小水电弯肘形尾水管模板的设计制作与安装

2016-10-27黄阳峰

小水电 2016年5期

关键词：圆柱面拱架圆环

黄阳峰

(东阳市水利水电设计院，浙江东阳322100)

小水电弯肘形尾水管模板的设计制作与安装

黄阳峰

(东阳市水利水电设计院，浙江东阳322100)

小型水电站立式机组多采用弯肘形尾水管，由于其形状复杂、尺寸大、制作安装精度要求高、施工难度大，因此其质量直接影响到水轮机的效率和稳定。针对小水电站工程施工队伍技术力量偏低的实际，通过工程实例，介绍了一种较为经济实用的弯肘形尾水管肘管段模板的设计制作与安装方法。图4幅，表1个。

小水电站；弯肘形尾水管；模板；设计制作

1　概　述

为充分利用水能、减少水轮机能量损失、节省厂房基础开挖量，小型水电站立式机组多采用弯肘形尾水管。由于弯肘形尾水管形状复杂、尺寸大、制作安装精度要求高、施工难度大，因此其施工质量直接影响到尾水管恢复系数高低、水轮机效率和稳定。小型水电站弯肘形尾水管型式及尺寸一般由水轮机制造厂家提供。弯肘形尾水管由直锥段、肘管(弯管)段和水平扩散段三部分组成，其中直锥段(正圆锥)、水平扩散段(矩形)均为简单几何图形，肘管段由圆环面、斜圆锥面、斜平面、水平圆柱面、垂直圆柱面、立平面、水平面(平台水平面、底板水平面)所组成，其形状复杂。如何制作模板，使浇筑的钢筋混凝土尾水管符合设计要求，下面以某径流式电站为例介绍弯肘形尾水管模板的设计制作与安装。

2　工程概况

某径流式电站装机容量4×250 kW，设计水头3.8 m，设计流量4×8.72 m3/s，立式机组，水轮机型号ZDT03—LH—140，采用弯肘形尾水管(见图1、图2、表1)。

3　设计制作

从前面弯肘形尾水管肘管段单线图可知，肘管段进口是圆形断面，经过各曲面的变化，出口为矩形断面。肘管段为多变的水工曲面，正确反映肘管段大小形状的是尾水管单线图1、图2和表1中的参数。根据本工程肘管段大小特点，尾水管扩散段与衬管段混凝土实行一次浇筑，尾水管底板与相邻机组间的尾水管隔墩混凝土先于尾水管段浇筑。为此在模板结构设计上，采取扩散段全段至肘管段平台以下立平面间采用60×5角钢骨架，角钢骨架以Y轴为对称做成可拆卸。以方形杉木枋条作辅材用木螺栓固定在角钢上，在上平面与立平面上以竹胶合板作面板材料，用钉子与杉木枋条固定。

3.1圆环面部分(Z=946.5～1 893 mm)模板的设计制作

3.1.1圆环面部分拱架设计制作

从图1可知，Z=946.5 mm以上部分有圆环面、斜圆锥面、斜平面、水平圆柱面及水平面，它们互为相交或相切，圆环面部分展开图并非平面；Z=946.5～1 893 mm段圆环面部分是整个肘形尾水管模板制作最为复杂的部分。小型水电站肘形尾水管尺寸相对较小，圆环面部分可用木拱架结构。在Z=946.5～1 893 mm间设6个水平拱架,从上到下拱架用编号1～6表示(见表1)。各拱架组合后，外围4层三合板作面板，每层厚3 mm。拱架外圈弧木板(厚度17 mm)尺寸就是由表1中高度Z对应的单线图尺寸减去三合板厚度确定。

表1　弯肘形尾水管衬管段木模水平拱架放样参数

注：表中表示水平高度为Z的截面的平面尺寸，每一个拱架上、下端面就是所在位置高度Z对应的截面。截面尺寸后标△的为内插计算参数,其余为肘管单线图中厂家提供的参数。

图1　弯肘形尾水管肘管段单线图

图2弯肘形尾水管肘管段水平截面图

下面以5号拱架制作为例进行说明。根据水轮机厂家提供的肘管单线图的几何关系列出X1、Y1、X2、Y2、X3、Y3、R1、R2、F的关于高度Z的方程(因篇幅所限略)，用Excel编成电子表格，求得不同Z值时的数值(见表1)。然后按5号拱架上下端面弧木板高度Z所对应的表1参数，按1∶1比例在硬质板(如三合板)上画出肘管截面轮廓样板图，制作出每个拱架上、下端面样板。

