观音阁水库输水工程取水头部竖井衬砌滑模设计及安装

(本溪市水利工程质量与安全监督站，辽宁 本溪 117000)

1 工程实例

“引观入本”工程，是通过建设取水头部、压力隧洞、消能电站、输水管线、无压隧洞及配水站等工程，将观音阁水库中的水资源以自流的方式引入到本溪市。

“引观入本”工程为大(2)型Ⅱ等工程。取水头部竖井由检修闸门井段和进口格栅段两部分组成，断面型式为长方形，竖井深62.20m。检修闸门井段分上中下三层取水，每层取水洞口位置设计有1道检修闸门。进口格栅段在高程213.50m处设计有一道宽80cm隔墙把进口格栅段分成两部分，在高程258.80m处设计有门库。取水头部竖井布置见下图。

取水头部竖井布置图(单位：mm)

a.检修闸门井段。高程204.00～220.00m为检修闸门井下室段，高16m，其中高程204.00～208.65m为下层取水口，断面净长3470mm，宽3000mm；高程220.00～236.00m为检修闸门井中室段，高16m，其中高程220.00～224.65m为中层取水口，断面净长7390mm，宽3000mm；高程236.00～266.20m为检修闸门井上室段，高30.20m，其中高程236.00～240.65m为上层取水口，断面净长11310mm，宽3000mm。检修闸门井段设计有6层支撑梁，支撑梁层高10m，梁高1000mm， 宽500mm。

b.进口格栅段。高程204.00～208.80m为进口格栅段出水口椭圆段，高4.8m；在高程213.50m设计有1根格栅梁，梁宽2400mm，高1000mm；在高程214.50～266.20m设计有1道宽800mm隔墙；在高程258.80～266.20m设计有1道门库。

2 滑模装置设计方案

由于观音阁水库输水工程取水头部竖井衬砌竖向结构变化较大，检修闸门井段滑模模体需要进行改造4次、停盘4次；进口格栅段滑模模体需要改造2次、停盘2次；每次停盘后提空模体，进行钢筋绑扎，依据绑扎后的钢筋尺寸改装模体。因此，滑模装置设计由混凝土模板、提升装置、滑模盘、液压系统、辅助系统组成。

2.1 混凝土模板

全套滑模模板采用5mm厚钢板制作，用∠50×5的角钢作为加劲肋同整体框架骨架焊接固定。模板高1.20m、锥度4mm(垂直方向上模板上口大于设计尺寸2mm，下口小于设计尺寸2mm)。

2.2 提升装置

提升装置由千斤顶、爬杆、提升架组成。选用“F”型提升架作为滑模的提升装置，用14a号槽钢和16mm厚钢板做加肋板、16mm厚钢板做平台板焊制。提升架两端设有φ48×3.5mm钢管爬杆，爬杆底部设17台千斤顶。

2.3 滑模盘

滑模盘分为操作盘和辅助盘。操作盘作为施工平台是模体的支撑构件，承受自重、工作人员、物料等荷载。为保证操作盘的强度和刚度，选用∠75×75×7、∠50×50×5角钢加工制作成复式框架梁,在框架梁上铺2.5mm厚网纹钢板作为操作平台。

辅助盘主要用于混凝土养护、修面及预埋件处理，采用钢木结构悬吊布置，用φ16钢筋，上铺30mm厚马道板，用φ20圆钢悬挂在桁架梁上，辅助盘距混凝土壁距离为150mm。

2.4 液压系统

液压系统由千斤顶、液压控制台、高压油管组成。选用HM-100型千斤顶,设计承载能力为10t，计算承载能力为5t，爬升行程为40mm。液压控制台为ZYXT-56型自动调平液压控制台。高压油管：主管选用φ16、支管选用φ8，利用直管接头和六通接头同控制台和千斤顶分组相连，全部千斤顶共分4组进行连接形成液压系统，由液压控制台统一进行同步控制。

2.5 辅助系统

辅助系统包括二期混凝土预埋处理和洒水养护、中心测量、水平控制测量等装置，洒水管滑升段采用φ25PVC塑料软管,在辅助盘上沿混凝土表面进行洒水养护，保持混凝土表面湿润。

