變徑豎井滑模襯砌施工技術

李 霞

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程特點

陽江抽水蓄能電站設置有兩個調(diào)壓井，分別為上游調(diào)壓井與尾水調(diào)壓井，結(jié)構復雜，均為變徑豎井結(jié)構。上游調(diào)壓井主要包括與引水上平洞連接管和豎井段，豎井段總深度83.94m，小井段襯砌后直徑7.5m，升管段襯砌后直徑16m，大井段襯砌后直徑20m，詳見圖1。尾水調(diào)壓井主要包括尾水隧洞連接管段和豎井段，底部連接管段長19.35m，豎井段總深度146.1m(不含底部平洞)，襯砌高度142.1m(穹頂不襯砌)，底部連接管段襯砌后直徑7.5m，小井段襯砌后直徑7.5m，升管段襯砌后直徑16m，詳見圖2。

圖1 上游調(diào)壓井井身縱剖面

圖2 尾水調(diào)壓井井身縱剖面

陽江抽水蓄能電站調(diào)壓井結(jié)構尺寸差距較大，存在不同直徑滑模，設計難度較高，變徑部位施工工藝較為復雜，變徑豎井與上下平洞相貫混凝土施工技術難度較大的問題，因此，如何快速、安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成變徑豎井混凝土襯砌施工，顯得尤為重要。運用傳統(tǒng)的施工方法存在安全風險高、施工質(zhì)量不易保證、施工成本高，故此需要對變徑豎井襯砌混凝土施工工藝進行創(chuàng)新。

2 變徑豎井滑模襯砌施工技術

2.1 施工工藝流程

施工準備→滑模組裝→溜管安裝及拆除→鋼筋制安→混凝土拌制及運輸→混凝土入倉及振搗→滑?；婕梆B(yǎng)護→變徑段滑模二次組裝→重復滑模混凝土施工→滑模拆除。

2.2 施工方法

2.2.1 施工準備

2.2.1.1 變徑滑模設計

(1)整體結(jié)構：調(diào)壓井滑模由模板及支撐系統(tǒng)、液壓爬升系統(tǒng)和混凝土下料系統(tǒng)三部分組成，其中模體分上、中、下三層平臺，上層平臺為鋼筋平臺，中層為澆筑平臺，下層為抹面平臺。上游調(diào)壓井與尾水調(diào)壓井共用一套滑模系統(tǒng)，小井段提升架布置12個，大井段、升管段提升架布置24個。

(2)模板及支撐系統(tǒng)：整個模體采用水平布置，面板部分為圓柱形筒形結(jié)構，模板高1.4m，采用4mm×50mm×1400mm弧形鋼模板拼裝而成，依靠上下兩道圍圈支撐，圍圈采用槽鋼彎制而成，面板部分主要依靠鋼模板自身剛性抵抗混凝土側(cè)壓力。為保證模體滑升順利，在模體制作時，在設計結(jié)構尺寸基礎上滑模頂口直徑應比底口大5mm，讓模體呈倒錐形，以利于滑升。面板內(nèi)部采用角鋼桁架系統(tǒng)做輻射梁，形成支撐系統(tǒng)，同時形成澆筑平臺，上部滿鋪3mm厚花紋鋼板。支撐系統(tǒng)與提升架S8.8級高強螺栓連接，兩層支撐系統(tǒng)之間采用鋼管焊接連接，形成模體的支撐體系。調(diào)壓井滑模整個模體分上下兩層制作，運至施工作業(yè)面，再現(xiàn)場組裝。

(3)液壓爬升系統(tǒng)：模體爬升系統(tǒng)主要由提升架、液壓穿心式千斤頂和液壓操控臺組成，其中提升架由橫梁和鋼絞線組成，兩根橫梁為一組，中間夾立桿焊接連接，立桿與模體主體結(jié)構焊接，分別連接圍圈和輻射梁，利用提升架將模體的支撐系統(tǒng)和面板部分連接成一個整體。液壓穿心式千斤頂型號為QYD-60型，采用螺栓固定于提升架橫梁上，千斤頂中心位于環(huán)形襯砌鋼筋外側(cè)，通過高壓油管與液壓操控臺相連，通過液壓操控臺開關油路來控制千斤頂?shù)呐郎?/p>

