平洞滑模在刘河坝水电站引水隧洞混凝土施工中的设计和运用
吴方明, 黄树洋, 周菊兰
(中国水利水电第十工程局,四川都江堰 611830)
摘 要:平洞滑模在国内水电站引水隧洞平洞混凝土的衬砌施工是一种创新,通过其在刘河坝水电站引水隧洞混凝土衬砌的设计和施工,解决了水利水电工程引水隧洞混凝土衬砌施工进度缓慢、成本高的技术难题,在我国水利水电工程中有极大的推广应用前景。
关键词:引水隧洞;平洞滑模;混凝土施工;设计;运用;刘河坝水电站
中图分类号:TV52;TV53;TV554文献标识码: B文章编号: 1001-2184(2008)01-0051-03
1 工程概况
刘河坝水电站位于四川省宝兴县陇东镇境内,系径流式水电站,装机12MW,设计水头78. 5m,设计引水流量17. 4m3/s。建筑物由取水口、引水暗涵、压力引水隧洞、调压井、压力钢管、厂区建筑物组成。有压引水隧洞为城门洞型,底宽3. 2 m,直墙高1. 6 m,顶部为半圆拱。III类围岩采用单层钢筋混凝土衬砌, IV类围岩采用双层钢筋混凝土衬砌,衬砌厚度均为0. 4 m。本工程隧洞长、工期短,如果采用常规的施工方法,势必会延误工期。借鉴竖井滑模和斜井滑模施工的成功经验,我局决定采用平洞滑模一次成型的方法进行隧洞边顶拱混凝土施工,该工艺既满足了施工质量要求,工期也得到了保证。
2 滑模工艺设计
2. 1 滑模设计
滑模工艺设计的构思主要是将模板固定在滑模台车上,将HBT60混凝土泵放置在滑模台车前方,与台车形成整体,滑模滑动时,泵机随之滑动,通过台车的不断滑升实现混凝土的连续浇筑。滑模台车按以下要求进行设计: (1)滑模台车能承受衬砌混凝土的荷载及混凝土泵机的荷载、台车自重荷载、牵引荷载; (2)滑模台车、模板要适于不间断连续浇筑混凝土; (3)滑模台车便于滑升。
滑模台车主要由桁架系统、模板系统、液压滑升系统和支承滚轮系统等组成。承重桁架底部装有滚轮,隧洞已浇筑好的底板上已安装轨道,台车在牵引力的作用下沿轨道向前滑升。滑模台车总长9. 83 m,模板按照混凝土自然流淌坡度1∶1. 5设计,顶拱模板按5. 03 m设计,纵向脱模椎度按4‰设计,便于减少模板和混凝土的摩阻力,台车具体结构见图1。
3 滑模制作
模体共设置6个QYD-6型滑模液压滚珠千斤顶,工作起重量达3 ,t最大起重量达6 ,t千斤顶运行时行程为3. 5 cm,选用一台电动机YJH-WF100型泵站供油,控制液压回路高压胶管通径D=16 mm、D=8 mm,系统油压运行时为8~10MPa,千斤顶沿洞壁安置于桁架前方。支承杆选用外径φ48,壁厚为4 mm的钢管,杆接头选用壁厚为8 mm钢管,采用公母丝扣方式连接。
4 滑模的组装
滑模模体各个部件制作完毕后先在制作现场进行试组装,经组装检查各部件尺寸合格后,分部件编号从1号支洞运入安装。安装顺序为:
先在底板混凝土上安设轨道;
安装行走轮。桁架分为主、副桁架,安装顺序为由中间到两边,并且要均匀对称安装。当桁架安装完毕,再安装固定前、后圈梁;
模板系统安装。先安装围圈及提升架,最后挂装模板;
液压系统安装。安装液压千斤顶,液压控制台,液压管路及各主、支油路的截止阀,同时,分两种不同的长度插装支承杆;
空载试运转。启动液压系统,检查千斤顶、支承杆、油管路及控制电路液压系统是否正常。试运行时模板爬升高度为30~40 cm。
5 混凝土配合比设计
引水隧洞顶拱混凝土脱模时间是平洞滑模工艺一个重要的控制环节。脱模时间过早,滑模滑升后顶拱混凝土会因强度不够而垮塌;顶拱混凝土脱模时间超过混凝土终凝时间才滑升,滑模滑升后顶拱混凝土会因强度过大而拉裂。本工程顶拱混凝土强度按0. 2~0. 6 MPa进行设计。考虑到在本工程施工中混凝土入仓顺序为先边墙、后顶拱,因此,设计边墙混凝土为掺缓凝剂(初凝时间5~7 h)、掺高效减水剂(初凝时间4~5 h);顶拱混凝土为掺早强剂(初凝时间2~3 h),边墙混凝土坍落度为5~7 cm,顶拱混凝土坍落度为3~5 cm。
