气垫式调压室钢筋砼夹钢罩施工工法.doc

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气垫式调压室钢筋砼夹钢罩施工工法
卢建设 巩富
一、前言
山岭地区修建引水式发电站，因受地形限制，调压系统的调压井施工较为困难。如若采用气垫式调压室替代传统的调压井，其调压室高度可以大大降低，少受地形条件的限制并保护地表环境，还可布置在更接近厂房的位置，使引水洞在纵剖面上更接近于直线，缩短了引水洞的长度，减少了工程量和水头损失，并改善了机组的调节性能。
气垫式调压室又称封闭调压室、压气式调压室，是一种性能优越的水锤和涌波控制措施。它的工作原理是：调压室内一部分充水，在水面之上的密闭空间中充满高压空气，形成一个气垫，利用空气的压缩和膨胀性能来减小调压室内水位的涨落幅度。由成都勘测设计研究院设计的四川华能木座水电站气垫式调压室钢筋砼内夹钢罩衬砌（即顶拱和边墙两层砼中间夹一层厚12mm钢板，内层砼厚度40cm，外层砼厚度80cm），具有调压室内密闭性能好，安全可靠的特点，调压室开挖尺寸为72×18.3×13.0m，衬砌后为69.6×16.8×10.4m（长×宽×高）。施工时采用钢模台车、组合小钢模、汽车吊联合进行钢筋砼夹钢罩衬砌的施工方法，保证了工程质量和施工安全，加快施工进度，取得较好的经济效益和社会效益。在总结该工程施工经验后编写本工法。
二、工法特点
（一）施工场地受限，各工序之间相互干扰大。
（二）施工组织严密，协调性强。
（三）能保证工程质量，施工安全，施工速度快。
（四）施工工艺简单，重复施工，便于施工人员掌握。
（五）需较完整的配套机械设备，机械化程度高。
三、适用范围
（一）适用于气垫式调压室钢筋砼夹钢罩衬砌；
（二）对大洞径的地下工程亦有参考价值。
四、工艺原理
（一）边墙和端墙采用两台自行式钢模台车作为施工平台，同时进行打插筋孔插锚杆、安装钢筋、平压管安装、钢罩焊接、立模板、支撑模板、浇筑砼。
（二）顶拱部分用1＃台车进行打插筋孔插锚杆、安装钢筋、平压管安装，在2＃台车上部架设定型支撑、拱架和模板，台车和拱架支撑之间安设千斤顶，进行上下调整，便于顶拱模板立拆。
（三）3＃自行式平板台车，用来运载16t汽车吊进行钢板吊装，将16t汽车吊固定在平板台车，3＃台车可在1＃～2＃台车下穿行，需要移动时只需开动台车。
五、施工工艺
（一）工艺流程见图1。
（二）施工方法
1. 台车设计、制安
气垫式调压室开挖断面为72m×18.3m×13m（长×高×宽），衬砌后断面为69.6m×16.8m×10.4m（长×高×宽）,需要进行钢筋安装、平压管安装、钢罩安装、砼浇筑和模板拆装，施工相互干扰大，采用脚手架搭拆施工，势必影响工程进度。为加快施工进度，自行设计加工钢模台车,在气垫式调压室内铺设轨道，安设1＃、2＃自行式钢模台车，台车设计尺寸为10m×9m×14m（长×宽×高），台车顶部安设栏杆，满铺马道板，下部挂设安全网，台车上设有固定照明，上下爬梯，垂直砼泵管，电焊机，安全警示标志等，确保施工安全。
因气垫式调压室底板以下设有宽4m，高0～7.5m的斜中槽，吊车无法运行，设计安装3＃自行式平板台车，将16t汽车吊固定在台车上，3＃台车能在1＃、2＃台车下自由穿行，吊车需要移动时，只需开动3＃台车即可，既方便施工，又解决了钢罩安装和土建施工的干扰，确保了循环作业。

