穿行式承重支撑系统在杨房沟水电站导流隧洞施工中的运用

2017-04-25刘明生，王鹏，余勇辉

四川水力发电 2017年2期

关键词：中墩闸室工字钢

刘明生，王鹏，余勇辉

(中国水利水电第七工程局有限公司第一分局，四川彭山 620860)

穿行式承重支撑系统在杨房沟水电站导流隧洞施工中的运用

刘明生，王鹏，余勇辉

(中国水利水电第七工程局有限公司第一分局，四川彭山 620860)

在水电站导流隧洞进口复杂结构部位，如何安全、经济地选择适宜的承重支撑施工方法，使其既能满足下部过车交通运输要求，又能达到保证施工质量、减少施工工作量、降低投资、加快施工进度的效果，对工程的整体效益就显得极为重要。以杨房沟水电站导流隧洞进口渐变段、闸室三维曲面龙抬头结构体施工为例，从方案比较、系统设计、施工过程控制以及施工效果等方面进行了详细阐述，着重对穿行式承重支撑系统进行了介绍，所取得的经验对类似承重支撑结构系统施工具有一定的参考意义。

导流洞；渐变段；中墩；穿行式承重支撑；杨房沟水电站

1 工程概述

杨房沟水电站工程设置两条导流隧洞，均布置在右岸。两条导流隧洞进口高程均为1 985 m，出口高程均为1 981 m，城门洞型，过流断面均为13 m×16 m(宽×高)。两条导流隧洞平行布置，中心距45 m，1#导流隧洞靠江侧，长716.04 m，2#导流隧洞靠山侧，长831.56 m，导流隧洞全断面采用钢筋混凝土结构。两条导流隧洞进口均布置了封堵闸门及进水口，每条导流隧洞闸室及渐变段由中墩将结构分为左右两孔6.5 m×16 m的过流断面。

杨房沟水电站导流隧洞衬砌施工仅有位于进口和中部的3#施工支洞下岔洞作为施工交通通道，在导流隧洞进口施工时，必须保证从进口至导流隧洞洞身的交通通畅。导流隧洞进口闸室、渐变段如何选择合理的承重支撑施工技术是保证导流隧洞施工安全、施工质量，提高施工速度、节约投资的关键。

2 施工方案的选择

2.1 结构设计情况

杨房沟水电站导流隧洞进口桩号0+000～0-18为闸室，拱顶部位的浇筑厚度为1.5 m；桩号0+000～0+36为渐变段，长36 m，拱顶部位的浇筑厚度为2.5 m；桩号0+000～0+18.97部位设置中墩，0+18.97～0+36位置无中墩，无中墩部位纵横向跨度较大，混凝土浇筑方量大，施工难度以及风险较高，导流隧洞进口渐变段及闸室设计结构见图1、2。

图1 渐变段有中墩部位结构示意图(单位：cm)

2.2 所选择的施工方案

方案(1)。采用落地式脚手架承重支撑结构系统，模板采用P3015和P1015散装组合钢模板，纵环向围檩采用φ48×3.5 mm钢管脚手架与φ12拉杆形成支撑系统结构，局部辅以木模板补缝。

方案(2)。采用穿行式脚手架承重支撑结构系统，通过承重脚手架将渐变段拱部承受混凝土的重力传递至已预埋的工字钢横梁上, 纵环向围檩采用φ48×3.5 mm钢管脚手架与φ12拉杆形成支撑系统。顶部模板一般采用3块P3015配1块P1015散装钢模板进行组合(局部采用木模板)。

图2 进口闸室部位结构示意图(单位：cm)

方案(3)。采用贝雷片式承重支撑结构系统，通过承重脚手架将渐变段拱部承受混凝土的重力传递至贝雷片横梁上, 纵环向围檩采用φ48×3.5 mm钢管脚手架与φ12拉杆形成支撑系统。顶部模板一般采用3块P3015配1块P1015散装钢模板进行组合(局部采用木模板)。

2.3 施工方案的比较与选择

采用方案(1)的优点是：所有承重系统均落在已浇筑混凝土的底板上；节约其它辅助材料，减少工字钢和其它钢材的焊接工程量，钢管脚手架可采用租赁的方式进行采购，使用完成后可以回收。缺点是：因导流隧洞进口渐变段及闸室净空断面面积较大，需要耗费大量的钢管脚手架，同时占用施工场地，影响导流隧洞进口交通通行以及施工进度。

采用方案(2)的优点是：所有承重系统均在已搭设的工字钢横梁上进行，工字钢横梁底部净空预留行车通道，可减少并缓解交通压力；另外，可以通过调整工字钢横梁的架设高程，减少钢管脚手架的有效搭设高度，减少钢管脚手架的耗用量，拆除安全快捷；拆除后的工字钢及架管可以回收利用，可以节约成本，减少工程耗材。缺点是：型钢的使用量较大，在对工字钢及钢材的焊接和组合加工时，需动用汽车吊等吊装设备才能完成。

采用方案(3)的优点是：所有承重系统均在已搭设的贝雷片横梁上进行，利用贝雷片的大跨度承载能力来承受上部混凝土传递的施工荷载；贝雷片横梁底部预留行车通道，可减少并缓解交通压力，减少施工干扰；贝雷片的安装和拆除只需要通过销钉来完成，从而减少了焊接工程量；贝雷片可以采用租赁的方式进行采购，施工完成后，可回收利用，节约成本，减少工程耗材。缺点是：安装和拆除贝雷片横梁时，需动用汽车吊等吊装设备才能完成；因贝雷片横梁的架设、安装和拆除需在导流隧洞洞内(导流隧洞渐变段及闸室用于吊车施工的空间及范围相对狭小)进行，施工难度极大，安全风险高。