(4)下料系統(tǒng)：在模體主平臺上利用槽鋼和工字鋼搭設下料平臺，在平臺下鋪設溜槽分別通向邊墻四周，另有一道溜槽與井口接到澆筑面的溜管相接，混凝土由該溜槽通過集料斗分別與通往邊墻四周的溜槽連接，將混凝土輸送到倉面內(nèi)。

(5)裝配式輻射梁：變徑豎井滑模施工不同襯砌直徑部位，輻射梁的長度不一致，通過改變輻射梁長度滿足滑模施工的通用性，同時滿足現(xiàn)場安裝需要，標準輻射梁長度1.0m。輻射梁節(jié)段采用S8.8級高強螺栓連接，提升架與輻射梁、圍圈采用螺栓連接以滿足重復拆裝使用要求。通過將輻射梁設計成裝配式施工，有效實現(xiàn)變徑滑模系統(tǒng)在變徑部位的滑模體系轉(zhuǎn)換，巧妙化解變徑豎井滑模施工不能共用一套滑模系統(tǒng)的難題，同時利用BIM技術對模板參數(shù)進行精細化控制。

2.2.1.2 其他準備工作

豎井襯砌放樣采用全站儀配合激光自動補償天底儀，進行豎井襯砌放樣?？勺詣友a償傾斜誤差的功能，從而保證了測量的精度；根據(jù)原材料的性能、混凝土技術要求進行配合比計算，并通過試驗室配、調(diào)后確定配合比。變徑豎井滑模結(jié)構在加工廠內(nèi)試拼并進行結(jié)構尺寸、焊縫、高強螺栓連接檢查驗收，進行滑模爬升液壓站及爬升器負荷試驗驗證，保證爬升系統(tǒng)的可靠性；井口平臺及載人、載物提升系統(tǒng)沿用開挖支護階段的設施。

2.2.2 滑模組裝

2.2.2.1 場地找平

滑模安裝場地設置在豎井下平洞底板，采用上部15t卷揚機作為提升設備，輔助安裝滑模，將模板范圍以內(nèi)50cm寬的范圍找平。

2.2.2.2 滑模各結(jié)構件安裝順序

測量放樣標出結(jié)構物設計軸線→組裝輻射梁和筒心→安裝提升架→安裝平臺梁→安裝千斤頂及油泵→安裝模板→安裝液壓系統(tǒng)并調(diào)試→安裝分料平臺→安裝抹面平臺[1]。

2.2.2.3 輻射梁、筒心、支撐安裝

安裝時必須保證安裝面水平。根據(jù)滑模結(jié)構圖，在滑模安裝中，部分區(qū)域可采用枕木、木塊模墊平，利用15t卷揚機將框架梁吊放到中心位置，調(diào)平、找正置于墊層上，固定平穩(wěn)主梁。桁架主梁分為主桁架、副桁架，安裝順序由中間到兩邊，并且要均勻?qū)ΨQ安裝。

2.2.2.4 提升架、圍圈安裝、液壓系統(tǒng)安裝

將提升架安裝于輻射架端部，再把圍圈放在提升架支托上安裝，并檢查、調(diào)整提升架的位置、垂直度和千斤頂?shù)鬃乃蕉取０惭b支撐桿和千斤頂，保證位置準確、支承桿垂直。安裝液壓控制臺并按要求排布油路、電路。液壓爬升系統(tǒng)主要由液壓泵站、爬升器、管路、鋼絞線及固定支座等組成。鋼絞線從爬升器中間穿過，用鉚座固定于井口支架上，安裝水平、垂直度測量儀器。安裝完畢檢驗合格后，進行液壓系統(tǒng)調(diào)試。

