地下洞室90°弯管、竖井可转换滑模施工

地下洞室90°弯管、竖井可转换滑模施工

罗宁

中国水利水电第七工程局有限公司四川成都610081

摘要：本文以海蓄尾水调压室施工方案为例，主要阐述该工程地下室90°弯管、竖井可转换滑模施工技术，对其关键的施工工艺进行重点分析，希望对同行相关案例有一定的参考价值。

关键词：海蓄电站尾水调压室；滑模施工技术；模体结构；施工工艺

水工建筑中因考虑水流流态的作用，在引水或输水结构中常常需要弯段进行流态的过渡，在大型结构中或高水头结构中，弯段的施工质量、工期常常制约工程的进展；常规的施工方法如满堂脚手架、脚手架+定性模板等；采用常规施工，施工工期长、安全风险大，混凝土面缺陷多，尤其底部的气泡、水纹、表面砸伤等处理难度大，借鉴竖井、斜井及平洞滑模的成功经验，本工程弯管采用滑模施工。

1工程概况

海蓄电站尾水调压室为地下埋藏式，高122.102m，底部高程EL175.648m，顶部高程EL297.75m，尾调室由上而下分为穹顶段、大井段、小井段、90弯管段和水平段；大井段高74.5m，大井为半径9.0m的圆；小井段高21.602m，90°弯管段弧长23.55m（中心半径为15.0m），水平段长11.088m，小井及弯段为半径3.25m的圆；

洞室围岩由微风化～新鲜状的砂岩、砂砾岩组成。洞室中围岩以Ⅱ～Ⅲ1类为主，洞壁上有地下水浸润现象，地下水活动对运行期洞室稳定有一定的不利影响。Ⅱ～Ⅲ1类围岩采用随机锚杆+喷混凝土进行支护；Ⅲ2类围岩采用系统锚杆+挂网喷混凝土进行支护；由于Ⅳ类围岩位于顶拱部位，主要是薄层掉块的破坏型式，采用加密加长系统锚杆+挂网喷混凝土进行支护。

2模体结构及说明

2.1结构组成

双重滑模台车包括：受力骨架结构、模板结构、牵引结构，见结构图1。

图1双重台车剖面结构图图2受力骨架结构平面图

（1）受力骨架结构

受力骨架包括弧面梁、上下横梁、上下平台梁、斜支撑加强连接杆。具体见图2、图3.

图3受力骨架结构剖面图图4模板结构剖面图

弧面梁采用I16工字钢，工厂冷弯加工制作，上、下横梁I16工字钢，现场下料拼装焊接，弧面梁立柱采用I16工字钢，工厂下料；平台梁采用I16工字钢，弧面梁斜支撑采用［10槽钢；

（2）模板结构

模板结构由模板、围圈、围圈支撑梁三部分组成；

模板选用模板采用δ=3.5mm钢板，经计算弯曲加工成模型，现场平装打磨；围圈选用I16工字钢冷弯制作而成；围圈支撑梁采用16工字钢现场焊接。

（3）牵引结构

牵引结构由锚杆、旋转器、爬升杆、液压千斤及轨道、导向轮等组成。

牵引锚杆采用Φ32、L=2.5m，外露50cm；轨道锚杆采用Φ28、L=400mm外露500mm，孔内注浆，间排距为500×600mm；188根；与水平段相接部位的前8m锚杆孔入岩1.5米；爬升杆采用φ50、L=6.0m、δ=6mm钢管，钢管丝扣连接。

2.2台车的安装

第一步先进行导轨的锚杆施工，然后安装导轨托架及导轨；第二步进行弧面受力骨架结构组装：第三步进行进行轮架安装，完成受力骨架与轨道的安装；第四步进行模板结构安装；第五步进行临边、通道、工作平台的安全防护的完善。

3、关键施工工艺控制

3.1模体结构加工质量控制

（1）圆弧模板设计、加工质量控制

本工程为90°弯管滑模施工，模板的设计、加工质量关键，模板设计时需考虑的制约因素有：滑升时的摩阻力的大小、牵引力的大小、混凝土浇筑高度与混凝土浇筑时自流流淌覆盖长度及模板长度三者间的关系；综合上述因素模板设计成斜面结构，见模板结构图4；

模板结构设计完成后，满足基本基本需要功能，能否达到施工要求：采取三维模型分块计算尺寸，分块下料加工，焊接打磨成块；见图5.

