1、1南水北调工程淇河倒虹吸钢模台车在斜管段的稳定与侧向变型控制技术研究摘要南水北调中线工程鹤壁段标淇河倒虹吸箱涵由进口斜管段、水平管段和出口斜管段组成，其管身段横向为 3 孔一联箱形预应力钢筋混凝土结构。由于施工工期紧，为加快施工进度，降低劳动强度，故采用全液压钢模台车进行倒虹吸管身段施工。而钢模台车在斜管段的稳定性和侧向变型控制是必须解决的问题。 关键词全液压钢模台车倒虹吸斜管段稳定性侧向变型控制 中图分类号：TV 文献标识码： Study on Stability of Steel-mould Stair Vehicle in Slope Section and Control Techni
2、ques of Lateral Deformation, in the Practice of Inverted Siphon in Qi River, South-North Water Transfer Project ZHOU DUN SINOHYDRO BUREAU 12 CO.,LTD, Hangzhou, Zhejiang 321000 AbstractBox-culvert of inverted siphon in Qi River ( bid section, Hebi, South-North Water Transfer Project) is consist of en
3、trance slope section, horizontal section and exit 2slope section, the horizontal body part of which is prestressed concrete structure with a 3-hole header. By using steel-mould stair vehicle in hydraulic sliding mode to construct the body of inverted siphon, both construction period and intensity of
4、 labor can be lowered. Thus stability of steel-mould stair vehicle in slope section and control techniques of lateral deformation must be solved. 1、引言 国内钢模台车在箱涵斜管段也有运用的先例，但在坡比为 1：5 倒虹吸箱涵的斜管段上应用不多，施工过程中钢模台车在斜管段的稳定性及侧向变形控制技术是主要的研究课题。 1.1 钢模台车的特点 台车桁架的整体性较好，且各部件具有可拆性，部件间采用连接钢板及螺栓进行连接，且在桁架下部装设行走装臵，在实际施工
5、时可利用其下部行走装置整体移动1。简易性强。箱涵内部用定型钢桁架做支撑系统，前期投入较大，但在后期运行过程中，不需要大量的人工和机动设备来搬运钢架管和模板，大量减少人工费用。机动性强。采用钢模台车在相邻箱涵之间甚至短距离之间的移动都较为方便快捷，省去了大量安装和拆卸时间，对工程成本和工期控制有利 1.2、淇河倒虹吸工程概况 3淇河渠道倒虹吸工程由倒虹吸、节制闸和退水闸组成，其中倒虹吸总长 506m。倒虹吸进口起点桩号为总干渠169+778.3，出口终点桩号为总干渠170+284.3。倒虹吸设计流量 245m3/s，加大流量 280m3/s，设计水头 0.19m。 管身段水平投影长 330m，由
6、进口斜管段、水平管段和出口斜管段组成。倒虹吸管身段横向为 3 孔一联箱形预应力钢筋砼结构，单孔孔径尺寸为 7.0m7.1m（宽高） 。河堤段管身顶板厚 1.3m，底板厚 1.3m，侧墙厚 1.3m，中隔墙厚 0.9m；河槽段管身顶板厚 0.9m，底板厚 1.1m，侧墙厚 1.1m，中隔墙厚 0.9m，倒虹吸斜管身段坡比 1：5。 箱涵需穿越淇河，而淇河常年有水，水位在 91m 高程，箱涵底部高程在 72.6m 高程，因此倒虹吸箱涵须利用枯水期分二期施工，故工期较紧。 倒虹吸每一节箱涵混凝土立模主要采用 3 台钢模台车为主，顶部以定型钢模板为辅的形式进行施工。 2、全液压钢模台车组织结构 钢模台