3 滑模设计计算

3.1 滑升摩阻力

滑升摩阻力为

G1=kfs

式中k——附加影响系数，取k=2；

f——摩擦阻力，2kN/m2；

s——受摩擦力面积(按标准断面模板的表面积计)，s=L(长)H(高)=43.24×1.20=51.89m2。

代入数据得：G1=kfs=2×2×51.89=207.55kN。

3.2 滑模结构自重

检修闸门井上室滑模重量G2=138.5kN(实际模体图纸重量)。

3.3 施工荷载

施工荷载为

G3=(T1+T2+T3)K不均匀

式中T1——施工人员荷载，T1=20×0.75kN=15kN；

T2——设备荷载，T2=20kN；

T3——材料、工具荷载，T3=30kN；

K不均匀——不均匀系数，根据经验取1.3和2倍的动力荷载系数。

代入数据得：G3=(T1+T2+T3)×1.3×2=169kN。

3.4 支撑杆的荷载

支撑杆采用φ48×3.5mm钢管，允许承载能力计算公式为

P0=α(99.6-0.22L)/K安全[1]

式中P0——支撑杆的允许承载力；

α——工作条件系数(0.7～1.0),此次设计的属于一般整体式钢性平台，取0.7;

L——支撑杆长度，m，此次设计取60m；

K安全——安全系数，取值应不小于2，此次设计取2。

代入数据得：P0=0.7×(99.6-0.22×60)/2=30.24kN。

3.5 千斤顶数量

当支撑杆的允许承载力小于千斤顶的允许承载力时，按支撑杆的允许承载力计算数量。具体计算公式为

N=W/P0

式中W——总荷载，W=G1+G2+G3=207.55+138.5+169=515.05kN。

N=W/P0=515.05/30.24=17台。

代入数据得：此次设计共布置17台千斤顶满足施工要求。

4 滑模制作组装

4.1 试验编组千斤顶

要求千斤顶加压120kgf/cm2时在5min之内无渗漏；在行程40mm内进行空载爬升；加荷5tf进行负荷爬升；将行程相近的支撑杆压痕及行程大小相同的进行编组。为保证正常施工，需要设置一套备用千斤顶器材，主要备用排油弹簧、卡环、卡头、密封圈、钢珠等。

4.2 滑模调试

设置380V动力电源及3×35+2×10电缆保障模板滑升。现场对滑模组装进行多次检查，检查合格后,按照实际支撑点安装千斤顶及液压系统,插入爬杆后进行加固；一般滑升试验3～5个行程。滑升过程中检查液压控制系统是否全部合格、盘面及模板是否变形、提升系统有无卡阻现象并及时解决。

4.3 起滑面处理

起滑面处理应在滑模组装前对起滑位置进行混凝土面凿毛和冲洗工作。

4.4 测量放线

放线前清理作业面废料、混凝土碎渣等杂物，标出混凝土设计边线和门槽中心线。

4.5 滑模组装

利用启闭机将已加工好的滑模模板放至竖井底安装平台后进行组装，检验合格后，依次进行钢筋绑扎、千斤顶爬杆安装、模板封堵。

4.6 滑模偏差控制

根据安装基准数据，每个施工班组技术员根据竖井内设置的4根垂直线及模体的实际偏差进行校正。

滑模水平控制：每滑升40cm，用激光水平仪测量一次，进行水平检查，利用千斤顶的调平器进行水平控制。

4.7 滑模施工中常见问题及处理

常见问题：滑模盘平移、操作盘受力扭转、模板受力变形、混凝土表面出现蜂窝麻面、爬杆受力弯曲、操作盘微倾等。是由于荷载不均匀、混凝土浇筑不对称、纠偏处理不当所造成的。

纠偏处理：关闭1/4的千斤顶，剩余千斤顶滑升3～4行程，之后打开全部千斤顶滑升3～4行程，直至调整至设计要求。可根据情况施加外力给予纠偏。

爬杆变形处理：如遇爬杆一般弯曲，应采用斜支撑或加焊钢筋的方式，如遇弯曲超限，拆除爬杆重新焊装，加焊交叉斜支撑。

模板扭曲变形处理：竖井立面混凝土成型质量要求较高,一旦出现模板扭曲,会导致混凝土表面不平整,影响后期闸门安装，出现模板扭曲应直接调换更高强度模板。

竖井立面缺陷处理:对缺陷严重部位局部立模补膨胀混凝土，待强度等级达到80%时用砂轮磨平。

5 施工技术效果分析

观音阁水库输水工程取水头部竖井衬砌采用混凝土滑模施工技术，在原有常规衬砌的基础上提高了衬砌速度。施工过程中有效保证了混凝土质量，保证了从业人员的安全，施工后的竖井混凝土整洁、美观、无裂缝，由此证明，工程使用混凝土滑模工艺是科学合理的，可供其他同类工程参考借鉴。