蒲石河抽水蓄能電站引水斜井滑模施工技術(shù)

孫 磊，趙忠文，李貴祥，張文輝，張志華

（1.中國(guó)水利水電第六工程局有限公司，遼寧 丹東 118002；2.遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

蒲石河抽水蓄能電站引水隧洞混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20W6，襯砌后直徑為8.1 m。斜井在高程110 m以上為單層鋼筋，在高程110 m以下為雙層鋼筋。引水隧洞斜井段鋼筋混凝土襯砌采用全斷面滑模方式進(jìn)行施工。

1 滑模系統(tǒng)

斜井滑模采用LSD連續(xù)拉伸式液壓千斤頂爬升鋼絞線提升模體，鋼絞線與斜洞段洞軸線平行布置。整個(gè)滑模系統(tǒng)由滑模模體裝置、牽引機(jī)具及設(shè)施、運(yùn)料小車系統(tǒng)等3部分組成。其詳細(xì)布置見(jiàn)圖1。

1.1 滑模模體裝置

滑模模體主要由中梁、操作平臺(tái)、鋼筋平臺(tái)、主平臺(tái) （模板）、修補(bǔ)平臺(tái)、尾部平臺(tái)及前、后支腿組成。中梁長(zhǎng)度為15.53 m，長(zhǎng)×寬為2.5 m×2.5 m，整體為桁架結(jié)構(gòu)。槽鋼采用背靠背連接，中間設(shè)置10 mm厚的加勁板和連接板。

主平臺(tái)在整個(gè)平臺(tái)中受力最大，整個(gè)模板為橢圓形，上口大、下口小，錐度為0.6%。模板設(shè)計(jì)腰線至頂拱模板長(zhǎng)度為150 cm，腰線至底板模板長(zhǎng)度為120 cm，模板厚度為6 mm。模板支撐為桁架結(jié)構(gòu)，采用交叉式腹桿體系，其特點(diǎn)是腹桿可以承受變向荷載，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛度。模板與桁架接觸為空間扭曲線，采用無(wú)縫鋼管可保證模板與桁架貼實(shí)，保證混凝土澆筑過(guò)程中模板不會(huì)發(fā)生變形。

1.2 牽引機(jī)具及設(shè)施

牽引機(jī)具及設(shè)施主要由鋼絞線及連接器、千斤頂、液壓油泵、控制系統(tǒng)、P38軌道組成。

圖1 斜井滑模系統(tǒng)布置

鋼絞線φ15.24 mm，最小破斷拉力為250 kN，每束鋼絞線由8根組成。為方便施工，上彎段鋼絞線采用連接器連接。兩束鋼絞線距離為5.0 m，錨固端錨深為15 m，錨固水泥漿水灰比為0.4。通過(guò)對(duì)模體詳細(xì)受力分析，提升最大拉力為700 kN，鋼絞線總計(jì)最小破斷拉力為4 000 kN，提升安全系數(shù)為5.7。鋼絞線強(qiáng)度滿足滑?；炷潦┕ひ?guī)范要求。

斜井混凝土成型尺寸精度主要由軌道安裝精度控制，采用P38型軌道。測(cè)量員采用全站儀全程放線和監(jiān)控，軌道支撐為 “人”字形普通桁架，施工速度較快，整體結(jié)構(gòu)可靠、穩(wěn)定。

液壓提升機(jī)具由2臺(tái)LSD1000-250型 （公稱油壓25 MPa）千斤頂、1臺(tái)LSDB1000液壓泵站 （主頂油路31.5 MPa，夾持油路10 MPa）、1套LSDKC-6控制系統(tǒng)及高壓油管組成。

1.3 運(yùn)料小車系統(tǒng)

運(yùn)料小車系統(tǒng)主要由10 t變頻雙繩雙筒卷?yè)P(yáng)機(jī)、鋼絲繩、限載裝置、平衡油缸及鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)料小車組成。