7、车由模板系统、台车架系统、行走机构、液压系统、螺旋支撑系统、轨道、液压控制站、枕木等组成。 其主要主要技术参数： 1、台车衬砌长度：L15476mm（15220mm 可调） ； 2、台车最大外型尺寸：7.1m7m； 3、竖直最大脱模移动量：400mm； 4、水平最大脱模移动量：300mm； 45、系统允许工作压力：P16MPa， 6、轨中心距：3500mm， 7、台车行走速度：5-6m/min。 钢模台车构件构成表 3、台车在斜管段承载力计算依据 1、 钢结构设计手册 ； 2、GB5009-2001建筑结构荷载规范. 3、DLT5110-2000水电水利工程模板施工规范 ； 4、JGJ74-2
8、003建筑工程大模板技术规程; 5、JGJ74-2003建筑工程大模板技术规程; 4、钢模台车承压力计算 本工程钢模台车由华宝模板制造公司制作，我部将台车满载作业时所有承压部位的承载力以及斜管段施工现场工况提供华宝公司，由该公司会同协作院校计算设计台车结构承重支撑系统，并由该厂协作院校科研组进行复核。斜管段的钢模台车经过协作院校科研组进行计算复核，满足施工需要。 以下为钢模台车在斜管段管身施工时的承压力计算： 假定条件及有关参数取值 5c：混凝土的重力密度（kN/m3）c=25 T：混凝土入仓温度 T=15 t0：新浇筑混凝土的初凝时间(h)t0=200/(T+25) =5 H：混凝土浇筑总高
9、度（m）H=0.9 1：外加剂影响修正系数 1=1.1 2：混凝土坍落度影响修正系数 2=1 f ：钢材抗拉、抗压、抗弯强度设计值 210N/mm2 E：钢材弹性模量取 2.1105 N/mm2 4.1、钢模板台车抗滑力计算 每洞顶板悬空段尺寸：7.2m15.22m0.9m（跨度 7.1m，考虑两端倒角，计算时按 7.2m） 混凝土重力 G 砼=cS=257.20.9=162kN/m 钢筋重力 G 钢=1S=17.20.9=6.48kN/m 振动荷载 F 动=6kN/m27.2m=43.2kN/m（人工荷载、机具荷载等） 竖向承压总线荷载 F 线=162+6.48+43.2=211.68kN/
10、m 则竖向承压总面荷载 F 面=211.68kN/m7.2m=61.43kN/m2 则钢模板台车顶板混凝土承压力 F=211.68kN/m15.22m=3221.77kN 1 孔混混凝土为 F1=3221.773=1073.92kN 1 孔钢模台车自重为 60t 则台车下滑力为 F 滑=sin (11)(F1+f 自)=0.19（107.39+60）=31.8t; 则分配到每个拉杆的拉力为 31.816=1.99t 6每个拉杆有钢板预埋件及螺栓连接组成，M20 的高强螺栓设计拉力P=110kN=11t0.6 的钢板与混凝土的摩擦系数=6.6 t 分配到每个拉杆的拉力 1.99t。满足钢模台车抗
11、下滑力的要求。 4.2、钢模板台车竖梁剪力计算 假定条件及有关参数取值与顶板底模板相同。 每洞顶板悬空段尺寸：7.2m15.22m0.9m（跨度 7.1m，考虑两端倒角，计算时按 7.2m） 混凝土重力 G 砼=cS=257.20.9=162kN/m 钢筋重力 G 钢=1S=17.20.9=6.48kN/m 振动荷载 F 动=6kN/m27.2m=43.2kN/m（人工荷载、振捣棒荷载等）竖向承压总线荷载 F 线=162+6.48+43.2=211.68kN/m 则竖向承压总面荷载 F 面=211.68kN/m2m=423.36kN 则竖梁剪力为 F 剪=sin (11)Fn2 =0.1942
12、3.362=40.22 kN 钢板与钢板的摩擦系数为 0.15 M20 的高强螺栓设计拉力 P=110kN 螺杆的抗剪力为 41100.15=66kN 大于竖梁剪力 F 剪=40.22 kN，满足钢模台车拉杆固定螺栓的抗剪切力要求。 综合上述计算结果，钢模台车在倒虹吸斜管段需设置 16 根拉杆，每一根拉杆由 4 个 M20 高强螺栓与预埋件相连，确保钢模台车在倒虹吸斜管段施工时的稳定要求。 全液压钢模台车在斜管段固定的结构件见下图： 71 钢模台车斜管段固定图 2 钢模台车在斜管段固定剖面图 3 预埋件及铰座结构图 4 台车底部纵梁铰座结构图 短拉杆的中间杆件为 1100mm，长拉杆的中间杆件