经过对上述3个方案进行比较后决定，采用方案(2)施工更安全、快速、经济性好，质量控制更有保障，故最终决定采用穿行式脚手架承重支撑系统方案进行施工。

3 方案的设计及施工

3.1 穿行式脚手架承重支撑系统方案设计

针对导流隧洞渐变段及闸室的工程结构特点，两侧边墙混凝土浇筑分层高度按450 cm施工，中墩混凝土分层浇筑高度按400 cm施工。穿行式承重脚手架支撑系统采用在两侧边墙1 991.7 m高程处预埋Ⅰ20工字钢(预埋在混凝土内60 cm，外漏30 cm，埋入混凝土的部分采用3根φ25钢筋锚固，间距15 cm，工字钢顺水流方向间距为75 cm)；有中墩的部位采用在两侧边墙和中墩1 994.2 m高程处预埋一根通长Ⅰ20a的工字钢(两端预埋在混凝土内60 cm，长度7.7 m，顺水流方向间距为75 cm，埋入混凝土的部分同样采用3根φ25钢筋进行锚固，间距为15 cm)。通过在已埋设的工字钢和横梁之间设置Ⅰ18工字钢作为八字斜撑并在斜撑部位设置一道拉筋(选用∠63×40×4角钢)，可使工字钢、横梁、斜撑和拉筋形成稳固的支撑系统。

导流隧洞进口闸室段采用同样的方法施工，在两侧边墙高程1 991.7 m和1 994.2 m部位预埋了Ⅰ20工字钢(埋入混凝土内60 cm，外漏30 cm，沿水流方向间距为75 cm，其中埋入混凝土的部分采用3根φ25钢筋进行锚固，间距15 cm)，在高程1 994.2 m处纵向并排布置了2根Ⅰ20工字钢纵梁并在纵梁两端设置了Ⅰ20工字钢横梁作为支撑；在预埋的工字钢和横梁支撑上设置了Ⅰ18工字钢斜撑和6.3/4角钢拉筋形成结构受力支撑系统。在闸室墩头4.5 m部位采用Ⅰ18工字钢立柱桁架作为支撑系统。

在已埋设的工字钢和横梁之间设置Ⅰ18工字钢作为八字斜撑并在斜撑部位设置了一道拉筋(选用6.3/4角钢)，从而使工字钢、横梁、斜撑和拉筋形成稳固的支撑系统。方案设计情况见图3、4。

图3 有中墩渐变段部位穿行式结构支撑系统示意图

图4 闸室龙抬头段穿行式结构支撑系统示意图

3.2 穿行式承重脚手架结构支撑系统的计算

根据设计图对Ⅰ20工字钢、Ⅰ18工字钢斜撑、6.3/4角钢拉筋、Ⅰ18工字钢立柱、模板、围檩等结构件按规范进行了结构受力分析与强度、刚度、扰度、抗弯、抗剪等应力计算，应力计算时取最不利工况进行计算，同时利用人民交通出版社出版的、由周水兴主编的《路桥施工计算手册》进行结构力学计算校核，各种结构件的理论计算均满足设计规范及施工规范要求。

3.3 穿行式承重脚手架结构支撑系统施工方法

(1)首先，在导流隧洞渐变段及闸室两侧边墙部位按设计图纸等间排距预埋了Ⅰ20工字钢和横梁，无中墩部位设置了2根并排的Ⅰ18工字钢立柱。闸室墩头4.5 m部位采用Ⅰ18工字钢立柱桁架作为支撑系统。

(2)待两侧边墙混凝土浇筑完成且有一定强度时(至少3 d强度)，即可在预埋的工字钢和横梁之间焊接Ⅰ18工字钢立柱斜撑和6.3/4角钢拉筋，纵向间距为75 cm，并在其上作施工平台。焊缝宽度、长度、厚度均按设计要求进行，经检查验收合格后方可进行下一工序作业(图5)。

图5 工字钢横梁施工示意图

(3)无中墩部位采用Ⅰ18工字钢立柱(沿水流方向纵向间距为75 cm)，立柱之间横向采用6.3/4角钢焊接成整体(2 m一道)，纵向沿水流方向采用φ25钢筋进行加固。

(4)待预埋工字钢和工字钢横梁支撑系统焊接完成后，施工人员系上安全带，在操作平台上采用5 cm厚木板、竹跳板和安全网等进行安全防护。

(5)安全防护搭设完成并经检查验收合格后开始按设计要求在Ⅰ20a工字钢横梁上进行φ48×3.5 mm钢管脚手架的搭设，沿水流方向间距为75 cm，横向间距为50 cm，步距120 cm，环向和纵向围檩均采用φ48×3.5 mm钢管脚手架(围檩由工程部按设计图纸下料后交给综合队进行加工制作),详见图6；脚手架搭设完成后安装环向和纵向水平围檩、模板安装以及焊接拉杆等作业，测量人员对模板校正加固后进行下一道工序施工。

(6)导流隧洞渐变段及闸室模板安装完成并经检查合格后开始按设计图要求进行该部位钢筋的安装。经验收合格后，最后进行混凝土浇筑。