瀑布沟水电站斜井液压滑模与混凝土施工

2008年9月20日瀑布沟水电站斜井液压滑模与混凝土施工瀑布沟水电站斜井液压滑模与混凝土施工曹东张学彬（中国水电第七第七工程局四川郫县邮编：611730）摘要：随着液压滑模在国内大型水电站:三峡永久船闸、龙滩地下厂房系统等斜井混凝土施工成功运用，国内众多地下引水大断面、长斜井混凝土施工都采用液压滑模浇筑。本文详细介绍了瀑布沟水电站地下厂房系统工程引水斜井液压滑模和混凝土施工的技术要点和施工工艺。主要包括液压滑模的安装技术和工作原理、独特的滑模牵引锚索钢绞线连接技术、混凝土施工技术和工艺方法、斜井混凝土施工质量保证措施与安全技术等。关键词：瀑布沟水电站斜井滑模施工钢筋安装混凝土施工缺陷处理1.概述1.1工程概况瀑布沟水电站位于四川省西部大渡河中游汉原县和甘洛县接壤处，是以发电为主，兼顾防洪的综合利用的一座特大型水利水电工程，是西部大开发的标志性工程之一。电站枢纽由砾石土心墙堆石坝、左岸地下厂房系统、左岸岸边开敞式溢洪道、左岸泄洪洞、右岸放空洞及尼日河引水工程等工程项目和建筑物组成。工程等别为Ⅰ等工程，主要水工建筑物为1级。电站装机容量为6×550MW=3300MW。地下厂房工程引水系统布置于左岸，距坝轴线左坝肩上游约270m。6条压力管道分别长414.24～550.33m，其中下平段长86.0～186.0m，上、下弯段各长26.18m，斜段长88.17m，6条压力管道总长约2894m。压力管道采用平行布置，中心间距28.86m，衬砌成型后直径9.5m。上平段、上弯段、斜井段、下弯段及下平段前部采用钢筋混凝土衬砌，下平洞后部采用钢板衬砌。压力管道根据围岩类别不同其衬砌厚度为60~100cm。其中2008年9月20日瀑布沟水电站斜井液压滑模与混凝土施工引水隧洞斜井段与水平面夹角为55°，根据Ⅲ类围岩开挖，开挖直径为10.94m，锚喷支护后的断面直径10.70m，混凝土衬砌厚度60㎝，斜井上半段为单层钢筋，下半段为双层钢筋。1.2斜井混凝土施工特点瀑布沟水电站引水隧洞斜井混凝土施工主要特点是洞径大、衬砌厚度小、钢筋多（含筋率大）、滑升长度较长、坡度缓、工期紧、施工难度大、质量要求高、安全隐患突出等，为了适应引水隧洞斜井段的这些施工特点，实际施工中参照国内其它大型水电站工程斜井混凝土施工方法，经多方案比较6条引水隧洞斜井段采用了液压滑模进行混凝土浇筑。2.斜井滑模方案2.1斜井滑模工作原理斜井滑模工作原理即借助液压爬升牵引系统带动模板逐步滑动上升，混凝土连续浇筑。混凝土浇筑与滑模提升交替进行，直到混凝土浇筑完毕。液压爬升系统一端固定于布置在上弯段的4个预应力锚索上；另一端（含有液压爬升系统）固定在滑模中梁上，中间通过钢绞线连接，当混凝土的强度具备滑升条件时，启动液压爬升系统，利用液压锚具在钢绞线上的爬行从而带动滑模一起向上运动。2.2斜井滑模结构斜井滑模主要由轨道系统、牵引液压系统、模板系统组成。轨道系统由轨道及轨道支承结构组成，两条轨道对称布置在斜井底拱中心线两侧，轨距5.3m，在混凝土浇筑过程中部分轨道可以拆出重复利用，轨道支承结构（混凝土墩和钢支撑）不拆除，埋入衬砌混凝土中，轨道布置在洞底两层钢筋之间，轨顶高度距离设计基岩面0.5m，轨道钢支撑间距1m，采用焊接方式固定轨道，为保证轨道不变形，每隔3m浇筑混凝土支墩。斜井滑模模板系统由主梁、模板、操作平台、前后行走轮及平台系统几部分组成。主梁是斜井滑模爬升的核心构件，总长约16m，头架是主梁的定位及导向装置，调整主2008年9月20日瀑布沟水电站斜井液压滑模与混凝土施工梁的轴线位置及方向，4个外行走轮沿轨道行走，为主梁提升导向。模板的上口是水平的，上、下口截面为椭圆形，模板上下口设计7mm倒锥度。主梁前行走横梁下部装2组前后内行走轮，沿已衬砌好的井壁行走。整套滑模共布置5层平台，上平台设混凝土集料斗和液压爬升系统，中平台供钢筋绑扎，主平台与模板连接，用于施工人员浇筑混凝土，尾部平台进行混凝土抹面及缺陷处理，悬挂平台用来混凝土养护。