预变形

施工准备工作
测量复测放线
插筋孔、插筋
安装外层钢筋
钢罩安装探伤
立模加固支撑
安装内层钢筋
砼泵管安设
钢筋加工车丝
浇筑混凝土
模板拆除修整

砼拌制运输
钢罩制安准备
材料矫正、放样
平场地、搭平台
划线、下料
零部件校正组装，焊接

矫正、复测
对接、对焊
钢罩除锈、防腐
接触、回填灌浆
分部件运输
清理、验收

图1 气垫式调压室钢筋砼夹钢罩衬砌工艺流程
2. 砼浇筑施工
（1）浇筑方法
在厂区安装JSY1000BH型自动称量砼搅拌站，按设计砼等级要求拌制砼，采用4台砼搅拌运输车运至浇筑工作面。
将两台HBT60砼泵架设在气垫式调压室连接井处（最后顶拱浇筑将一台砼泵调入气垫式调压室交通洞内），架设砼输送泵管，泵送砼直接进入仓内。
（2）浇筑顺序
边墙浇筑采用自下而上，自洞口向洞内逐仓浇筑；顶拱采用自气垫式调压室进口向里边逐仓浇筑。
（3）模板工程
浇筑模板采用定型组合小钢模现场拼装，定型钢架支撑。
边墙模板支撑系统采用内拉外撑形式，内拉即在系统锚杆上焊拉杆，外撑是在钢模台车上固定正反丝杠调整支撑钢架加固，根据分层高度进行组装立模，砼浇筑后模板拆除时，从下部拆除。为防止砼分层之间出现错台，上部一层模板留下不拆除，将其作为上一层的底部模板。顶拱圆弧段是在拱肩以下加工一钢平台，用钢筋加工成弧形拱架，拱角上约30cm处加工成活动铰接，模板固定于拱架上，拱架与平台之间设钢支撑，支撑架底部与钢模台车顶部安装8个16t螺旋式千斤顶，升降调节操作，进行顶拱模板安拆。各分段挡头模板用钢丝网、钢筋加固支撑，无须拆除，既快捷又节约。
根据拱架支撑系统，在浇筑前将支撑钢架校准调整固定好，侧墙两边同时浇筑；顶拱则先浇钢板下部砼，模板不拆，再浇钢板上部砼。为确保气垫式调压室砼的外观质量，模板采用P3015钢模，在浇筑过程中严禁在模板上开孔。
模板支撑系统见图2。

图2 模板支撑系统示意图
（4）钢筋制安
按照设计图纸钢筋分内、外两层，分别布置在钢罩两侧。钢罩外侧的钢筋待系统平压钢管安装后，钢罩安装前施工，钢筋安装后再进行钢罩安装，最后进行内侧钢筋安装。内、外层钢筋分别用φ25mm连接筋与钢罩钢板采用点对面3600焊接。为加快施工进度，钢筋调直下料，接头采用事先将其套丝，现场套筒连接。
（5）浇筑分仓及方法
气垫式调压室两个端部及侧墙在垂直方向分4层，长度方向控制18.0m；共16仓。拱顶浇筑沿长度方向每仓10.0m，共7仓。
混凝土浇筑时，将泵管接入到浇筑作业面，振捣设备采用φ70mm软轴振捣棒和附着式震动器。
边墙浇筑时，要求钢板内外两侧的砼同时均匀上升，严禁先浇满一侧后再浇筑另一侧，浇筑结束收仓水平砼面低于模板上口5cm～15cm，避免水平缝出现错台。
顶拱浇筑：待边墙衬砌完毕后，架立顶拱模板，砼浇筑从两边向顶拱中心对称浇筑。砼入仓顺序为先钢罩下部、后钢罩上部；钢板外侧临岩石面的厚80cm砼浇筑，将砼泵管伸入浇筑部位，必要时部分砼泵管可埋入仓号内，施工人员进入仓号内进行振捣作业；钢板下部厚40cm砼浇筑，则在顶拱模板预留好安装混凝土泵管的孔口，进行垂直或水平封拱。顶拱每隔2m均需预留一个孔口进料，这样可以保证下料的均匀。在模板上用附着式振捣器进行振捣。
浇筑过程中的砼施工缝原则上与钢罩钢板的水平和纵向焊缝错开，可根据现场施工情况进行调节。
3. 钢罩制安
气垫式调压室钢罩总长70.4m,宽11.4m，高15.7m，钢罩顶部半径R＝6.986m，圆心夹角109°21＇46.8＇＇，钢板厚度δ＝12mm，材质为Q235C钢板。
根据图纸要求钢罩制造按压力管道和压力容器的技术要求加工，钢罩焊缝为Ⅱ类，焊缝超声波探伤为焊缝长度的100％。并在加工厂对钢板进行划线、下料、切割、打坡口、卷压成型、防腐，之后用汽车运进作业面。
由于气垫式调压室内施工场地狭窄，高度大，且底板以下又有一条宽4.0m, 高0～7.5m的斜坡中槽，给钢板安装增加了困难。为便于钢板的吊装，在调压室的底板上设置能在1＃、2＃钢模台车下穿行的自行式3＃平板台车，将16t汽车吊固定在台车上，进行钢板吊装。当需要移位时，吊车不动，由3＃台车载着吊车行走。
墙面钢罩安装：在边墙上按设计尺寸先焊接型钢龙骨架，钢板单块（2×6.4m）运进调压室后，用16t汽车吊车吊装并与龙骨架焊接成型。顶拱钢罩安装：因顶拱呈弧型，弧长13.34m，用两块钢板对接，按设计要求加工后，运至现场吊起，用顶拱锚杆上挂设的倒链拉住，调整到位后进行焊接。
六、主要机具设备
主要机具设备见表1。
七、劳动力组织
劳动力组织人员配备见表2.

