锦屏二级水电站闸门井弹性滑模施工技术

2016-03-23华天波廖文潇李洪涛四川大学水利水电学院成都60065中国水利水电第五工程局有限公司成都60066

中国农村水利水电 2016年10期

关键词：调压室爬杆模体

华天波，高尚，廖文潇，梁涛，李洪涛(. 四川大学水利水电学院，成都 60065；. 中国水利水电第五工程局有限公司，成都 60066)

在水利工程施工中，因设计及金属安装施工需要，闸敦、闸门井等结构的门槽需要进行二期混凝土施工，因其浇筑方量不大，常规的施工方式主要依托脚手架+组合模板+泵送的方式进行[1]，在施工中存在以下问题。

(1)滑模结构固定，在运行过程中极易因结构体型的微变出现卡模而多次停仓调整，施工较为繁琐，施工质量差。

(2)泵送入仓方式反复拆、接、倒泵管，施工成本高、进度缓慢。

(3)脚手架搭拆与混凝土浇筑高空交叉作业，人员上下困难，施工安全性差。

以上问题在大断面高深度闸门井施工中体现得尤为突出。针对以上情况，以锦屏二级水电站上游调压室闸门井门槽二期混凝土浇筑为依托，进行技术研究、创新，研究采用液压弹性滑模+防分离溜管进行门槽二期施工，促进了工程快速安全优质完建。

锦屏二级水电站位于雅砻江干流锦屏大河弯上，地处我国西南部四川省凉山彝族自治州，利用锦屏大河弯的天然落差截弯取直、引水发电[2]。水电站布置有4条引水隧洞，其末端各设有一座上游调压室，调压室结构为差动式，“一洞一室两机”布置形式。每座调压室主要由顶板、阻抗孔、调压室竖井、上室以及与事故闸门布置有关的闸墩、闸门检修和启闭平台、通气孔等结构组成[3]。每座调压室均对应设有2个闸门井，根据设计资料可得：闸门井底部起始高程为EL.1 564.7 m，顶部高程为EL.1 680.0 m，总体深度达115.3 m，2个闸门井衬砌后尺寸为长×宽=7.8 m×3.3～5.7 m，为大断面高深度闸门井。图1为闸门井平面结构图。

图1 闸门井平面结构Fig.1 Structure plane sketch of gate shaft

1 门槽二期混凝土弹性滑模设计

1.1 设计思路

根据门槽结构体型，滑模体设计采用液压整体滑升模板，滑模装配构成为：模板、液压系统、提升系统、滑模盘、辅助系统等，滑模整体采用钢结构设计，以保证门槽施工质量。滑模采用ZYXT-36型自动调平液压控制台作为滑升动力装置，滑升千斤顶选用3 t千斤顶。滑模装置设计思路如下。

(1)滑模采用整体钢结构设计，各独立模体通过“F”形架连接为一个整体，以保证整体稳定性。通过液压自动调平控制台进行滑模控制，配套使用3 t千斤顶进行滑升。

(2)利用导向滑轮沿门槽轨道上升控制模体运行偏差。

1.2 各结构设计

1.2.1模板、围圈

门槽整体滑模模板采用定型模板制作，同桁架梁骨架相连以固定。滑模模板高度为1.5 m，锥度按不超过5.0 mm要求控制。通过“F”形提升架将2组独立的模体相连成一个整体结构，以保证滑模整体重量和稳定性，确保滑模体各向均匀滑升。二期门槽弹性滑模整体各方向示意图见图2～图4。

图2 滑模体平面示意图(单位：cm)Fig.2 Schematic plan of elastic slip-form

图3 滑模体侧立面图(单位：cm)Fig.3 Side elevation of elastic slip-form

图4 滑模体正立面图(单位：cm)Fig.4 Front elevation of elastic slip-form

1.2.2提升系统

滑模提升系统的钢结构制作部分为提升架，通过安装在顶部的千斤顶支撑在爬杆上，主要用途为支撑模体，为滑模与混凝土间的联系构件[4]。整个滑升荷载通过提升架传递给爬杆，爬杆采用Φ25 mm的钢筋制作而成，通过内外车丝连接，爬杆顶部焊接在EL.1 675.0 m溢流堰牛腿浇筑时已布置好的型钢上。爬杆为外挂式，爬杆受拉，在井口布置型钢锁定爬杆，以周转使用，爬杆接头极限拉力经试验检测为6.2 t。根据规范要求，滑模爬杆在同一水平面内接头长度不得超过1/4[5]，因此第1套爬杆设计采用4种长度规格，分别为2.8、3.2、3.6、4.0 m，不同长度的爬杆错开布置，要求爬杆平整且无锈皮。滑模正常滑升时，每根爬杆设计长度为3.0 m，当千斤顶滑升至距爬杆顶部小于350 mm处时，应接长爬杆，对齐接头，不平处用角磨机切割磨平，以保证滑升连续。提升系统制作见图5。

图5 滑模提升系统Fig.5 Slip-form hoisting system

根据闸门井门槽施工的实际情况，每个门槽布置3台千斤顶。根据设计资料计算可得，全套模体自重12 t，12个“F”形架通过12台千斤顶与操作平台桁架连接成一体，利用千斤顶向上的牵引力将整个滑模盘向上提升，整个液压系统布置在滑模桁架上。同时，为避免滑模体在施工过程中出现偏移，在滑模桁架上根据门轨的位置布置导向滑轮，保证滑模体沿门轨走向滑升。

