積石峽水電站導流洞交叉段平頂扭面拱襯砌模板及支撐設計

吳曉斌，柳曉龍，巨金星

（中國水利水電第四工程局有限公司第一分局，青海 西寧 810006）

積石峽水電站導流洞洞身總長660.087 m，底坡0.458 9%，以19.9°夾角與中孔泄洪洞在中0＋235.39處相交結合，結合段長442.937 m，交叉段設計長度45.486 m，其頂拱形式為導流洞和中孔泄洪洞兩個城門形頂拱相切形成的平頂扭面拱。最大開挖寬度28.4 m，最大開挖高度20.59 m。交叉段頂拱設計混凝土襯砌厚度1.5 m，加上塌方等超高，實際混凝土最大襯砌厚度為3.2 m。襯砌后中孔泄洪洞中心線處最大高度為17.43 m，導流洞中心線處為15.18 m。該部位體形復雜，斷面多變，施工場地狹窄，交通布置困難，高差大，施工質量要求高。

1 支撐系統(tǒng)設計思路

根據(jù)交叉段施工特點和特殊性，交叉段模板及支撐系統(tǒng)設計時應滿足以下要求：①施工場地狹窄，交叉段頂拱施工時必須滿足通車要求；②頂拱部位巖石存在泥巖夾層和裂隙面，開挖過程因塌方造成超挖，最大超挖2.1 m，支撐系統(tǒng)必須滿足一次襯砌的強度要求；③施工過程中，頂拱空間較小，吊車難以施展，因此頂拱各部件施工必須滿足人工操作要求；④支撐量大，盡量考慮重復利用；⑤滿足外觀質量和文明施工要求。

根據(jù)以上要求，參考設計單位意見，交叉段頂拱模板及支撐系統(tǒng)實際操作時按混凝土平均襯砌厚度2.6 m設計。施工方案為采用底部鋼管支柱支撐桁架梁平臺、平臺上搭設碗扣腳手架支撐頂部模板的方法。即底部支撐為鋼管立柱，鋼管立柱頂部采用 40c雙支工字鋼作找平縱梁；縱梁頂部鋪設桁架，桁架間距60 cm；桁架頂部鋪設20 cm×20 cm方木，方木頂部搭設WDJ碗扣架支撐8找平槽鋼，找平槽鋼上鋪設模板排架；模板采用50 mm×100 mm方木，在方木表面貼1.5 cm厚的膠合板。

2 支撐系統(tǒng)布置

（1）支撐鋼管立柱。根據(jù)現(xiàn)場情況，中孔及導流洞側必須保證施工期間暢通，因此采用鋼管立柱支撐的方法。根據(jù)計算，立柱采用直徑500 mm，壁厚8～12 mm的鋼管，立柱高8.2 m，鋼管橫向間距5 m，滿足通車要求。鋼管縱向排距為3 m，縱向用角鋼相互連接。為滿足立柱自身穩(wěn)定及支撐頂部結構需要，鋼管焊接底座和頂部托撐鋼板。由于鋼管支柱是最終承力構件，布置必須滿足中孔及導流洞兩側通車要求。按照以上要求，現(xiàn)場布置時，原則上中孔側兩排立柱平行于中孔中心線、導流洞側兩排立柱平行于導流洞中心線布置。從上游至下游共布置13排立柱，沿中孔軸線方向1～9排排距3 m，9～13排排距1.675 m。按垂直于中孔泄洪洞軸線的斷面，由上游向下游柱的排列為1～4排4根柱、5～9排3根柱、10～13排2根柱，共計39根立柱。

（2）支撐縱梁。由于鋼管柱間距較大，根據(jù)頂部荷載計算，支撐縱梁采用雙肢45a工字鋼。

（3）桁架梁。由于跨度較大，橫向支撐梁體形相對較大，若加工成整體受力條件較好且節(jié)省材料，但不易吊裝。因此，從施工方便角度考慮，橫向支撐梁加工成單長3 m的桁架單體。桁架單體由3 m×0.25 m鋼架和1.5 m×0.25 m鋼架組合而成，拆裝靈活。根據(jù)受力計算，主桁架最大跨度6.5 m，垂直于中心線，沿中孔方向排列，間距60 cm。

