长线型空间扭曲赛道结构喷射混凝土施工特点研究

2020-06-20陈世林彭辉

工程建设与设计 2020年10期

陈世林，彭辉

（上海宝冶冶金工程有限公司，上海201999）

1 引言

国家雪车雪橇中心赛道为国内首条、亚洲第三条高强度双曲面雪车雪橇赛道。赛道形状为非常罕见的长线型空间扭曲结构，整体呈蜿蜒起伏，设计总长度1 975m，最大垂直落差121m，最大滑行速度134.4km/h，加速度4.7g，由16 个不用曲率弯道，划分为54 段长度不等的制冷单元组成（见图1）。赛道任意剖面的高度、宽度、角度、弧度和空间坐标点均不同。

赛道由骨架和喷射混凝土构成，为典型的半封闭空间双曲面薄壳体结构（见图2），采用国内首次结构混凝土喷射和成型技术。赛道喷射密实度直接决定赛道能否通冷制冰和正常比赛，赛道内曲面成型精度和平滑度均为毫米级，成型精度直接决定运动员的高速滑行安全。赛道成型实体如图3 所示。

图1 国家雪车雪橇中心赛道整体形状

图2 赛道典型曲面壳体结构局部示意图

图3 赛道成型实体

2 施工特点研究

2.1 关键施工技术研究

通过对国内首条冬奥赛道设计要求、结构形式、施工精度和赛时功能等综合分析，选用永久性结构喷射混凝土施工技术作为本工程的核心技术。相比其他混凝土施工技术而言，结构混凝土高压喷射和成型技术具有现有施工技术无法实现的高精度、高密实、高强度和空间异型双曲面成型等优势。

该技术成套使用免拆模板即高强度柔性金属织网安装技术、三维曲面钢筋安装技术、异型模板安装技术、高精度找平管安装技术、赛道精加工成型技术等。多种技术的综合运用形成整雪车雪橇赛道施工工艺。

2.2 其他辅助技术研究

赛道为三维空间双曲面结构，赛道材料数据提取、计量、管理、方案制定和技术交底现有方式无法实现。利用BIM 参数化建模技术建立赛道骨架、模板、外观等全方位高精度的三维模型，为施工可行性提供重要支撑。

找平管为成型面过程精度控制的基准，利用BIM 参数化建模技术辅助测量并修正找平管安装精度；借助全站仪测量找平管上表面均匀等分的测量控制点，将坐标值输入BIM 模型比对各测量点的偏差值，实现混凝土成型前对赛道骨架找平管安装精度的数据偏差分析和调整。

三维激光影像扫描技术和BIM 参数化模型相结合：通过三维影像扫描图像与BIM 模型作点云比对，在混凝土成型面未凝固前对超差范围进行快速检测并指导定量修复，确保赛道内曲成型点、线、面的空间毫米精度。

2.3 喷射料加工生产工艺研究

加工厂特殊生产工艺研究：喷射干混料为吨包装，喷射采用罐车运输；结合赛道各段制冷单元长度和使用方量不同，喷射过程中为防止坍落度损失超出范围，影响喷射料的抗流挂性、填充型和可泵送性，加工厂单次搅拌方量和罐车单次盛装方量为1～6m3不等。采用对预混干料进行定量自动搅拌工艺，加工厂的上料和搅拌方式为间隔连续式，单次搅拌方量额定为1m3，通过定量多次搅拌来实现不同需求方量的精确供应。

加工厂特殊工艺流程为：叉车运输喷射吨包料→料包受料口完成干料开袋→提升料斗→提升至搅拌主机上方→释放预混干料至搅拌主机内→自动加水→定时搅拌→自动出料至搅拌罐车→循环加工至需求单次盛装方量→罐车运输至现场各制冷单元喷射机[1]。

2.4 喷射设备选型

赛道结构喷射为国内首次，且为赛道外观成型和功能实现的核心关键。需选择适用赛道人工喷射成型的设备，结合喷射料的施工性能、可操作性、喷射工艺满足、喷射成型体的密实度和内在质量，先后对6 种国内外湿法喷射设备进行试喷选型。通过综合设备泵送流量、泵送压力、允许泵送最大粒径、动力、料缸尺寸、脉冲频率、出料均匀性、机械性能、易于操作等各种因素考虑，选用德国普茨迈斯特TK50 喷射机。

设备突出特点：柴油动力强劲，可满足赛道连续喷射不间断和高压高速的特点；喷射脉冲间隔时间长，便于喷射手实现连贯喷射操作；推送材料缸直径大，单次液压缸推送速度一定，单位时间材料吐出量大且喷出速度快，有利于喷射料在骨架交织结构间的填充密实度和自身强度；喷射末端反冲力均匀可控，满足人工喷射作业的稳定性和可行性[2]。

2.5 赛道混凝土施工专用气候防护棚

为保证赛道混凝土每段制冷单元长时间连续施工的质量、连续性、有限作业时间的固定和抵御外界复杂气候环境；赛道每段制冷单元均搭建喷射专用气候防护棚（见图4），将整段制冷单元包裹，营造相对封闭的空间，保证赛道喷射施工和养护期间棚内的温度和湿度处于相对稳定和科学的工艺参数之内。棚内采用工业加湿器、暖风机升温、不间断洒水降温加湿等措施使混凝土养护环境达到理想的状态，同时，气候防护棚可完全杜绝高压喷射对环境污染[3]。

防护棚设计和安装须满足各段制冷单元不同长度、高度、曲率、坡地高差等客观条件。