作，立模时，下边墙下面增加了高度为 200m
10、m 的木模（或小钢模） ，这样才能保证浇完混凝土后下边模能自由转动完成脱模动作。顶模托梁和台车下方均设置了多点可调节式螺旋支撑机构，立模后，变简支梁为连续梁多点支撑受力，改善顶模和台车整体受力状态。图 10-2-2 是龙滩电站尾水洞边顶拱钢模台车，该隧洞衬后成洞直径 21m，先用成形小钢模浇 120范围内底拱，同时预埋弯钩螺栓，为安装边顶拱钢模台车行走轨道作准备。钢模台车衬砌长度 10m。图 10-2-3 是轨道装置，包括支座、锥形螺母、轨道梁和轨道。这种设计，不影响台车下部空间通行。贵州构皮滩电站尾水洞成洞直径 14.2m，边顶拱钢模台车由 5m 长的两节组成，图 10-2-4，这种整体拆分
11、式钢模台车，主要考虑兼顾直线和转弯段的应用，直线段时连成一体，转弯时分开，拼接转弯段模板。当然其操控系统、行走机构都有所增加，造价也相应有所提高。由于隧洞有较大坡度，故台车行走不设驱动机构，而由两台卷扬机牵引，同时，模板还加设了导向装置，防止模板倾斜。图 10-2-2 龙滩电站尾水洞钢模台车1.顶模 2.侧模 3.垂直油缸 4.横向调节机构 5.螺旋撑杆 6.楼梯 7.侧向油缸 8.台车架 9.轨道装置 10.搭接环 11.操作平台 12.托梁 13.驱动机构 14.被动轮机构 15.夹轨器 16.液压控制轨 道立 模 状 态 脱 模 状 态 1610吨 转 向 滑 子 2台 5吨 卷 扬 机
12、拉 筋 拉 筋图 10-2-4 构皮滩电站尾水洞钢模台车1.模板组 2.托架 3.顶模油缸装置 4.横向调节机构 5.台车架 6.爬梯 7.螺旋撑杆 8.侧向油缸 9.轨道装置10.夹轨器 11.行走轮 12.辅助支撑 13.液压控制台 14.顶模支撑 15.导向机构 16.搭接环2.1.2 分离式边顶拱钢模台车其特点与应用在表 10-2-1 中有较全面叙述。优点是台车和单组模板较短，较容易通过转弯段，台车重量较轻，但立模、脱模需分几次进行，操作相对繁琐，速度比不上整体式，立模精度也受到不利影响，所以对立模安装调整就位操作要求较高。立模时，模板没有台车支撑，依靠自 图 10-2-3 轨道装置身
13、强度，受力不如整体式台车。 图 10-2-3 轨道装置2.2 平洞滑模平洞混凝土采用滑模施工，也已有实践尝试。确实，滑模装置有许多优点，首先它没有脱模、立模的重复操作，能实现混凝土浇筑的连续作业，其次模板结构为整体，使浇筑成形的混凝土建筑体形规整、统一，而且模板结构重量轻。平洞混凝土采用滑模施工，其难点在于模板仓面的处理，由于混凝土的流动性，一般情况下，混凝土入仓后，经平仓振捣，混凝土自然流淌，几乎形成水平状，由于没有堵头模板，顶拱很难灌满；若加封堵头模、滑模不便进行连续浇筑；如果连续浇筑，混凝土没有分缝，如何防止开裂，如何解决分缝要求；如果顶拱模板太长，存在混凝土被拉裂的问题，顶拱模板太短，
14、混凝土出模时尚未完全初凝，强度较低，顶拱会塌落。怎样解决这些矛盾，是研究的关键。图 10-2-5 是一种已经应用于工程施工的平洞滑模装置。施工中，顶拱改设混凝土预制块，以避免混凝土因强度不够而塌落。最快曾达到6m/d 的速度。图 10-2-5 平洞滑模1.模板 2.液压千斤顶 3.车架 4.行走轮 5.轨道隧洞不大，城门洞型，断面尺寸为 3.23.2m，隧洞先浇了平面底板，铺轨道供滑模行走导向；滑动动力装置采用 6 台普通用于竖井滑模的 QYD-6 型液压千斤顶，横向放置，沿洞壁安装于车架前方；施工时，混凝土泵布置在滑模前面，并与滑模有机连接，同步前行，混凝土导管连接到顶拱，混凝土从顶拱入仓向