表1 主要机具设备表
序号
名 称
型 号
数量
用 途
1
自动称量砼搅拌站
JSY1000BH
1套
砼拌制
2
装载机
ZL50
1台
上砂石料
3
砼搅拌运输车
8m3
4台
砼运输
4
砼输送泵
HBT60
2台
砼输送浇筑
5
自卸汽车
8t
2辆
运输钢筋、钢板
6
汽车吊
16t
1辆
气室内吊钢板
7
汽车吊
8t
1辆
加工厂吊钢板
8
自行式台车

3台
土建、钢罩施工
9
钢筋切断机
QJ40-1
1台
钢筋加工
10
钢筋弯曲机
40
1台
钢筋加工
11
钢筋套丝机
12～40
2台
钢筋加工
12
电焊机
BX-300～500
8台
钢筋、钢管、钢板
13
软轴振捣棒
φ70mm
4台
砼浇筑振捣
14
附着式震动器。
1.5kW
2台
砼浇筑振捣
15
碳弧气刨机

1台
钢罩加工
16
时代逆变电焊机
BX7-400
6台
钢罩焊接
17
埋弧自动焊机
BX7-700
1台
钢罩焊接
18
半自动切割机

2台
钢罩加工
19
角向磨光机
100mm
3台
钢罩加工
20
角向磨光机
180mm
3台
钢罩加工
21
卷板机
W12-20X2000
1台
钢罩加工
22
超声波探伤仪

