闸门井门槽二期混凝土悬挂式自适应滑模施工技术

2017-11-15，

四川水利 2017年5期

关键词：爬杆调压室模体

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(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

闸门井门槽二期混凝土悬挂式自适应滑模施工技术

袁幸朝，张黎

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

在锦屏二级水电站调压室闸门井门槽二期混凝土施工中，针对传统结构固定滑模易出现卡模导致停仓调整、投入资源较多、施工进度缓慢、安全性差及质量无法保证等问题，研究采用自主设计悬挂式自适应滑模施工，提高了工程施工效率、质量和安全性，解决了高深度闸门井门槽二期混凝土施工难题，在深井混凝土衬砌施工中具有较高的推广应用价值。

调压室闸门井悬挂式自适应滑模门槽二期混凝土施工技术

1 前言

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。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”布置型式。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。锦屏二级上游调压室为目前世界最大的调压室洞室群。

每座调压室均对应设有两个闸门井。闸门井底部起始高程1564.7m，顶部高程1680m，总体深度115.3m，其中高程1564.7m～1583.4m(18.7m)段与高程1677m～1680m(3m)牛腿段二期混凝土存在渐变，厚度由70cm过渡到190cm；给滑模施工带来了极大的不便，因此该段采用搭设落地式脚手架及组合钢模进行浇筑(牛腿段直接利用滑模作为平台搭设脚手架)，闸门井高程1583.4m～1677m段(共93.6m)设计结构断面保持不变，但在一期混凝土浇筑时，因闸门井滑模滑升过程中存在偏移，其浇筑完成后，闸门井结构断面因滑模偏移相比设计断面存在结构尺寸偏差，从而影响二期混凝土浇筑结构尺寸。针对以上问题，依托工程进行技术研究、创新，自行设计、制作了悬挂式自适应液压滑模，解决了高深度闸门井门槽二期混凝土衬砌施工难题，形成了门槽二期混凝土液压滑模快速施工新技术，快速、高质量地完成了闸门井二期混凝土浇筑施工。

2 门槽二期混凝土悬挂式自适应滑模结构

2.1 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。滑模的滑升是由空心式千斤顶带动滑模体沿爬杆往上爬升来完成，采用ZYXT-36型自动调平液压控制台作为滑升动力装置，千斤顶选用3t千斤顶。滑模装置设计思路如下：

(1)操作盘和辅助盘均由角钢焊接而成，组装时先将操作盘和辅助盘依次吊入井底，再将辅助盘和操作盘先通过螺栓连接，完成后为加强两者之间的刚度和强度，在其顶部用焊制的矩形槽钢将两者焊接为一体；

(2)滑模体采用整体钢结构设计，各独立模体通过“F”型架连接为一个整体，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，每根爬杆配套使用3t千斤顶进行滑升；

(3)在滑模体的下部加设修面盘，方便施工人员对已浇混凝土进行表面修补、检查及养护，提高混凝土浇筑完成之后的成型质量；

(4)为避免浇筑混凝土时滑模体因水平面上受力不均而发生整体转动，考虑添加导向滑轮，导向滑轮沿门槽轨道上升既可以控制滑模体的运行偏差，同时又可以防止施工过程中滑模体在水平面上的转动。

2.2 悬挂式自适应滑模结构

2.2.1 模板

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1.5m，锥度按不超过5mm要求控制。通过“F”型提升架将两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1～图3。

图1 滑模体俯视图(单位：cm)

图2 滑模体左视图(单位：cm)

图3 滑模体正视图(单位：cm)

2.2.2 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。整个滑升荷载通过提升架传递给爬杆，爬杆采用φ25mm的钢筋制作而成，通过内外车丝连接，爬杆顶部焊接在高程1675m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6.2t。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，因此第一套爬杆设计采用4种长度规格，分别为2.8m、3.2m、3.6m、4.0m，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3m，当千斤顶滑升至距爬杆顶部小于350mm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。

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12t，12个“F”型架通过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。

2.2.3 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3t千斤顶。高压油管选用φ16mm钢管作为主管，φ8mm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。

2.2.4 滑模盘

门槽滑模盘分为操作盘和辅助盘。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。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∠100mm、∠75mm角钢加工制作成整体桁架梁，并在桁架梁上铺以3cm厚的木板形成操作平台。

辅助盘高度为1.5m，宽1m，是进行混凝土养护、修面、一期混凝土缺陷处理及爬杆拆卸收集的工作平台，采用钢结构悬吊布置，采用∠70mm和∠50mm角钢焊制，上铺3cm厚木板，用φ20mm圆钢悬挂在桁架梁上，辅助盘距井壁距离为150mm，人员上下可通过拼装在滑模中间的空间焊接爬梯进行。

2.2.5 修面盘

修面盘布置在滑模盘下部，通过φ28mm的钢筋制作，盘高1.5m，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3cm厚木板形成操作平台。修面盘结构平面示意如图4。

图4 修面盘结构平面示意(单位：cm)

2.3 自动伸缩模板的设计

悬挂式自适应滑模结构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，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适应调节。自适应模板结构如图5。

图5 自适应模板结构(单位：cm)

3 门槽二期混凝土悬挂式自适应滑模施工

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

3.1 井下滑模组装

施工前先用12t汽车吊将材料吊运至高程1680m平台(门轨安装施工布置在高程1680.0m平台上)，之后利用5t卷扬机提升材料，将滑模体组装材料分块下放至井内高程1583.4m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。

3.2 井内悬吊系统形成

利用卷扬机提升完成井内下料管的安装。

施工现场需敷设一趟3×25+1×10电缆，提供380V电源，为确保滑模施工顺利进行，不发生混凝土粘模事故，在滑模体上布置备用蓄电池照明系统。

在下料口布置斜溜槽溜至下料钢管，混凝土由下料溜管通过缓冲器避免分离，仓内通过受料斗+溜槽入仓，为避免滑模偏移，下料做到对称、均匀下料。

3.3 施工工艺

滑模施工按以下顺序进行：下料→平仓振捣→待凝→滑升→下料。滑模滑升要求对称均匀下料，滑模混凝土要求塌落度140mm～180mm，正常施工按分层50cm一层进行，采用插入式振捣器振捣，经常变换振捣方向，并避免直接振动爬杆及模板，振捣器插入深度不得超过下层混凝土内50mm，模板滑升时停止振捣。滑模正常滑升根据施工现场混凝土初凝、混凝土供料、施工配合等具体情况确定合理的滑升速度，按分层浇筑间隔时间不超过允许间隔时间。正常滑升每次间隔按1h左右，控制滑升高度50m，日滑升高度可达8m～10m。

混凝土初次浇筑和模板初次滑升应严格按以下步骤进行：第一次浇筑5cm砂浆，接着按分层50cm浇筑两层，厚度达到100cm时，开始滑升3cm～5cm，检查脱模的混凝土凝固是否合适，第三层(30cm)浇筑后滑升15cm，继续浇筑第四层(30cm)，滑升30cm～40cm，第六层(30cm)浇筑后滑50cm，若无异常情况，便可进行正常浇筑和滑升(浇筑50cm，滑升50cm)。

3.4 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。

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两个偏差：各千斤顶的相互差不得大于40mm；相邻两个提升架上千斤顶的升差不得大于20mm。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。