三峽地下電站引水隧洞雙曲面鋼模臺車變形研究

廖湘輝，余 健，章 成，萬 剛，劉 歡

（1.三峽大學機械與材料學院，湖北 宜昌 443002；2.特變電工衡陽變壓器有限公司，湖南 衡陽 421007）

0 引言

雙曲面鋼模臺車已經(jīng)在三峽地下電站引水隧洞襯砌施工中成功運用文獻[1，2]。雙曲面鋼模臺車在施工過程中空間受力復雜，每個工序下的載荷情況不同。因此，運用理論分析計算與施工現(xiàn)場變形測量相結(jié)合的方法對雙曲面鋼模臺車的變形進行研究，了解其變形量，變形發(fā)展趨勢和規(guī)律，做出質(zhì)量和安全評判，對保證高質(zhì)量地完成混凝土襯砌施工和完善鋼模臺車的設計和施工有重要意義。

1 測試方案

雙曲面鋼模臺車由模板系統(tǒng)、門架、支撐系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、行走裝置、防傾覆裝置等組成。模板系統(tǒng)由兩側(cè)邊模和頂模組成，頂模與邊模之間鉸連接[2]。

為了在上彎段這一復雜空間結(jié)構和施工工況中精確地測量模板的變形，采用徠卡TCR702型紅外線激光全站型電子速測儀（Electronic Total Station）對鋼模臺車變形進行測量。測量時將鋼模臺車順水流方向分成3～7個剖面，每個剖面測量7個點。本文分析的數(shù)據(jù)盡量選取變形較大的區(qū)域，因此選擇上游模板端面的7個點的測量數(shù)據(jù)進行分析（見圖1）。7個點分別為上游面邊模的底角、邊模截面中點、頂模橫截面中點、頂模和邊模鉸接處，并在7個點上粘貼標志作為照準目標。

圖1 模板測量點布置示意

雙曲面鋼模臺車在每個澆筑工序下空間受力都不相同，因此，按照上彎段混凝土襯砌施工進度，分別測量出雙曲面鋼模臺車在上彎段6個分段，即O、P、Q、R、S、T 6個澆筑工序（見圖2）下的就位初始值以及澆筑完成時的測量值，然后計算得出雙曲面鋼模臺車模板在施工過程中變形值。

圖2 雙曲面鋼模臺車澆筑工序示意

2 測量數(shù)據(jù)

由于第一倉（0倉）是對雙曲鋼模臺車的實驗倉，因此未做變形測量實驗，這里只給出第二倉（P倉）的測量數(shù)據(jù)（見表1和表2）。

表1 第二倉鋼模臺車就位驗收數(shù)據(jù)

雙曲面鋼模臺車驗收完成后，開始進行上彎段第一倉混凝土澆筑，經(jīng)過5 h的澆筑后，發(fā)現(xiàn)靠下游斷面部分邊模漏漿，立即停止泵送混凝土，對鋼模臺車邊模下游側(cè)底角進行了加固，并對后續(xù)的5倉澆筑過程中的雙曲鋼模臺車的變形進行了測量（所有的測量數(shù)據(jù)均為相對三峽工程基點的相對坐標值）。

表2 第二倉上游模板測量數(shù)據(jù)

3 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

根據(jù)雙曲面鋼模臺車每倉的就位驗收數(shù)據(jù)及上游斷面混凝土形體測量值，計算出雙曲面鋼模臺車在每倉就位澆筑完成后模板上游端面的變形值[3]（見表3）。由于測點1和7、2和6、3和5對稱，因此處理時取它們的平均變形，這樣可以減小偶然誤差。

表3 結(jié)構改進后變形測量結(jié)果 mm

由表3數(shù)據(jù)分析可得：

（1）雙曲面鋼模臺車模板的對稱位置實測變形值有所偏差，這是因為在實際澆筑過程中，兩側(cè)泵送混凝土的速度不能完全達到一致的緣故。

（2）模板在每倉澆筑過程中，最大變形值出現(xiàn)在邊模下端（點1和點7），其次是邊模與頂模連接處（點3和點5），并且沿順水流方向增大。

（3）在整體施工過程中，因為每個不同澆筑位置臺車的空間受力都發(fā)生了變化，沿著水流方向，也就是雙曲面鋼模臺車與豎直方向的夾角增大時，模板的變形也隨之變大。

（4）有個別的點測量數(shù)據(jù)未遵守上述規(guī)律，是因為隧洞開挖施工中，有的地方超欠挖所致。

（5）由雙曲面鋼模臺車的現(xiàn)場變形測量數(shù)據(jù)可以看出，三峽地下電站上導洞采用雙曲面鋼模臺車進行澆筑施工后的成形面質(zhì)量較高，進而可以肯定雙曲面鋼模臺車的設計及改進結(jié)構合理。

4 有限元仿真結(jié)果和測量值的對比與分析

利用ANSYS軟件，針對不同工況條件建立雙曲面鋼模臺車運行仿真模型[4]，分析了雙曲面結(jié)構在各澆筑工序下的變形情況。以雙曲面鋼模臺車在上彎段第二倉（P倉）的澆注工序為例，提取有限元分析中對應7個測量點的變形值，與施工現(xiàn)場模板實測變形值進行了對比分析（見表4）。由表4看出，現(xiàn)場實測值與理論計算的結(jié)果吻合較好[5]，現(xiàn)場實測結(jié)果與計算值偏差都小于5 mm，實測值比計算值大30%以下。這有兩方面原因：一是計算的載荷是平均載荷，施工過程中有突變因數(shù)增大了局部載荷；二是因為現(xiàn)場實測值包括現(xiàn)場操作及在雙曲面鋼模臺車制造中的拼裝、焊接，螺栓連接等因素，而這些因素不包含在理論計算的考慮范圍內(nèi)。

表4 實測值與仿真對比

5 結(jié)語

對三峽地下電站引水隧洞上彎段混凝土襯砌用雙曲面鋼模臺車的變形研究的結(jié)果表明：

（1）雙曲面鋼模臺車結(jié)構設計合理，澆筑成形的過流面質(zhì)量較高，施工安全性較好。

（2）雙曲面鋼模臺車在現(xiàn)場澆筑過程中，其邊模底端部分的變形比較大，其次是邊模與頂模的連接處；與此同時，頂模的剛度有較大的富余。因此，在鋼模臺車設計時應考慮這些因素，從而提高經(jīng)濟效益。

（3）現(xiàn)場實測變形值與有限元仿真計算值吻合度較好，驗證了有限元分析過程中的模型、載荷處理以及計算的正確性，說明了將計算結(jié)果用于指導實際工程的可靠性和實用性。

（4）邊模底部（點1和點7）以及邊模與頂模鉸接處（點3和點5）變形較大，實際施工過程中，應嚴格控制泵送混凝土的輸送速度。

［1］廖湘輝，章成，等.三峽地下電站引水隧洞雙曲無軌滑模研究［J］.水力發(fā)電，2010（08）:54-55.

［2］章成，廖湘輝，等.三峽地下電站上彎段混凝土襯砌施工方案研究［J］.水力發(fā)電，2010（01）:57-59.

［3］韓銀紅.模板臺車結(jié)構分析［D］.西南交通大學碩士學位論文，2003.

［4］劉慶潭.材料力學［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［5］陳建權.SMC模板臺車在新疆六三五導流隧洞施工中的應用［J］.水利技術監(jiān)督，1999（1）:10-12.