15、两边分淌。边墙模板与底板之间的小空间用小模板支护对接，局部用木板封堵。由于这种水平滑模存在诸多矛盾和困难，因此，得到广泛推广尚有难度。2.3 边墙钢模台车大型隧洞，不论城门洞形或者马蹄形，都有较高的边墙，有时候，由于总体方案和施工措施的要求，需要对边墙和顶拱分开、分期浇筑，或者只浇边墙，不浇顶拱，于是，边墙钢模台车应运而生。边墙钢模台车也有多种型式，图 10-2-6 和 10-2-7 是有代表性的两种。图 10-2-6 所示意的边墙钢模台车在云南漫湾电站导流洞、泄洪洞及其他多项工程中使用。在漫湾工程中先开挖了隧洞的上半部，并随之进行了上半部的边顶拱混凝土衬砌，然后开挖下半部，边墙钢模台车就由上
16、半部钢模台车加高、加宽改造而成。使用时，两边墙模板张开，犹如一只巨大的蝴蝶，故也叫“蝴蝶钢模台车” 。模板分上下两部分，均由液压油缸操控，脱模时，上部油缸收回，使上部分模板转动脱模，然后收回下部油缸，使全部模板完成脱模，操控方便。每节模板长 6m，一部台车配多节模板，此种型式属分离式边墙钢模台车，立模时，模板需要与岩石上的锚杆焊牢拉紧，而后台车脱离，自由穿行。11.56m 的一对模板重约 12000kg，台车托运模板时，巨大的模板悬于空中，非常平稳，因为钢模、油缸、可调撑杆及台车构成了几何稳定结构，保证了台车运送模板安全、高效。实际施工时，4 节模板 24m 长为一个浇筑段，一部台车配 2 套
17、（48m）模板，实现了混凝土快速施工，确保截流工期要求。该隧洞有部分顶拱不衬，此部分边墙蝴蝶钢模高达 15.1m，因此只要对上部模板重新组合加高，即可达到要求。图 10-2-7 是另一种结构形式的边墙钢模台车，在重庆彭水水电站导流洞等工程中有实际应用。隧洞为城门洞形，下部有倒角，浇注段长度 12m，模板也分上下两部分，中间有转动支铰相连，脱模时，下部油缸收回，下边模转动离开混凝土面，然后上部油缸收缩，带动所有模板移动，完成脱模动作。此类整体式边墙钢模台车结构更为稳定，横向调节和操控更方便，可靠，脱模距离更大，而且台车整体受力，不需要大量的拉筋焊接，速度更快。如果已先浇完顶拱混凝土，再浇边墙，则
18、特别要注意纵向接缝处的模板技术处理，多开小料口，使混凝土能均匀地灌满，确保接缝质量。图 10-2-6 蝴蝶钢模台车 图 10-2-7 边墙钢模台车1.上部模板 2.下部模板 3.上部油缸 4.螺旋撑杆 1.台车架 2.横移油缸 3.横送装置 4.上部模板 5.下部模板5.下部油缸 6.台车架 7.行走机构 8.轨道 9.拉筋 6.螺旋撑杆 7.侧向油缸 8.操作平台 9.行走轮 10.爬梯2.4 全断面衬砌模板九十年代初，日本大成公司在鲁布革电站引水隧洞工程引进了全断面针梁钢模，此后，隧洞全断面衬砌模板技术在水利水电工程等建筑领域全面推广实施，并不断改进、创新，使这一经典的有代表性的模板技术又
19、有长足进步和发展。而且隧洞全断面衬砌模板，除针梁钢模外，又涌现出伸缩式钢模，多功能模板和行进式隧洞滑模等多种型式。2.4.1 针梁钢模图 10-2-8 是典型结构原理图。模板的动作采用手动螺旋丝杆支撑调节，横向调节机构设置在针梁两端的支腿上，也采用丝杆调节，因此，横向调节时，是由针梁通过门架带动全部模板整体移动。而针梁的升降（也是模板的升降）采用 4 台液压油缸，油缸布置在支腿上。驱动装置采用双向卷筒电动机械卷扬机构，牵引针梁或模板运动，针梁采用实腹板结构，呈箱形结构型式，以满足巨大的荷载要求。正是由于其运动原理是针梁在模板内穿行，或者模板在针梁上移动，针梁和模板互为依托，产生相对运动，达到模板移位立模浇筑的目的，运动形式有“穿针引线”之寓意，故形象地称之为“针梁钢模” 。这样配置的操作机构和驱动装置，在一段时期内应用较多，后又发展到模板操作和横向调节也用液压控制，使立模、脱模和调节更方便、快捷、省力；驱动装置也有采用液压马达方式，长链条传动，真正实现了全液压操作，占用的有限空间更少。图 10-2-8 典型针梁钢模结构图1.前后支腿 2.针梁 3.支腿油缸 4.支撑小车 5.堵头模板 6.爬梯 7.驱动装置 8.侧向支撑