各层平台与主梁连成一个整体，一起随中梁滑升。牵引液压系统由4个60T预应力锚索、钢绞线、2个液压泵站、4个液压爬升器和油泵等组成，1个泵站控制2个液压爬升器。4个60T级预应力锚索布置在上弯段顶拱作为上部吊点，通过4组（每组4根）φ15.3mm的高强度低松弛无粘结钢绞线与滑模中梁进行联接（钢绞线与两端的联接均采用预应力锚具进行。整个滑模系统总重量为63.2t。详见图1《滑模结构总图》。55°爬升器悬挂平台主平台中平台上平台液压系统主梁前轮轨道集料斗后行走轮1550025002800说明：1.斜井砼浇筑由下往上进行，下弯段轨道及吊成后，进行滑模安装。2.各层平台铺5cm厚的木板封闭。模板224013000～5000尾部平台前行走轮图1：滑模结构总图2.3滑模安、拆方法2.3.1滑模安装安装总体程序：安装轨道装置→安装卷扬机、锚杆及滑轮组→安装滑模结构及牵引系统。（1）轨道安装轨道插筋布置的起始位置从下弯段末端开始至上弯段下料平台处，插筋布置在每条2008年9月20日瀑布沟水电站斜井液压滑模与混凝土施工轨道中心的两侧，其纵向间距为100cm，横向间距为20cm，插筋长度为80cm（局部超挖部位根据具体尺寸加长插筋长度）,入岩深度必须保证50cm，外露≥30cm。插筋采用手风钻进行钻孔，人工灌注水泥浆和插入钢筋。插筋施工完毕后即可进行轨道安装工作，采用全站仪准确定出轨道中心线和轨顶高程后，利用已施工轨道插筋和型钢进行轨道安装。轨道安装时根据测量放线沿轨道高程位置用钢琴线作为轨道安装参照线，需保证位置准确及轨道无扭曲现象，方能使滑模台车顺利运行。轨道厂家设计为I18工字钢分段制作（因在第一条斜井滑模滑升过程中出现轨道塌陷，在其它斜井轨道改为P43轨道钢），每段长度为4～6m，安装时焊接相连，在轨道两侧偏下绑条焊。两段轨道相接处上表面焊接平整，保证运料小车平稳运行滑模均匀上升。轨道安装在底板轨道插筋上，由于整个滑模系统较重，安装及空滑时其重量将全部由中梁的行走轮承受，故轨道每隔1m采用Φ28的短节钢筋进行可靠的加固，与轨道插筋固为一体，为加大受力面每隔3m现浇梯形断面的混凝土墩把受力均匀传至岩面。为了方便拆除上、下弯段处的轨道，不侵占弯段衬砌结构尺寸，此两处的轨道用［14槽钢斜撑加固并用Φ25钢筋把钢支撑架连接在一起，以防局部受力不均产生偏移现象。（2）滑模结构及牵引系统安装滑模在引水隧洞下弯段部位进行滑模安装，滑模安装之前引水隧洞下弯段混凝土不能浇筑，以便留出安装、拆除滑模空间。滑模中梁在洞外分三段初步组装，在下弯段安装位置连接成整体。下弯段处需铺设轨道，安装滑模的位置在下弯段和下平洞相交10m范围内顶拱位置布置5组带钩锚杆（Φ25、L=4.5m）用于挂5T级9m手动葫芦吊装滑模，并且在下弯段中段底部布置4组带钩地锚锚杆(Φ28、L=6m）用于固定组装完成的滑模主梁。其具体顺序为：滑模中梁倒运安装→滑模中梁前后支腿安装→平台梁、柱安装→模板安装、液压系统安装、钢绞线安装→滑模就位、调试。模板上的液压爬升系统应在模板安装结束并调整好位置后再行安装，要求位置与预应力锚索每个点准确对应。钢绞线安装时应从下向上安装，通过模板上的液压爬升装置，用人工牵引使之通过钢绞线单孔连接器固定在上弯段顶拱处的60T预应力锚索上。滑模起滑前，必须将4台液压油缸调整到隧洞径向的同一断面上，保证液压油缸工作的统一性和一致性。2008年9月20日瀑布沟水电站斜井液压滑模与混凝土施工斜井滑模上部吊点固定装置，厂家昀先设计采用在上弯段与斜井直段交接的井口处安装两组2×Ⅰ63工字钢横梁及固定锚具，但因为弯段和斜井前期已经开挖完成，后期再进行梁窝二次扩挖施工难度较大，安全隐患突出，并且梁窝部位的岩体因前期爆破围岩松弛，实际施工无法形成放置钢横梁的支撑点（梁窝）。根据实际施工情况，参照其它国内类似工程经验，调整为在上弯段顶拱布置4个60T级的预应力锚索作为吊点，通过吊耳与四组钢绞线连接，但锻造件吊耳成本高，每个需花费2.2万元，每条斜井四个吊耳共需8.8万元，并且吊耳定做加工周期长，需1个月时间，这对于斜井工期很紧的情况是不允许的。