1台
钢罩加工
23
倒链
3～5t
8台
钢罩安装调整
24
全站仪
拓普康
1台
测量放线复测
25
水准仪
SD3
1台
测量放线复测
26
空压机
6m3
1台
喷砂除锈\防腐
27
通风机
18.5kW
2台
除尘、降温
28
螺旋式千斤顶
16t
8台
顶拱模板支撑及调整
八、质量控制
1、坚持对原材料进行到货检验和进场后试验，确保使用优质材料。
2、砼施工符合《混凝土结构工程施工及验收规程（GB50204-92）》、《混凝土质量（GB/T50164-92）》。
3、砼强度合格，表面平整，无蜂窝、麻面，接头错台不大于5mm。
4、模板工程：采用标准的定型钢模板，单块模板对角误差不大于1mm，相邻模板面错台小于2mm，相邻模板面上口高差小于1.5mm，支撑加固牢靠。
5、钢罩施工符合《压力钢管制造安装及验收规范（DL5017-93）》、《钢制压力容器（GB150-1998）》，《压力容器用钢板超声波探伤标准（ZBJ74 003-88）》。
6、钢罩的加工及拼装尺寸不大于设计要求的偏差值。
7、钢罩安装纵缝误差不大于2mm，横缝误差不大于3mm。
8、焊缝设计为Ⅱ类焊缝，其内部缺陷用超声波探伤合格率为100％。
9、钢罩施工人员需持证上岗，无证人员不得上岗操作，尤其是焊工。
10、对全部上岗人员进行岗前质量培训，做好工前技术交底，做到人人心中有数，全员重视质量。
表2 劳动力组织人员配备表
序号
岗位及工种
人 数
工 作 内 容
1
总指挥
1
指挥协调总施工
2
现场调度
2
落实计划、协调现场各工序干扰
3
技术人员
3
现场值班、全面负责施工技术
4
质检人员
3
对现场施工的质量进行控制和监督
5
汽车吊司机
2
钢罩倒运、吊装
6
汽车司机
12
材料和混凝土运输
7
电工
2
现场照明、电器及供电线路维护
8
拌和机工
2
负责砼拌和工作
9
装载机司机
2
负责砼拌机上砂石料
10
模板工
16
立模加固、拆除、校正、清理刷油
11
钢筋工
16
钢筋加工、倒运、安装
12
砼工
12
砼泵管架设、浇筑振捣、缺陷处理
13
电焊工
24
钢罩、平压管和钢筋焊接、
14
机械工
6
负责钢罩和台车加工
15
起重工
2
负责钢罩和材料起吊
16
喷砂工
2
负责钢罩除锈防腐
17
探伤工
2
负责钢罩焊缝探伤检查
18
普工
40
现场材料倒运及辅助工作
九、安全措施
1、对全员进行安全教育，增强职工安全意识，贯彻执行“安全第一，预防为主”的方针。
2、建立健全各项规章制度，加强岗位责任制。严格施工纪律，严格按操作规程作业，重要岗位要持证上岗。
3、进入施工现场的工作人员，必须按规定正确佩带防护用品，遵章守纪，听从指挥。
4、工作面必须有足够的照明。
5、施工用电符合用电管理规定，电气设备必须按照电气安装规范安装，并接有可靠的接地和触电保护装置，确保安全用电。
6、高空作业所用材料堆放平稳，不可放在临边或洞口附近，也不可妨碍通行和装卸，上下传递物体禁止抛下丢弃。
7、高空作业所搭设的脚手架或支撑系统必须经过技术员和安全员的验收，确保其施工安全稳定，脚手架上的马道板按照规定要求绑扎牢固；
8、高空作业时严禁向下随便扔物品，防止出现意外伤人事故；
9、高空架搭设按要求挂安全网和搭设防护栏杆；
10、原则上不允许进行双层或多层高空作业，如出现双层或多层作业时，必须有安全员现场警戒，以防发生意外事故。
11、起吊重物时严禁下面站人，起重工与司机密切配合，确保吊运万无一失。
12、施工现场符合消防安全规定进行，施工现场配备消防器材，一切符合文明施工的要求。
13、开好班前安全会，要求每个职工从思想上高度重视，专、兼职安全员跟班作业，随时监督。
十、效益分析
在气垫式调压室内采用钢筋砼夹钢罩，质量可靠，发电运行成本低，与木座水电站上游自一里水电站的气垫式调压室不衬砌相比较，每年仅补气费用就节约200～300万元，且不需要维修。采用钢筋车丝套筒连接、钢模台车、汽车吊联合施工，方便快捷，施工安全，进度快，成本低，与搭设满堂红脚手架（有时需要反复拆搭）相比，解决了场地狭窄，干扰大的施工难题，形成循环作业面。可节约原材料5%，节约劳动力30%，缩短工期25%，经济和社会效益显著。
十一、工程实例
由中国水利水电第十一工程局承建的四川华能木座水电站气垫式调压室，成功采用钢筋砼夹钢板的施工，这在我国尚属第一例。
木座水电站发电机组自2007年9月25日开始调试，2007年10月1日并网发电，截止到2008年5月已经过近八个月的运行，气垫式调压室内的水压为2.61MPa，气压为2.94MPa，运行期间经检测数据显示，未发现气室出现漏气现象；且经历了四川汶川5.12里氏8.0级特大地震的波及影响。通过2008年6月4日由业主组织，设计、监理和施工单位参加，对木座水电站进行放空检查，结果表明：木座水电站整个工程质量满足设计要求，我局施工的厂区枢纽工程较为优良，气垫式调压室内未观察到裂缝和异常现象。
审核：冯文彬 刘祥吾

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