水电站竖井滑模设计工艺优化的探索
2018-10-08童平
童 平
（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明650032）
1 工程概述
黄登水电站引水竖井标准段高度35.7 m，衬砌后内径10 m，衬砌厚度0.8 m。出线竖井浇筑高度180 m，衬砌厚度0.8 m，衬砌后的内径为8.5 m。根据黄登水电站竖井施工进度要求先进行引水竖井标准段（直径∅10 m）后进行出线竖井（直径∅8.5 m）施工。为降低成本，提高效率，需使竖井滑模同时满足∅10 m、∅8.5 m竖井的混凝土浇筑要求。
2 滑模结构及工作原理
2.1 滑模结构
竖井滑模可分为整体竖井滑模和辐射梁式竖井滑模，在本项目中为保证滑模同时满足∅10 m、∅8.5 m竖井的混凝土浇筑要求，滑模采用辐射梁结构形式，其主要由抹面平台、模板组、提升架、辐射梁、滑模提升油缸、限位器、旋转布料机构、分料平台组成，具体见表1。滑模结构见图1、图2。
表1
图1 滑模剖视图
图2 滑模俯视图
2.2 滑模工作原理
图2 滑模设置18组辐射梁，每组辐射梁连接提升架，模板组挂设在提升架上，提升架顶部设置滑模提升油缸，油缸由泵站系统控制沿着爬杆向上攀升从而实现对竖井混凝土浇筑的要求。混凝土浇筑根据模板的设计高度进行分仓，每浇筑一仓则向上爬升一仓。
3 可变径滑模的结构设计
根据现场施工顺序先进行引水竖井∅10 m浇筑再进行出线竖井∅8.5 m浇筑。滑模需从大直径变成小直径。与直径变化有关的主要结构部件有辐射梁、抹面平台、分料平台、模板组。因模板组设计时需与衬砌混凝土直径一致，无法进行优化，在使用中模板组需分别制作。
3.1 辐射梁的结构设计
辐射梁为钢结构桁架，辐射梁的长度决定了整个滑模装置的直径大小，滑模若需从∅10 m变为∅8.5 m则需缩短辐射梁长度，与辐射梁相连接的主要部件有分料平台、提升架、抹面平台。在设计时需认真考虑相连件之间的关系。在此我们将辐射梁与分料平台、提升架、抹面平台均设置为螺栓连接，既可保证从制作厂至施工现场的运输，又可更好的满足辐射梁长度变化后的各连接件的连接。辐射梁的结构形式见图3。
图3 辐射梁结构图
混凝土衬砌厚度、浇筑速度在满足辐射梁荷载的情况下，根据绘图软件模拟（本项目通过AUTO CAD）辐射梁与各结构件的关系可确定将辐射梁靠近提升架侧750.8 mm长度割除可满足从∅10 m到∅8.5 m的施工要求，如图3所示。辐射梁与提升架、辐射梁与抹面平台的连接孔相对向内侧延展，在场内制作时即将连接孔加工到位，保证在∅8.5 m竖井施工时的螺栓连接。
3.2 分料平台的结构设计
在满足荷载的情况下，将分料平台的立柱连接孔设计在需割除的辐射梁以内，并在使用时应考虑分料平台直径小于∅8.5 m。
3.3 提升架的结构设计
提升架与辐射梁为螺栓连接，连接孔位置如图3所示，施工完∅10 m竖井后只需重新与∅8.5 m预留螺栓孔进行螺栓连接即可。
3.4 抹面平台结构设计
抹面平台在整套竖井滑模的最下端，目的是在混凝土浇筑完成一仓后，对仓位内混凝土缺陷进行修补用，抹面平台需紧靠衬砌表面以便工人施工操作。在设计时为同时满足直径为∅10 m与∅8.5 m竖井的施工，将分料平台以∅8.5 m为布置基础等分为18个等腰梯形，各抹面平台间通过螺栓连接，如图4所示。
图4 抹面平台
在施工过程中各抹面平台连接在一起即可组成一个与∅8.5 m衬砌表面相临近的工作平台，如图5所示。
图5 抹面平台组成工作平台俯视图
在进行直径为∅10 m竖井施工时，只需在各个抹面平台间，嵌入一个长方形小平台即可，小平台与抹面平台间螺栓连接如图6所示。
图6 抹面平台与小平台组成的工作平台俯视图
4 优化设计施工方法与传统设计施工方法比较
黄登项目部引水、出线竖井进行设计优化后，竖井滑模重量为13 859.33 kg，各部件数量及重量具体见表2。
表2 优化设计后竖井滑模各部件统计表
若采用传统设计方法，不同直径竖井需分别设计∅10 m、∅8.5 m竖井滑模各1套，以黄登引水、出线竖井为例进行设计则重量为21 259.8 kg，各部件数量及重量具体见表3。
根据表2与表3进行比较可以发现，优化设计后滑模总重量减少7 400.47 kg，QY60型千斤顶减少16个，液压系统减少1套，可有效降低成本投入；滑模需在工厂进行加工制作，一般离施工使用现场较远，按传统设计进行施工需要制作两台滑模装置，将提高工厂制作的交货风险，使现场施工的不确定因素增加。
表3 传统设计后竖井滑模各部件统计表
5 结论
竖井滑模在竖井混凝土衬砌中发挥着很大作用，在竖井施工中通过合理的生产安排，正确的施工顺序，可实施的滑模优化设计可以减少滑模的台套数量，从而达到降低成本，控制风险的作用。同时竖井滑模通过设计优化可以不断提高利用率。本文对黄登引水竖井、出线竖井滑模结构设计优化的粗浅阐述，希望能给广大同仁在今后的模板设计中提供借鉴。