10 t變頻雙繩雙筒卷?yè)P(yáng)機(jī)配6×19絲、φ32（鋼芯）鋼絲繩牽引鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)料小車，小車質(zhì)量為4.5 t，10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)布置在上平段。

根據(jù)SL 398—2007《水利水電工程施工通用安全技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，對(duì)于提升設(shè)施應(yīng)設(shè)置超載保護(hù)裝置、限速保護(hù)裝置、斷繩保護(hù)裝置及上、下限位裝置。

（1）限載保護(hù)裝置。在上彎段與斜洞段折點(diǎn)處設(shè)置，主要由承重傳力機(jī)構(gòu) （滑輪、平臺(tái)）、高精度稱重傳感器、控制器、稱重顯示儀表等4個(gè)主件組成。當(dāng)小車載重超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)控制器將數(shù)據(jù)傳輸至顯示儀上。

（2）限速保護(hù)裝置。選擇變頻卷?yè)P(yáng)機(jī)，可根據(jù)調(diào)整卷?yè)P(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)頻率調(diào)整卷筒轉(zhuǎn)速。

（3）斷繩保護(hù)裝置。采用雙繩雙筒。為防止小車傾斜，在鋼絲繩與小車連接點(diǎn)處設(shè)置液壓平衡油缸，保證牽引小車的2根鋼絲繩受力相等。

（4）限位裝置。在軌道斜洞段與上彎段折點(diǎn)和滑模臺(tái)車上設(shè)置限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)小車車輪與限位開(kāi)關(guān)發(fā)生接觸時(shí)，限位開(kāi)關(guān)切斷控制柜內(nèi)卷?yè)P(yáng)機(jī)電源。

2 混凝土澆筑施工過(guò)程控制要點(diǎn)

2.1 混凝土拌制

在混凝土拌和樓設(shè)置保溫棚，對(duì)混凝土拌和系統(tǒng)進(jìn)行全封閉保溫，腳手架管外側(cè)鋪設(shè)棉被和用塑料布封閉，提高拌和樓內(nèi)溫度；對(duì)骨料、水泥及拌和用水進(jìn)行提前預(yù)熱，用鍋爐加熱拌和用水，提高混凝土出機(jī)溫度。

2.2 洞內(nèi)保溫

由于斜井高差較大，冬季洞內(nèi)外溫差較大，空氣對(duì)流較為明顯。因此，對(duì)洞內(nèi)需進(jìn)行隔離保溫。在模板上設(shè)置加熱板，提高混凝土養(yǎng)護(hù)溫度，使初凝時(shí)間減短。

2.3 混凝土運(yùn)輸

采用2臺(tái)12 m3混凝土攪拌車進(jìn)行運(yùn)輸，為減小混凝土運(yùn)輸過(guò)程中溫度損失較大，對(duì)混凝土攪拌車用棉被進(jìn)行保溫。

2.4 調(diào)整配合比

混凝土澆筑前，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行貫入阻力試驗(yàn)，測(cè)試不同溫度下混凝土未加外加劑和加入早強(qiáng)劑參數(shù)的初凝時(shí)間試驗(yàn)，并根據(jù)洞內(nèi)實(shí)際氣溫情況靈活調(diào)整，選擇合理參數(shù)，降低了初凝時(shí)間，保證模板滑升順利。

2.5 滑模提升控制

在首次進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，當(dāng)澆筑時(shí)間接近混凝土初凝時(shí)間時(shí)，進(jìn)行模體初滑，滑升2～3 cm左右，以防止模體被混凝土粘牢。直至模體澆滿混凝土后，進(jìn)入正常滑升。正常澆筑每次模體滑升為5 cm左右，澆筑速度必須滿足模體滑升速度要求。