图5模板加工结构图

图6混凝土现场试验成果

3.2混凝土性能试验

（1）、本实验目的：

通过现场试验，调配混凝土配合比，在满足混凝土设计强度、抗冻、抗融的前提下，通过调整混凝土胶凝材料与骨料，使其施工的混凝土既能满足混凝土泵送的最大极限塌落度，同时又能满足本工程实际需要的混凝土斜面分层浇筑锁需要的混凝土斜坡需要1:1.5~1：2。

表1混凝土配合比

（2）、试验材料：

混凝土强度：C30W6F100；中石：20~40mm；小石：5~20mm；砂：配合比见表1：

（3）、试验结论

现场试验效果图6，泵送混凝土塌落度6~8，满足混凝土泵送要求；

试验斜面分层浇筑坡度为1：2.7，未达到设计的1：1.5~1：2；通过改进滑模体端部构造措施弥补混凝土性能上的不足。

3.3牵引力设计控制

（1）牵引力设计

模板面积36m2，上半部面积13m2，混凝土自重45t，模体自重22t，摩阻力12t，配置4个5t液压千斤。

（2）爬杆轴线受力控制

牵引作用在受力骨架结构后，若不是沿爬杆轴向受力，会产生向上和向下的分力，分力的产生使得模体的受力更加复杂，产生向上分力时，滑升时将增加模体对顶拱混凝土的挤压，造成模体滑升过程中偏移；产生向下分力时将加大模体的摩阻力，造成滑升过程中的偏移；为此，采取在锚杆头、弧面梁上加装旋转器，保证爬升杆只受轴向力，旋转器通过采用钢板分别于锚杆、弧面梁焊接。

3.4模板滑升控制

（1）始滑段

模体安装调试完成后就位：就位以顶拱模板中线为基准线，模板中心与下平段顶拱边线重合，此时，模体伸入下平段内50cm，外露50cm，固定滑模体，用钢板、散装钢模板及木模板封闭下平段至滑模体间空隙；散装模板和木模板采用拉杆固定，底部预留滑模台车通道。

浇筑在顶拱模板内50cm后，拆除下平段端头处封堵模板，同时对脱模的混凝土进行外观检查，是否达到脱模强度，当混凝土强度达到0.5-0.8MPa后（受压可压出痕迹），混凝土表面湿润，开始混凝土滑升，滑升距离控制在5cm内，开始滑升时采取低速、高频，既每次滑升在5cm以内，间隔10分钟后再滑升5cm，直至滑升到20cm一个行程，然后再次进行端头模板封堵，继续下个循环混凝土浇筑。

（2）抗浮、抗偏

本套装置因结构的特殊构造形式，模板上下为不对称设计，模板顶部悬挑出底板面3.0m，下部模板前伸出上部模板6.0m，滑升时易造成前翘后坠，形成滑模不沿设计圆心轴线运动。

措施：模体前端导向轮抗浮设计，把轨道设计成槽型结构，导向轮安装在槽内，轨道通过锚杆作为支撑和抗拉拔的受力结构，导向轮在槽型轨道内运行既满足竖向受力的支撑，同时也满足行走时的抗拉拔力作用。模体后端设行走轮，行走轮设计在模体后端，对模板后悬部分在混凝土重力作用下的竖向力形成支撑平衡。