对此，经过几次技术方案讨论，吊耳改为钢绞线单孔连接器，而且每个连接器仅450元，每条斜井共花费4×4×450=7200元，大大节约是工程施工成本，并且采用钢绞线单孔连接器安装简单，缩短斜井混凝土浇筑准备工期。斜井滑模在下弯段处组装后，采用手动葫芦、转向滑轮及卷扬机带动拖至斜井段，通过上弯段布置的预应力锚索与单孔连接器连接钢铰线、安装液压爬升系统。斜井滑模安装完毕，应重点复核模板的体型结构和锥度是否满足设计要求，全面检查后进行空载试滑。2.3.2滑模拆除斜井滑模滑升到斜井上部时，需将模板滑空，即留出滑模拆除位置。在上弯段先拆除液压系统、模板及附件，再拆除外行走轮，并装上内侧“八字形”行走轮，利用上弯段布置卷扬机和锚点固定转向滑轮，将整套滑模主梁沿斜井混凝土井壁滑行走到下弯段处，在下弯段逐步拆除滑模主梁构件。3.斜井滑模混凝土施工3.1施工工艺2008年9月20日瀑布沟水电站斜井液压滑模与混凝土施工引水隧洞斜井段混凝土施工工序如图2：3.2混凝土输送及材料运输系统布置3.2.1混凝土输送设施选择引水斜井段全断面每米浇筑量：28.96m3（包括超挖量）,根据平均每天上升5m计算，则每天浇筑总量为145m3，每小时7.2m3，厂家原设计采用8t卷扬机配运料小车进行斜井混凝土运输，而8T卷扬机提升系统运行速度为29.25m/分钟，运料小车斗量为1.5m3，估计每小时运料强度为7.2m3，虽然能满足如仓强度，但是浇筑过程中运料小车还负责运输钢筋、其它材料及小型设备和施工人员上下通行，采用小车运输不能满足混凝土的入仓强度，需布置一趟DN200混凝土溜管作为混凝土输送系统。3.2.2溜管布置溜管布置在轨道内侧，沿着斜井底板岩基面铺设，并用Φ25钢筋连接焊接在轨道插筋上（轨道混凝土支墩部位），为防止混凝土产生骨料分离，溜管每隔20m安装一个My-box缓降器,在靠近滑模集料斗处5～8m的距离采用溜槽过度至上平台集料斗，随滑模的向上滑升逐段拆除。为扩大混凝土入仓面积，混凝土浇筑时混凝土利用溜槽从集料斗口溜至主平台（防止下料时贱击伤人，溜槽上口进行封闭）。详细布置见附图3。基础清理滑模就位起滑段钢筋安装堵头模板安装水电布置运料小车安装起始段砼浇筑滑模初始滑升滑模调整滑模正常滑升（砼养护）滑模浇筑完成滑模拆除钢筋安装灌浆管埋设钢筋制作图2：斜井混凝土浇筑施工工艺图2008年9月20日瀑布沟水电站斜井液压滑模与混凝土施工图3：混凝土输送系统布置图3.2.3材料运输系统斜井内的材料主要采用布置在滑模轨道上的运料小车进行运输，通过在上平洞与上弯段处相交处隧洞底板两侧安装的两台8T卷扬机牵引，两台卷扬机的中心距与轨道保持一致（5.3m），一台运转，另台起固定作用（备用）。3.3钢筋制安3.3.1钢筋下料及制作因斜井滑模混凝土施工连续性较强，运输安全隐患突出，根据斜井钢筋设计型号，钢筋下料长度控制在6m左右。钢筋焊接产生火花，下落到混凝土浇筑工作面，为不影响混凝土浇筑，斜井下半段双层钢筋环向φ22钢筋和φ16分布钢筋按照绑扎搭接长度下料，斜井上半段单层钢筋环向Φ25钢筋按照套筒连接下料，φ16分布钢筋按照绑扎搭接下料。为保证钢筋有合理的保护层，内层钢筋应考虑适当加长。3.3.2钢筋运输及堆放钢筋在加工厂按照相应的要求加工完成后，用8T载重汽车运输到引水上平洞处，人工搬运到下料平台处。斜井内钢筋运输通过运料小车进行，为防止钢筋在运输过程中松动脱掉，伤击下面施工人员，钢筋一定与运料小车绑扎牢靠；小车装载钢筋要求摆放均匀，不可超载，严格控制小车行走速度；钢筋倒运至滑模上平台后沿模板四周均匀摆放，防止滑模偏斜。2008年9月20日瀑布沟水电站斜井液压滑模与混凝土施工3.3.3钢筋安装底板钢筋绑扎范围为前轮至模板之间；边顶拱钢筋利用上、中平台进行绑扎，随滑模滑升逐段绑扎。考虑到混凝土浇筑时入仓的方便，