（4）碗扣式腳手架。由于支撐平臺與頂拱高差較大，制作桁架或二次立柱支撐均不便于施工，因此選用了拆裝靈活、簡便輕巧、安全且可重復利用的WDJ碗扣式滿堂紅腳手架施工方案。采用斷面20 cm×20 cm的方木整體抄平后，作為立桿點支撐，腳手架按立桿間距60 cm×60 cm鋪設，立桿基本由1.5、2.4、3.0 m幾種長度組合形成，結合可調托撐及頂桿的調節(jié)來滿足因洞截面漸變的模板支撐要求。碗扣腳手架沿中孔方向以及頂拱斷面方向均呈階梯形布置。

（5）模板排架。由于交叉段頂拱沿洞軸線及垂直洞軸線方向均漸變，且由高到低，因此，模板排架沿兩個方向均呈臺階狀布置。頂模排架按設計體形分斷面加工，同一臺階上各排架尺寸逐漸減小，斷面間距60 cm，與底部鋼管支撐相對應。排架質量最大一榀為240 kg，滿足人工搬運需要。排架均采用 50 mm角鐵加工，材料類型少，加工制作非常方便。

（6）模板。采用5 cm×10 cm木方做模板，表面貼1.5 cm厚膠合板作為面層。木方與鋼桁架間用10 cm×10 cm找弧木完成找弧。

3 支撐系統(tǒng)結構計算

根據(jù)結構分析，現(xiàn)場施工荷載（混凝土、鋼筋自重及活荷載）的傳遞順序為：模板→排架→找平槽鋼→WDJ碗扣架→20 cm×20 cm方木→桁架梁→找平工字鋼縱梁→鋼管支柱。

根據(jù)荷載計算分析結果，分別對模板、排架、WDJ碗扣架、方木、桁架梁、找平縱梁及鋼管立柱進行受力計算（計算過程略），支撐系統(tǒng)所選用的各種材料能滿足剛度、強度及穩(wěn)定性要求。

4 模板及支撐系統(tǒng)施工

（1）鋼管立柱及鋼牛腿支撐。安裝時，按照支撐系統(tǒng)平面圖，放線對點，確定鋼管柱準確位置，要求偏差在±2 cm范圍內。以中孔泄洪洞軸線為參照基線，逐一安裝鋼管立柱，要求立柱垂直偏差小于±5 mm。每根立柱就位時，利用邊墻拉桿及鋼管支撐等方式進行調整，就位后，在縱向按規(guī)定設立剪刀撐將相鄰鋼管柱互相連接；垂直于軸線方向在不影響通車的前提下設橫向連接桿。為保證安裝基面平整，在鋼管柱底部墊一層厚2 cm的EPE卷材或膠皮，最大限度地減小立柱柱腳加工偏差。

（2）雙肢工字鋼縱梁。工字鋼縱梁承接桁架梁下傳的力，將力傳遞給鋼管支柱。鋼管柱上工字鋼梁為雙肢，并排放置。工字鋼梁吊裝完后，接頭部位按圖紙要求用鋼板平整連接，工字鋼接頭部位盡量放置在立柱頂端，不滿足時，將接頭錯開布置，每跨內接頭不超過1個。然后抄平梁頂平面，要求高差小于±5 mm。為保證相互之間對縫擺放以及整體穩(wěn)定，將工字鋼上下兩面用鋼帶或鋼筋點焊成一體，間距1.5 m。工字鋼與立柱及鋼牛腿連接部位存在間隙的，采用不同厚度的鋼板墊實，焊接牢靠。

（3）桁架梁。桁架梁為預留交通洞過梁，頂部鋪設20 cm×20 cm方木，通過自身將上部荷載下傳至工字鋼縱向支撐梁。桁架梁設計為工具式，由桁架、銷軸、保險卡銷組成；單體桁架尺寸300 cm×150 cm，由12號槽鋼和鋼板組焊而成，桁架之間采用子母扣連接方式，拆裝靈活。桁架梁單節(jié)長度3 m，安裝時在底板上將2～3節(jié)拼裝成一整體，采用吊車吊裝到位。相鄰桁架梁連接均采用φ48 mm的銷軸和卡銷鎖住。桁架梁調整就位后，上下兩面順水流方向相互間采用鋼筋連接固定。