2.2.2.5 模板、支撐安裝

模板通過槽鋼與框架梁連接。利用上平洞15t卷揚機及手動葫蘆吊裝調(diào)整，吊運時應輕拿輕放，防止碰撞，以保證模板不損壞變形，模板對稱吊裝，待模板就位、調(diào)整后焊接牢固。模板安裝后，在支承框架也安裝到位的基礎上，把相對應的支撐千斤裝上并撐緊就位模板，各區(qū)模板間用焊接。模板就位后，必須保證每塊模板有3‰的下錐度，即上部較下部大4mm。整個模板安裝就位后，對各連接件做一次全面的檢查。滑模安裝允許偏差詳見表1。

表1 滑模安裝允許偏差

滑模組裝結(jié)構偏差采用尺量方式進行，模板中心線與相應結(jié)構截面中心線位置采用全站儀檢查，水平度及垂直度偏差采用水平儀進行檢查。

2.2.2.6 抹面平臺安裝

利用15t卷揚機將滑模整體懸吊起，組裝抹面平臺，抹面平臺采用高強螺栓組裝連接，現(xiàn)場拼裝就位并檢查螺栓是否擰緊。

2.2.3 溜管安裝及拆除

溜管采用DN200鋼管，壁厚8mm，單節(jié)長度不超過2.0m，每節(jié)溜管之間采用法蘭盤連接(厚度22mm)，溜管每18m安裝一個H型緩沖器(詳見圖3)，混凝土從左側(cè)溜管流入緩沖器，混凝土高度超過隔板后翻入緩沖器右側(cè)，再流至下一節(jié)溜管。依次循環(huán)，流入混凝土倉號。豎井內(nèi)部間隔6m設置2φ22mm、L=300cm錨桿外露50cm，將外露錨桿與溜管焊接牢固。溜管在井口采用2根鋼絲繩懸吊，且每節(jié)溜管均用U型扣固定于鋼絲繩上，U型扣螺母扭緊后采用22#鉛絲捆緊防止螺母松脫。溜管利用井口安裝的卷揚機升降，井口平臺分節(jié)安裝并分段吊裝至溜管安裝位置后與井壁錨桿固定，直至溜管全部安裝完成。

圖3 H型緩沖器結(jié)構

隨著滑?；揭欢ǜ叨葧r，需要拆除溜管，溜管采用井下拆除方式。拆除時人員乘坐罐籠到達拆除部位，采用1t手動葫蘆配鋼絲繩把需拆除的單節(jié)溜管懸吊在罐籠上，人工拆除螺栓后利用葫蘆將溜管放至下部滑模平臺。

2.2.4 鋼筋制安

鋼筋制作完成后采取逐根編號的方式以防止出現(xiàn)混亂，鋼筋采用矩形鋼筋吊籠+卷揚機運輸，在井口下平臺下方設置重錘限位器，當鋼筋吊運吊籠超過限位位置后，自動切斷卷揚機電源，制動鎖定。

鋼筋安裝前，首先進行精確地測量放樣，然后根據(jù)測量點放線標點，定點、定位安裝。搭設骨架支撐鋼筋后，再按主要受力鋼筋和分布鋼筋的布局走向按順序先后將鋼筋穿插成型。對于底層的或前后左右相鄰的先澆混凝土塊所露出的鋼筋接頭，需要用特制的扳手調(diào)直校正，才能進行新的鋼筋安裝。鋼筋接頭按施工圖紙規(guī)定采用焊接或綁扎搭接，主筋接頭采用焊接。鋼筋制安完成后，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理驗收合格后才可進行下一工序。

2.2.5 混凝土拌制及運輸

混凝土的拌制必須嚴格按試驗室配料單上確定的配合比進行，不得隨意更改?；炷猎诎韬蠘前韬煤?，用9m3攪拌車運至施工現(xiàn)場。豎井混凝土經(jīng)溜管輸送，從井口通過溜管下溜至井底。因混凝土配合比參數(shù)對豎井混凝土澆筑影響較大，施工中需根據(jù)氣候條件及井深不斷優(yōu)化調(diào)整?；炷翝仓埃槍Π柚苹炷吝M行配合比生產(chǎn)性試驗，再根據(jù)現(xiàn)場實際情況適當調(diào)整配合比，選擇初凝時間較長配合比。

