三峡地下电站引水隧洞双曲面钢模台车变形研究

2011-06-12廖湘辉

水力发电 2011年7期

廖湘辉，余健，章成，万刚，刘欢

（1.三峡大学机械与材料学院，湖北宜昌 443002；2.特变电工衡阳变压器有限公司，湖南衡阳 421007）

0 引言

双曲面钢模台车已经在三峡地下电站引水隧洞衬砌施工中成功运用文献[1，2]。双曲面钢模台车在施工过程中空间受力复杂，每个工序下的载荷情况不同。因此，运用理论分析计算与施工现场变形测量相结合的方法对双曲面钢模台车的变形进行研究，了解其变形量，变形发展趋势和规律，做出质量和安全评判，对保证高质量地完成混凝土衬砌施工和完善钢模台车的设计和施工有重要意义。

1 测试方案

双曲面钢模台车由模板系统、门架、支撑系统、液压系统、行走装置、防倾覆装置等组成。模板系统由两侧边模和顶模组成，顶模与边模之间铰连接[2]。

为了在上弯段这一复杂空间结构和施工工况中精确地测量模板的变形，采用徕卡TCR702型红外线激光全站型电子速测仪（Electronic Total Station）对钢模台车变形进行测量。测量时将钢模台车顺水流方向分成3～7个剖面，每个剖面测量7个点。本文分析的数据尽量选取变形较大的区域，因此选择上游模板端面的7个点的测量数据进行分析（见图1）。7个点分别为上游面边模的底角、边模截面中点、顶模横截面中点、顶模和边模铰接处，并在7个点上粘贴标志作为照准目标。

图1 模板测量点布置示意

双曲面钢模台车在每个浇筑工序下空间受力都不相同，因此，按照上弯段混凝土衬砌施工进度，分别测量出双曲面钢模台车在上弯段6个分段，即O、P、Q、R、S、T 6个浇筑工序（见图2）下的就位初始值以及浇筑完成时的测量值，然后计算得出双曲面钢模台车模板在施工过程中变形值。

图2 双曲面钢模台车浇筑工序示意

2 测量数据

由于第一仓（0仓）是对双曲钢模台车的实验仓，因此未做变形测量实验，这里只给出第二仓（P仓）的测量数据（见表1和表2）。

表1 第二仓钢模台车就位验收数据

双曲面钢模台车验收完成后，开始进行上弯段第一仓混凝土浇筑，经过5 h的浇筑后，发现靠下游断面部分边模漏浆，立即停止泵送混凝土，对钢模台车边模下游侧底角进行了加固，并对后续的5仓浇筑过程中的双曲钢模台车的变形进行了测量（所有的测量数据均为相对三峡工程基点的相对坐标值）。

表2 第二仓上游模板测量数据

3 数据结果分析

根据双曲面钢模台车每仓的就位验收数据及上游断面混凝土形体测量值，计算出双曲面钢模台车在每仓就位浇筑完成后模板上游端面的变形值[3]（见表3）。由于测点1和7、2和6、3和5对称，因此处理时取它们的平均变形，这样可以减小偶然误差。

表3 结构改进后变形测量结果 mm

由表3数据分析可得：

（1）双曲面钢模台车模板的对称位置实测变形值有所偏差，这是因为在实际浇筑过程中，两侧泵送混凝土的速度不能完全达到一致的缘故。

（2）模板在每仓浇筑过程中，最大变形值出现在边模下端（点1和点7），其次是边模与顶模连接处（点3和点5），并且沿顺水流方向增大。

（3）在整体施工过程中，因为每个不同浇筑位置台车的空间受力都发生了变化，沿着水流方向，也就是双曲面钢模台车与竖直方向的夹角增大时，模板的变形也随之变大。

（4）有个别的点测量数据未遵守上述规律，是因为隧洞开挖施工中，有的地方超欠挖所致。

（5）由双曲面钢模台车的现场变形测量数据可以看出，三峡地下电站上导洞采用双曲面钢模台车进行浇筑施工后的成形面质量较高，进而可以肯定双曲面钢模台车的设计及改进结构合理。

4 有限元仿真结果和测量值的对比与分析

利用ANSYS软件，针对不同工况条件建立双曲面钢模台车运行仿真模型[4]，分析了双曲面结构在各浇筑工序下的变形情况。以双曲面钢模台车在上弯段第二仓（P仓）的浇注工序为例，提取有限元分析中对应7个测量点的变形值，与施工现场模板实测变形值进行了对比分析（见表4）。由表4看出，现场实测值与理论计算的结果吻合较好[5]，现场实测结果与计算值偏差都小于5 mm，实测值比计算值大30%以下。这有两方面原因：一是计算的载荷是平均载荷，施工过程中有突变因数增大了局部载荷；二是因为现场实测值包括现场操作及在双曲面钢模台车制造中的拼装、焊接，螺栓连接等因素，而这些因素不包含在理论计算的考虑范围内。