對(duì)于承重的頂拱部分，根據(jù)取得的混凝土不同時(shí)間的強(qiáng)度試驗(yàn)決定滑升時(shí)間。由于初始脫模時(shí)間不易掌握，必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣試驗(yàn)來(lái)確定。脫模強(qiáng)度約0.3～0.5 MPa，一般模板滑升速度不得大于10 cm/h，遵循 “多動(dòng)少滑”的原則?；^(guò)程中，設(shè)有有滑模施工經(jīng)驗(yàn)的專人觀察和分析混凝土表面，確定合適的滑升速度和滑升時(shí)間?；^(guò)程中能聽(tīng)到 “沙沙”聲，出模的混凝土無(wú)流淌和拉裂現(xiàn)象；混凝土表面濕潤(rùn)不變形，手按有硬的感覺(jué)，指印過(guò)深應(yīng)停止滑升，以免有流淌現(xiàn)象；若過(guò)硬則要加快滑升速度?；^(guò)后，在用抹子將不良脫模面抹平壓光。

2.6 滑模糾偏措施

軌道及模板制作安裝的精度是斜井全斷面滑模施工的關(guān)鍵。模板滑升時(shí)，應(yīng)指派專人檢測(cè)模板及牽引系統(tǒng)的情況，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)告，認(rèn)真分析其原因并找出對(duì)應(yīng)的處理措施。

LSD1000千斤頂設(shè)有位移傳感器，主控臺(tái)可采取對(duì)千斤頂分動(dòng)方式進(jìn)行調(diào)整。模體的水平偏差可用此調(diào)整；垂向偏差依靠精確的軌道鋪設(shè)來(lái)控制。糾偏措施具體如下：

（1）滑模多動(dòng)少滑。技術(shù)員經(jīng)常檢查中梁及模板組相對(duì)于中心線是否有偏移，始終控制好中梁及模板組不發(fā)生偏移。

（2）保證下料均勻，兩側(cè)高差最大不得大于40 cm。當(dāng)下料原因?qū)е履０宄霈F(xiàn)偏移時(shí)，可適當(dāng)改變?nèi)雮}(cāng)順序，并借助于手動(dòng)葫蘆對(duì)模板進(jìn)行調(diào)整。

（3）在模體中梁設(shè)一個(gè)水準(zhǔn)管，當(dāng)模體發(fā)生偏移時(shí)，可通過(guò)觀察水準(zhǔn)管判斷模板偏移方向，并采取措施調(diào)整偏差。

（4）每滑升6 m對(duì)模板進(jìn)行一次測(cè)量檢查，發(fā)現(xiàn)偏移及時(shí)糾正。

2.7 抗浮處理

在下三角體混凝土澆筑過(guò)程中，因先澆筑底板部位，混凝土浮托力較大，模體上浮。為確保襯砌后尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，在臺(tái)車就位時(shí)采用2條5 t導(dǎo)鏈將后支腿鎖在軌道上，臺(tái)車提升前將導(dǎo)鏈松開(kāi)，提升結(jié)束后再將導(dǎo)鏈鎖緊，如此反復(fù)進(jìn)行直至進(jìn)入全斷面。全斷面澆筑過(guò)程中，下料順序?yàn)橄软敼昂蛢蓚?cè)，再底板。下料不應(yīng)過(guò)于集中，高度須小于40cm。

2.8 混凝土控制

倉(cāng)面驗(yàn)收之后，混凝土下料前先用水泥砂漿濕潤(rùn)溜槽?；炷寥雮}(cāng)時(shí)應(yīng)盡量使混凝土先低后高進(jìn)行，使混凝土均勻上升，并注意分料不要過(guò)分集中，每次澆筑高度以30 cm為宜，最大不得超過(guò)40 cm。兩側(cè)邊墻及頂拱的混凝土應(yīng)均衡上升，下料時(shí)應(yīng)及時(shí)分料，嚴(yán)禁局部堆積過(guò)高，以防止一側(cè)受力過(guò)大而使模板、支架發(fā)生側(cè)向位移。

下料時(shí)對(duì)混凝土的塌落度應(yīng)嚴(yán)格控制，一般在10～14 cm之間，也要根據(jù)氣溫等外部因素的變化而作調(diào)整。對(duì)塌落度過(guò)大或過(guò)小的混凝土嚴(yán)禁下料，既要保證混凝土輸送不堵塞，又不至于料太稀而使模板受力過(guò)大變形，延長(zhǎng)起滑時(shí)間。