（3）混凝土斜面分层浇筑

滑模施工是保证混凝土施工具有连续性，以达到提高施工效率。本套设备施工难点之一混凝土的斜面分层长高比的控制：90°弯管段施工，随着高度的升高长高比在不断的变小，最后完全变化为竖井施工，根据混凝土现场试验和计算有差距，需要解决初始段混凝土浇筑时长高比，防止混凝土在浇筑到顶部时底部混凝土已经超过模板遮挡范围，采取在底部1.5m高范围加封端头模板，下部混凝土添加缓凝剂，延长混凝土的初凝时间，使其与顶拱混凝土具有相当的初拟时间，便于挡头模板的拆除和滑升。

（4）底板混凝土面缺陷处理

采用大模板施工后在底部混凝土面上均会留下气泡、水纹等缺陷；采用模体滑升后混凝土面尚留有的塑性采取人工抹面修补，每次滑升为20cm以内，以防止滑升进程过大混凝土边顶拱的自稳不足坍塌。

3.5导向轮与内层环向钢筋安装措施

导向轮安装在轨道上，轨道焊接在底板锚杆上，轨道作为台车滑行的导向控制线，同时兼有抗浮、承重的功能；轨道比混凝土面低8.0cm，台车的滑行与内层环向钢筋交叉，措施：钢筋提前加工，先安装完外层钢筋及内层纵向钢筋，然后进行导轨的接长安装，再进行内层环向钢筋安装，导向轮和底部模板之间的环向钢筋随滑模体向前滑行后及时安装，导向轮前行一段环向钢筋安装一段，为加快施工进度，该部位内层环向钢筋按设计图每米数量提前存放在轮架上，并采取临时固定。

3.6滑模体系转换

弧面模板从下弯段开始滑行至竖井直段时，在下湾时的底部一侧模板在交界面处开始于结构设计面脱离，因底面模板超前于顶面模板3.0m，此时顶面一侧模板距离竖井段还有3.0m的距离需要滑升，控制入仓混凝土的流向，使混凝土流向未浇筑到竖井结构线的仓位内，同时控制混凝土的浇筑层厚度，严防在该处形成薄层施工缝。

牵引系统的转换：弯管段滑升至竖井段时，滑模体继续采用锚杆牵引悬挂模体，弯管段混凝土滑完后，拆除弧面模板，安装竖井F架，安装竖井爬升杆（提前预埋在弯管段混凝土内），安装竖井模板，安装爬升液压系统，拆除锚杆牵引液压千斤顶；完成牵引一同转换。

混凝土在弯段和直段交界面处浇平后，通过混凝土内预埋件将模体结构临时固定，拆除弯段模板，再在平台梁上安装直段模板和混凝土溜筒、集料斗、旋转料斗及溜槽，安装完成后，进行直段滑模施工，直段滑模混凝土由上部经溜筒、集料斗、旋转料斗、溜槽对称均匀入模板，混凝土入仓达到模板的3分之2高度后开始竖井第一次滑升，每次行程3cm，连续滑升20cm后检查滑模各连接处、模板、千斤顶及铺助设施是否异常，发现异常立即处理。无任何问题后可连续滑升。

4工期效益对比分析

海蓄尾水调压室连接管竖井及90°弯管采用可转换滑模施工技术，从2017年4月1日开始，至5月18日完成滑模体拆除，完成混凝土浇筑872.8m3，实现了连接段45m长混凝土的滑模持续施工，与满堂脚手架施工相比工期提前34天，节约成本32.4万元。经济效益、工期对比表

5结束语

本套装置在海蓄尾调室连接管段设计使用，因受设计尺寸（直径5.5m）及场地限制（与主洞形成台阶），在始发段采用局部采用了端头封堵方式，需改进：借鉴其他工程成功经验，底部混凝土通过胶带机或提升设备采用常态混凝土进行浇筑，以提高斜面分层浇筑的高长比值，达到无需进行局部端头封堵；

本套装置的使用，改变了弯管段施工模式，尤其在结构尺寸较大的洞室使用时优势更为明显；具有施工进度快，施工效率高，施工质量平整光滑，混凝土内实外光，成型效果良好，体型精准的优点。该项技术成果获得国家专利，具有较高的推广价值。

作者简介：

罗宁（1972~）男，四川资中人，高级工程师，从事水利水电施工技术与管理工作。