（4）方木枕梁。采用斷面20 cm×20 cm的方木，安裝前必須進行挑選和刨平，有斷裂、不直、基面不平整等缺陷的堅決不能使用。方木枕梁起支承碗扣架的作用，沿中孔泄洪洞縱向鋪設，橫向間距60 cm，與碗扣架間距對應。

（5）碗扣架安裝。碗扣腳手架滿堂紅搭設，按60 cm×60 cm間距布置碗扣立桿和橫桿。為便于施工，沿中孔泄洪洞軸線方向將碗扣架分成7個臺階，同時橫向也按臺階布置，同一個臺階的碗扣架高度相同，而模板排架尺寸是漸變的。碗扣架運至施工現(xiàn)場后，按規(guī)格分類堆放，檢查各桿件，對因運輸或堆放原因造成較大彎曲的必須及時調直。在鋪設完方木后，按鋼管布置點位，對應安裝碗扣架立桿。安裝基本方式為：從上游向下游安裝，間距均為60 cm；每安裝4根立桿就必須安裝一層橫桿拉接固定。碗扣架下托撐應具有一定的調節(jié)量，方便頂部高程控制。由中孔向導流洞方向搭設腳手架，每安裝10排縱橫方向安裝一次剪刀撐，提高穩(wěn)定性和整體剛度。

（6）模板排架安裝。模板支撐為鋼排架，排架與模板方木之間采用100 mm×100 mm方木進行橫向找弧和縱向找坡。排架根據(jù)斷面不同分型號進行加工，左右方向按A、B、C、D、E編號，順水流采用數(shù)字編號，從1～53，共53個斷面。排架單榀最大質量240 kg，滿足頂部人工操作的要求。排架沿垂直于中孔泄洪洞軸線方向布設，間距為60 cm。排架與碗扣架之間用8號槽鋼找平。碗扣架安裝完成后，在碗扣頂桿上端安裝可調上托撐，可調托撐的調節(jié)范圍應該滿足模板排架在裝拆過程的需要。同一臺階上排架就位后相互之間采用鋼筋上下連接兩道，以便使排架成為整體。排架就位后，面層方木鋪設以前，應對排架頂部找弧方木拉線進行修整，保證面層方木與找弧方木緊密接觸。

（7）模板安裝。模板采用50 mm×100 mm木方現(xiàn)場拼裝；面層采用15 mm厚的木膠合板。方木寬面朝下，中孔泄洪洞一側沿中孔中心線方向鋪設，導流洞一側沿導流洞軸線方向鋪設，沿斷面方向凈間距不大于5 m，方木可6 m通長布設，接頭部位錯開。中間三角區(qū)為平頂扭面，應將方木截短，以便體形平順過度，同時保證方木與排架接觸密實。膠合板拼接部位必須嚴密，接縫位置必須布置有方木。鋪設完成后派專人逐層檢查，保證各層相接部位均連接可靠，沒有脫空。

5 模板及支撐系統(tǒng)拆除

根據(jù)2007年3月截流的目標，交叉段模板拆除必須提前進行，因此交叉段混凝土澆筑必須采用早強混凝土。根據(jù)前期早強混凝土配合比試驗，拆?？刂茣r間在7～10 d。具體拆模時間根據(jù)交叉段頂拱澆筑的同期混凝土試塊強度確定。模板及支撐系統(tǒng)拆除時從上游至下游，從上層至下層逐層進行。拆除過程中需有專人指揮。

6 結語

積石峽水電站交叉段施工存在工期緊、質量要求高、結構體形變化大、干擾因素多等問題。通過襯砌模板和支撐結構的合理設計與施工，成功地克服了施工中的各種問題，縮短了工期，最大程度地減小了中孔泄洪洞及導流洞之間的施工干擾，及時有效地完成了襯砌施工，使交叉段大跨度洞室施工得到了安全保障。同時，施工方法簡單易行，多數(shù)構件均按人工可操作設計，解決了大型機械設備洞內難以施展的問題。另外，底部鋼管支撐、桁架梁、碗扣腳手架周轉利用價值非常高，有效地節(jié)約了成本。積石峽工程導流洞和中孔泄洪洞交叉段大跨度平頂扭面相交拱混凝土襯砌模板及支撐結構設計可為今后類似工程施工提供參考。