為保證混凝土成型質(zhì)量，若倉(cāng)內(nèi)有滲水時(shí)應(yīng)安排專人及時(shí)將水排出，以免影響混凝土質(zhì)量及模板滑升速度。嚴(yán)格控制好第一次滑升時(shí)間。滑模進(jìn)入正?；A段后，可利用臺(tái)車下部的抹面平臺(tái)對(duì)出?；炷撩孢M(jìn)行抹面壓光。

選用軟軸式振搗器，避免直接接觸止水片、鋼筋、模板，對(duì)有止水的地方應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)振搗時(shí)間。在振搗第一層混凝土?xí)r，振搗棒的插入深度以振搗器頭部不碰到基巖或老混凝土面，相距不超過(guò)5 cm為宜；振搗上層混凝土?xí)r，則應(yīng)插入下層混凝土5 cm左右，使上、下兩層結(jié)合良好。振搗時(shí)間以混凝土不再顯著下沉，水分和氣泡不再逸出并開(kāi)始泛漿為準(zhǔn)。振搗混凝土?xí)r應(yīng)嚴(yán)防漏振，模板滑升時(shí)嚴(yán)禁振搗混凝土。

2.9 滑模安裝及拆除

臺(tái)車在加工預(yù)組裝后，由載重汽車運(yùn)至下平段，利用提前安裝好的天錨組裝。臺(tái)車及提升系統(tǒng)組裝和調(diào)試完畢后，利用臺(tái)車千斤頂將臺(tái)車提升至斜洞段，對(duì)模體進(jìn)行最后的調(diào)試和糾偏。待模體滑升至上彎段起點(diǎn)后，進(jìn)行滑模拆除。延長(zhǎng)軌道至上平段，在上平段安裝1臺(tái)1 t卷?yè)P(yáng)機(jī)，并配置一臺(tái)簡(jiǎn)易鋼結(jié)構(gòu)小車，負(fù)責(zé)運(yùn)輸設(shè)備和拆除模體的材料。由下而上拆除主平臺(tái)，即由尾部平臺(tái)開(kāi)始逐層向上進(jìn)行。當(dāng)臺(tái)車質(zhì)量小于10 t時(shí)，利用上平段的10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)將臺(tái)車鎖住后，將原提升系統(tǒng)設(shè)備拆除并運(yùn)至上平段。最后，將剩余的模體全部拆除并運(yùn)至上平段。

3 結(jié)語(yǔ)

蒲石河抽水蓄能電站斜井滑模臺(tái)車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，模體滑升時(shí)偏心力矩小，安全可靠。該系統(tǒng)運(yùn)行連續(xù)、穩(wěn)定、施工效率高，最高日進(jìn)尺達(dá)到8 m。襯砌混凝土成型準(zhǔn)確、外觀質(zhì)量好，有效地保證了混凝土施工質(zhì)量?；Ｏ到y(tǒng)的千斤頂上、下2層夾持器具有自鎖和手動(dòng)鎖定功能，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，是高水頭、大洞徑、長(zhǎng)斜井混凝土襯砌的首選方案。歸納起來(lái)，斜井應(yīng)用滑模核心經(jīng)驗(yàn)有以下幾點(diǎn)：

（1）斜井軌道的安裝要精確。

（2）務(wù)必在下平段組裝臺(tái)車時(shí)就將模板角度和尺寸調(diào)整準(zhǔn)確，進(jìn)入斜洞段后調(diào)整較為困難，且施工時(shí)間較長(zhǎng)。

（3）堅(jiān)持 “多動(dòng)少滑”，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。建議冬季嚴(yán)寒地區(qū)斜井混凝土不宜采用滑模方式進(jìn)行施工。

（4）配備有經(jīng)驗(yàn)的施工人員，把安全和質(zhì)量規(guī)定落實(shí)到人，并有專業(yè)人員對(duì)液壓系統(tǒng)和卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)。