1.2.3液压系统

滑模采用ZYXT-36型自动调平液压控制台作为滑升动力装置，滑升千斤顶选用3 t千斤顶。高压油管选用Φ16 mm钢管作为主管，Φ8 mm钢管作为支管，控制台和千斤顶通过直管接头和六通接头分组相连形成液压系统。

1.2.4滑模盘

门槽滑模盘分为操作盘和辅助盘[6]。操作盘是滑模的主要结构，承受工作、物料等荷载，为施工的操作平台，同时又是模体的支撑构件[7]。在本工程中，为保证结构的强度和整体稳定性，操作盘采用桁架钢结构制作。考虑到在混凝土施工过程中，滑模侧向和垂直向受力较大，为保证滑模操作盘的强度和刚度，选用∠100、∠75角钢加工制作成整体桁架梁，并在桁架梁上铺以3 cm厚的木板形成操作平台，见图6。

图6 滑模盘桁架Fig.6 Truss of sliding plate

辅助盘是进行混凝土养护、修面及预埋件处理的工作平台[8]。在本工程闸门井内布置一套钢结构悬吊辅助盘，高度为1.5 m，距井壁距离150 mm，由∠75×6 mm角钢和∠50×5 mm角钢焊制而成。辅助盘上铺以3 cm厚的木板，用Φ20 mm的圆钢将木板悬挂在桁架梁上。辅助盘结构平面示意图见图7。

图7 辅助盘结构平面示意图(单位：cm)Fig.7 Structure plane sketch of bracket panel in slip-form

1.2.5修面盘

修面盘布置在滑模盘下部，通过Φ28 mm的钢筋制作，盘高1.5 m，用于滑升过程中混凝土表面缺陷的修补等施工，外侧布置防护栏杆，上铺3 cm厚木板形成操作平台。

1.3 自动伸缩模板的设计

本次设计的关键在于液压滑模自动伸缩模板的设计，受闸门井一期滑模混凝土浇筑过程中偏移或旋转等的影响，闸门井一期混凝土浇筑完成后，其结构体型始终在不断变化，因此，二期门槽滑模模板的结构尺寸也需根据断面变化进行相应的调整，以避免滑升过程中出现卡模现象，导致滑模无法正常滑升、甚至停滑。同时，若在滑升中人工采用丝杆对其调节，操作极为不便，且操作过程中极易出现漏浆、跑模等问题。为此，该处从活动门窗获得启发，在与井壁交接处，利用弹簧固定一块可活动模板，通过弹簧受压后的回弹力将模板顶紧，且在滑模滑升过程中，弹簧带动可活动模板进行自动调节。可自动调节模板结构如图8所示。

图8 自动调节模板结构(单位：cm)Fig.8 Structure chart of self-regulation formwork

1.4 混凝土溜送系统

在混凝土入仓手段上，摒弃常规的混凝土泵送入仓方式，减少泵管架子的搭拆及资源的投入，直接采用溜送入仓的方式进行施工。采用溜送入仓，关键解决混凝土的分离问题，为此，在实施过程中，对溜送系统进行了专门的设置。实施中，为便于罐车下料，溜管受料口直接布置在EL. 1 696.5 m启闭机平台上，通过2根I32a的工字钢承载，每节溜管通过2根Φ21.5 mm的钢丝绳固定在承重型钢上，随滑模上升，溜管采用25 t汽车吊从溜管口分节拆除。溜送系统只在末端布置一道防分离器，其基本结构见图9，溜送系统实物图见图10。

图9 溜送混凝土缓降器结构(单位：cm)Fig.9 Structure chart of slow descent enginery for concrete feeding

图10 溜送系统Fig.10 Concrete feeding system

2 门槽二期混凝土弹性滑模施工

根据滑模设计和闸门井结构计算，在弹性滑模施工中布置千斤顶 12台，支撑杆12根，设计提升力为36 t。考虑千斤顶的效率(0.75)，滑模整体提升力为27 t，而实际滑模结构自重、施工荷载及摩擦力总计为15 t左右，可知弹性滑模设计满足施工要求。

2.1 滑模井下组装

施工前先用12 t汽车吊将材料吊运至EL. 1 680.0 m平台(门轨安装施工布置在EL. 1 680.0 m平台上)，之后利用5 t卷扬机提升材料，将滑模体组装材料分块下放至井内EL. 1 583.4 m脚手架平台上进行组装。滑模体组装完毕验收之后，进行爬杆、千斤顶的安装及调试。在门槽二期混凝土施工完成之后，先利用预先布置的悬挂钢丝绳悬挂固定平台，再依次拆除滑模平台桁架、爬杆及千斤顶，完成滑模拆除。

2.2 施工工艺

图11为滑模施工工艺流程。

图11 滑模施工工艺流程Fig.11 Construction process of slip-form

混凝土初次浇筑和模板初次滑升按图12所示步骤进行(每层混凝土浇筑30 cm)。

图12 混凝土初次浇筑与滑升步骤Fig.12 Process of concrete first casting and slipping

2.3 滑升控制

弹性滑模滑升过程的基本要求：初滑-正常滑升-末滑[9]。

在滑升过程中，操作平台应保持水平，并及时对门轨进行复测和校核，以减小导向滑轮沿门轨上升带来的滑模偏差。滑升中还应注意控制2个偏差：①各千斤顶的相互差不得大于40 mm；②相邻2个提升架上千斤顶的升差不得大于20 mm[10]。在锦屏二级水电站闸门井施工过程中，按照以上要求进行严格的滑升控制，取得了良好的施工效果，见图13。