2.2.6 混凝土入倉及振搗

混凝土下料前先濕潤溜槽、溜管。澆筑第一倉混凝土前，應在老混凝土面上鋪一層2cm～5cm水泥砂漿，混凝土均勻上升，高差不得超過30cm，按一定方向、次序分層、對稱平倉，分層高度30cm[2]。下層混凝土初凝前需要完成上層混凝土覆蓋及振搗，混凝土入倉下落高度不大于2.0m[3]，嚴禁直接沖擊滑模。嚴格控制混凝土的坍落度，入倉坍落度控制在160mm～180mm，同時也需要根據(jù)氣溫等外部因素的變化對入倉混凝土坍落度做出調(diào)整?；炷敛捎密涊S振搗器對稱振搗，混凝土振搗棒距模板20cm，嚴禁觸動鋼筋、止水和滑模。

2.2.7 滑?；?/p>

2.2.7.1 滑模試滑

試滑升是為了觀察混凝土的實際凝結(jié)情況，以及底部混凝土是否達到出模強度。首批入模的混凝土分層連續(xù)澆筑至40cm～60cm高后，當混凝土強度達0.2MPa～0.3MPa時，便開始滑模試滑升。試滑升要緩慢進行，滑升過程中需對液壓裝置、模板結(jié)構以及有關設施的負載條件下作全面的檢查，若發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

滑模試滑按以下步驟進行[4]：第一次澆筑3cm～5cm厚的水泥砂漿(目的是使新老混凝土面能較好地結(jié)合)；接著按分層厚度30cm澆筑2層，厚度達到60cm時，開始試滑升5cm，檢查脫模的混凝土凝固是否合適；第四層澆筑后試滑升20cm；繼續(xù)澆筑第五層又試滑升15cm～20cm；第六層澆筑后試滑升15cm～20cm。若滑模試滑無異?，F(xiàn)象，便可進行滑模正?；?。

2.2.7.2 滑?；?/p>

滑模正常滑升時應控制速度為15cm/h～30cm/h，每次滑升5cm～10cm，控制日滑升高度為3.0m～8.0m。正?；龝r，若脫?；炷劣辛魈?、坍塌、表面呈波紋狀，說明混凝土脫模強度低，需要放慢滑升速度；若脫模混凝土表面不濕潤、手按有硬感、伴有混凝土表面被拉裂現(xiàn)象，則說明脫模強度高，需要加快滑升速度[5]?；仓两咏Q井頂時放慢滑升速度，準確找平混凝土?；炷翝仓Y(jié)束后，模板繼續(xù)上滑，直至混凝土與模板完全脫開為止[6]。滑?；^程應遵循“多動少滑”，盡量保持滑模平衡。滑?；龝r，采用PE管裝水，利用連通器原理，進行滑模水平度觀測，滑升過程盡量保持滑模水平?；；^程每日需利用頂部安裝激光投點儀進行定位測量。

2.2.8 抹面、養(yǎng)護

混凝土抹面前應充分地做好防水措施，嚴禁有滲水、滴水浸蝕混凝土面，并用直尺和弧形靠尺檢查混凝土表面平整度和曲率。在抹面時需要特別注意接口位置，消除錯臺，并使其平整，曲面滿足曲率要求。在抹面時如發(fā)現(xiàn)混凝土表面已初凝，而缺陷未消除，應停止抹面，并及時通知相關部門，待混凝土終凝后按缺陷處理的相關規(guī)定進行修補[7]。

變徑豎井滑?；炷聊婕俺跄蠹皶r養(yǎng)護，在抹面平臺底部周圍設置一道PVC管，并在PVC管上按每20cm間距鉆孔，長流水自動養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不得少于28d，有特殊要求的部位宜適當延長養(yǎng)護時間。養(yǎng)護應有專人負責，并應做好養(yǎng)護記錄。