本工程拱架外圈弧木板采用成品δ=17 mm杉木板，相应拱圈上下面高差为17 mm，对应的高度为Z=1 136 mm(拱圈下)、Z=1 153 mm(拱圈上)。用样板在杉木板上下面划线(划线时保证X、Y轴重合)，划好的轮廓线就是肘管截面边线。从边线平移缩进面板厚12～21 mm的距离(按上下圈倾斜度不同，缩进尺寸也略为不同，大小在12～21 mm间，斜度大的如-Y方向为21 mm)。杉木板宽约12 cm，内用杉木枋条作桁架，桁架形成的拱圈内做1个以X、Y轴交点为中心、边长为1 m×1 m的正方形杉木枋条，各拱架上正方形尺寸及相应的X、Y轴位置相同。 6个拱圈制成后，用4根M16的螺栓(L=1 050 mm)在正方形拱圈四角钻孔插入，每根螺栓在每个拱圈上下侧分别配1副M16平垫和螺帽，用以调整拱架所在位置高程。拱架高程调整用带有毫米刻度的钢皮尺作标尺，放在拱架外圈的弧木板上，利用架在远处同一基准点的水准仪将6个拱架四周弧木板上端面的高度调整到表1中的Z数值。如尾水管底板平面高程为±0.000 m，则5号拱架弧木板上端面的高程为+1.153 mm。依此类推，将编号为1～6的拱架全部按表1所示的高度值Z调好，用螺栓连在一起。将6个拱架组合后的拱架台放在肘管段上平面Z=946.5 mm的平台上，X、Y轴对应重合，调水平后用钉子固定(见图3)。

图35号拱架制作示意

3.1.2圆环面部分安装面板

如前所述，圆环面上的水工曲面互为相交或相切连接。对于圆环面，其平面展开图为非平面，因此采用大块板或厚板都难以使肘管段模板达到厂家单线图所要求的形状尺寸。前面我们提到了面板采用3 mm厚三合板为材料，分4层逐层固定至拱架台上去。拱架台制作时拱架的外围弧木板就考虑了面板厚度及与拱架正交斜交厚度的影响。圆环面处用裁剪成3～10 cm宽的三合板逐层固定到拱架上去作为面板。其他曲面、平面可用相应展开图大小的三合板固定上去。每做一层在面板上涂刷木工胶水配合枪钉以方便固定下一层。4层三合板附上后，面板总厚度为12 mm，最后在面板内侧的拱架间隙用杉木枋条加密加固，面板强度已能满足混凝土浇筑时的强度要求(见图4)。

1～6-水平拱架；7～8-水平拱架(圆弧部分)；9-角钢(主架)；10-杉木枋；11-竹胶合板；12-剪刀撑；13-斜撑；14-杉木板；15-膨胀螺栓；16-三合板；17-肋板(水平圆柱面与垂直圆柱面相交段)；18-肋板(水平圆柱面与立平面相交段)；19-M16螺栓

图4弯肘形尾水管肘管段模板结构示意

3.2圆环面下部分(Z=0～946.5 mm)模板的设计制作

按图1、图4 所示，扩散段全段至肘管段平台以下B点立平面间采用60×5角钢骨架，以此为圆环下部分模板主支架。圆环面下部(Z=0～946.5 mm)曲面由水平圆柱面、垂直圆柱面、立平面、底平面所组成；其中Z=0～24 mm段由水平圆柱面、立平面、底平面构成。为便于底部混凝土浇筑密实及模板调整，Z=0～67 mm只做侧立面板，底部水平圆柱面模板不做，Z=0～155 mm段底部水平圆柱面段与整个尾水管底板先行浇筑。Z=67～247 mm段侧立面与底部水平圆柱面做成模板，底部水平圆柱用杉木板按图4中“18”的形状做成R=1 618 mm的圆弧肋板，肋板间用方形杉木枋条连在一起，Z=247～946.5 mm段的底部水平圆柱面按相同方法用方形杉木枋条将圆弧肋板连起来。在Z=473 mm、Z=663 mm两侧按表1在(Y1，X1)、(Y3，X3)间用杉木板做成R=1 085 mm圆弧肋板水平布置在两侧，构成垂直圆柱

面内支架。最后用枪钉将三合板逐层固定在圆弧肋板上，每层间用木工胶水涂刷1遍，以增加面板强度。

4　模板安装

按以上方法做成的弯肘形尾水管模板，经尺寸复核合格后，在三合板面板上刷两道桐油保护。在肘管段1号拱架上端面(Z=1 893 mm)画上X、Y轴，连同扩散段的上平面画上Y轴，然后安排吊车吊运至施工现场。

在尾水管模板就位前，先浇筑尾水管底板及Z=0～155 mm段的底部水平圆柱段与尾水管间隔墩，底板高程不能高于设计值，只可略低于设计高程。尾水管模板就位后调正模板高程，如底板高程不足时，可用放在模板底部角钢下的斜铁调整。肘管段X、Y轴需调至与机组X、Y轴一致，然后用膨胀螺栓在角钢底部、图4所示的肘管段水平圆柱底部与基础底板混凝土固定，并同时进行高程、水平复核，至此就完成了尾水管模板的安装。