6 滑模施工
6. 1 滑 升
滑模启滑准备工作一定要充分,水平钢筋要超前绑扎焊接一定距离,钢模板上涂脱模剂,模板与底板基础空出部分采用常规异型木模板支护对接,局部空间用木板条封堵且不留空隙。上述准备工作完成后,开始进行混凝土入仓浇筑工作。
混凝土采用泵送,选用一台HBT60混凝土泵放置在滑模前方,与滑模形成整体,滑模滑动时,泵机随之滑动,泵管尾端架设在顶拱模板上方,伸进模板边沿0. 5 m左右,混凝土靠自身的塌落度流向两边墙。当混凝土浇至60~70 cm厚时,预测混凝土达到脱模强度即可启动滑模。滑模正常滑升施工,要严格按照《滑动模板工程技术规范》GB50113-2005执行。
6. 2 钢筋安装
滑模施工钢筋制作考虑到运输和安装的便利,将边顶拱钢筋做成一根,水平钢筋超前焊接约5 m,主筋的绑扎焊接工作随模体滑动,在中间平台进行。钢筋安装除按规范要求执行外,在模体调整偏斜位移时,要随着纠偏的方向逐步调整钢筋的位置,既要留出模板位移的位置,又要保证保护层的尺寸。
6. 3 混凝土浇筑
混凝土拌和:严格按照混凝土配合比设计并结合砂石骨料试验成果提供的配料单称量拌制,配料称量的误差控制在规范规定的范围内。
混凝土运输入仓:用自卸车运输至混凝土泵机,经泵送入仓。
混凝土平仓振捣:人工平仓,在浇筑平台上人工用φ2"(1"=2. 54 cm)软轴插入式振捣器进行振捣或采用附壁式振捣器进行振捣。
混凝土施工过程中,随时清除模板上的混凝土,还要将桁架上的混凝土清理干净,以免混凝土积留太多而增加模体负载。
6. 4 防止顶拱混凝土塌落的措施
在设计时,将顶拱模板加长至5. 03 m,纵向脱模椎度按3‰设计。考虑到模板的滑动会拉裂顶拱混凝土,故在顶拱上每隔1 m设5个混凝土预制块,避免混凝土因强度不够而塌落。
6. 5 混凝土养护及修饰
脱模后的混凝土严格按《水工混凝土施工规范》和《滑动模板工程技术规范》要求及时在抹面平台上喷水养护。刚脱模的混凝土表面如只有少量气泡和细孔则采用抹子抹平压光;如有麻面则用水泥砂浆抹面修补;如发生塌块则先将缺陷处的松散混凝土块清除掉,要清除到密实处,然后用配有速凝剂的C25细石混凝土填平后压实,再用水泥砂浆抹面修平。
6. 6 混凝土参数修正
混凝土脱模后及时分析混凝土的脱模质量,出现不满足规范要求的情况时则需及时修正各项施工参数,以保证混凝土的施工质量。
7 滑升效果
2006年11月6日上午开始滑升,模体滑升后边顶拱混凝土表面光洁,无裂纹、冷缝、蜂窝麻面,顶拱混凝土无掉块现象,业主、监理、设计三方均认为混凝土质量优良。
模体试滑后,出现了一些不曾预料的问题,如钢轨的整体钢度不够,模体发生了偏移;两组液压千斤顶(每组3个)由于在滑升过程中不同步,造成滑模滑升时受力不均匀而发生牵引杆变形等情况。针对上述情况,我们对滑模进行了改进。
11月29日至12月5日6 d时间模体共滑升50. 1 m,平均日滑升8. 35m,最大日滑升10. 3m,滑升后混凝土表面同样无蜂窝、麻面,顶拱混凝土无掉块现象,监理评定的混凝土质量为优良。
8 结 语
刘河坝水电站引水隧洞平洞滑模在国内水电站引水隧洞平洞混凝土的衬砌施工是一种创新,它能用于各类断面的隧洞混凝土施工。由于模板和钢筋、混凝土施工是同时进行,从而避免了传统施工中各工序相互制约的情况出现,提高了施工速度;同时,由于采用了液压滑模施工,混凝土在初凝后即可脱模,有缺陷可以及时发现和处理,从而使混凝土的施工质量得以保证。通过经济比较得知,平洞滑模也较传统的钢模台车、常规小模板组立有较为明显的经济效益,加之施工进度也较传统的钢模台车、常规小模板的施工方法有明显的提高,因此,平洞滑模在我国水利水电工程中有极大的推广应用前景。
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