2.2.9 變徑段滑模二次組裝

變徑部位滑模待下一段滑模施工完成后進行，但鋼絞線提升受力系統(tǒng)不能拆除。安裝流程如下：拆除滑模模板→安裝剩余輻射梁(不同直徑豎井輻射梁數(shù)量不同)→安裝提升架→安裝圍圈→安裝鋼絞線及千斤頂→拆除小井段提升架及千斤頂→接長輻射架→安裝提升架→安裝鋼絞線及千斤頂→完成滑模安裝及體系轉(zhuǎn)換。拆除提升架及千斤頂需對稱進行，并及時完成變徑后提升受力系統(tǒng)方可進行下一次施工，每次拆除及安裝提升架、千斤頂不得超過2個。及時完成受力系統(tǒng)轉(zhuǎn)換并正常受力后方可進行下一次施工?；Ｌ嵘到y(tǒng)形成后進行卸料平臺擴大施工，最后進行抹面平臺重新安裝，其施工方法同滑模組裝施工。

2.2.10 重復滑模混凝土施工

變徑段滑模二次組裝驗收合格后重復進行滑?；炷潦┕?。

2.2.11 滑模拆除

滑模拆除流程：滑模平臺清理→拆除模板→下方滑?！鸪嫫脚_→拆除分料平臺→拆除模板→拆除液壓系統(tǒng)→拆除千斤頂及油泵→拆除安裝平臺梁→拆除提升架→拆除支撐平臺→拆除輻射梁和筒芯。

拆除施工前，應清楚拆除范圍內(nèi)的材料和設備，切斷通往該拆除部位的電源。拆除區(qū)域周圍設立圍欄，掛警告牌，派專人監(jiān)護，嚴禁無關人員逗留。拆除時應按自上而下的順序進行，當拆除其中一部分的時候應防止其他部分倒塌或掉落鋼模的連接件。所拆材料應通過轉(zhuǎn)接方式或利用塔吊協(xié)助，嚴禁隨手拋擲。拆除期間，要保證上下通訊暢通，接收傳話一定要確認無誤后，再做出相應的決定。

2.3 質(zhì)量控制要點

(1)嚴把原材料檢驗關，生產(chǎn)過程中的計量、攪拌、運輸、澆筑、養(yǎng)護等各環(huán)節(jié)，嚴格按規(guī)范操作。

(2)鋼筋應與圍巖支護時所用的錨桿牢固連接，防止變形、錯位，在鋼筋綁扎前應測量準確。

(3)采用激光自動補償天底儀嚴格控制滑模中心，保證滑模位置準確。自動水平儀控制滑模左右側(cè)高差，確?；４怪倍葴蚀_。

(4)埋件采取有效的加固措施以防止其在混凝土澆筑期間發(fā)生偏移。

(5)混凝土在保證質(zhì)量和坍落度的前提下，摻加減水劑，降低水灰比，提高混凝土抗壓強度。

(6)保證混凝土表面平整度和光潔度，使用優(yōu)質(zhì)的模板。

(7)根據(jù)澆筑部位鋼筋密集程度選擇合理的混凝土配合比、級配；采取合理的入倉方式，混凝土入倉后立即振搗，振搗采用高頻振搗器并輔以軟軸振搗器；振搗過程中，防止振搗器直接沖擊模板和埋件，以免造成模板損壞和埋件移位。

(8)加強混凝土澆筑的過程控制，隨時進行模板變形監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)模板變形及時調(diào)整。

(9)滑?；^程中嚴格控制滑模垂直度及中心偏移，每次滑升后及時檢查及糾偏。

3 結(jié)語

陽江抽水蓄能電站調(diào)壓井，除利用BIM技術對模板參數(shù)、滑?；齾?shù)進行精細化控制外，采用創(chuàng)新的變徑豎井滑模襯砌施工工藝，上游調(diào)壓井節(jié)約施工工期近4個月，混凝土施工單元評定優(yōu)良率92.6%，尾水調(diào)壓井節(jié)約施工工期約3個月，混凝土施工質(zhì)量單元評定優(yōu)良率93.5%。變徑豎井滑模襯砌施工技術在陽江抽水蓄能電站調(diào)壓井的成功應用，取得良好的經(jīng)濟社會效益，可為國內(nèi)水電站行業(yè)變徑施工提供參考及借鑒，具有較高的推廣應用前景。