13、为 6960mm 5 拉杆件（丝杆）结构图 钢模台车侧向变型控制措施 1、二台钢模台车之间的侧模升顶到位后，由纵横向间距为 800mm 的816 是拉筋兼定位筋控制侧模间距以及台车之间的距离。 2、最外侧定型钢模板由10 槽钢支撑，钢管脚手架固定，竖向钢管间距 1200mm，竖向钢管之间每隔 1200mm 设置剪刀撑，竖向钢管外侧设置三道斜撑。 5.1、外刚楞及对拉螺栓强度计算 1、侧压力计算 V：混凝土的浇筑速度（m/h）V=60m3/h46.5m2=1.29m/h H：混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度（m）H=5.6m 静荷载 F1=0.22cto12v1/2=41.67k
14、N/m2，故最大侧压力为 F 静=41.67kN/m2。 活荷载 混凝土倾泻荷载 F 活=4kN/m2 混凝土振捣荷载 F 振=4kN/m2。 得出：总荷载 F=F 静+F 活=49.67kN/m2 2、对拉杆及螺栓强度计算 对拉杆及螺栓采用：M16。 ft：钢材的抗拉强度设计值：ft=210N/mm2 d：对拉杆在螺纹处的有效直径取 d=14.93mm l：对拉杆及螺栓间距：600mm800mm P1：对拉杆允许拉力 P1=N=d2 ft/2=73491.75N=73.49KN 9P2：M16 的螺栓设计容许拉力 P2=24.5KN 取两者最小值，则对拉杆及螺栓的最大允许拉力为 P=24.5
15、KN 模板拉杆分担的受荷载面积（m2）其值为 A=ab=0.60.8=0.48m2 单个对拉螺栓能承受模板上的最大面荷载 q 螺=N/A=24.5KN0.48m2=51.04KN/m2侧压力总荷载 F=49.67KN/m2，则对拉杆及螺栓的配置符合施工要求！ 3、定型钢模的刚度验算 定型钢模面板采用 5mm 钢板，50mm 的方钢间距 500m500mm 做模板内楞，外楞采用10 槽钢间距 800mm（对拉螺栓支撑楞） 。 按强度要求计算 侧压力化为线荷载 q 内=Fl 内=49.670.6=29.80kN/m 则计算最大弯矩 Mmax=0.1q 内 l 内 2=0.129.800.62=1.
16、073kNm 所需截面抵抗矩 Wn=Mmax/fm= 1.07310613=82538.46mm3 已知：侧模板厚度为 55mm，内楞间距为 l 内=800mm。则内楞之间模板截面尺寸为 55mm800mm。 则：模板截面抵抗矩 W=bh2/6=8005526=403333.3mm3Wn 模板厚度符合要求。 按刚度要求计算 模板截面惯性矩 I=bh3/12=80055312=1109166.7mm4 扰度 w1=q 内 l 内 4/150EI= q 内 l 内 4/150EI=1.68w2=l 内/400=2，模板厚度符合要求。 3、外钢楞强度计算 10外钢楞为横向，选用两根8 的槽钢，间距为
17、 800mm。外钢楞在本模板工程中除了保持定型钢模板的连接整体性的作用以外，还承受固定其上的对拉螺栓的拉力。因此需进行强度计算。 已知外钢楞受螺栓拉力荷载为 q =49.67kN/m2 对拉杆间距：600mm800mm，则W=225300=50600mm3；I=21010000=2020000mm4 外钢楞计算最大弯矩 M=0.125ql2=0.12549.67kN/m2（0.8m）2 =3.9736kNm=3973600Nmm 外楞槽钢受弯强度 =MW= MW=78.53N/mm2f，外楞槽钢强度符合要求。 外楞不容许超过值 w1= l/250=3.2，外楞槽钢实际扰度值 w2=5q l外 4/384EI= 5q l 外 4/384EI=0.62w1，外楞槽钢扰度符合要求。 经计算，倒虹吸斜管段外侧模板工程采用以上配置，其外墙模板整体承压稳定性、外楞刚度及扰度等都能满足施工要求。 6 侧向变型控制支撑图 6、钢模台车使用及混凝土施工的注意事项 1、检查台车的构件是否按照设计加工制作，数量是否和设计相一致。2、检查钢轨是否符合要求。 3、台车拼装完成，应进行各项相关尺寸检查，符合要求验收合格后，
