牵引式边墙钢模台车在隧洞混凝土施工中的应用.pdf

水利水 电施工2 0 1 3 第 3期 总第 1 3 8期 2 2 解决办法 针对结构物设计特点及难点，为满足抗冲耐磨和温 控防裂要求，施工中采取以下办法 ： ( 1 )边墙钢模台车采用 5 5 t 卷扬机牵引，顶拱钢模 台车在下直坡段采用 2 0 t 卷扬机牵引，斜坡段采用 5 5 t 卷扬机牵 引，边墙 和顶 拱浇 筑 时段错 开 ，避 免 牵引 干扰 。 ( 2 )下直坡段底板采用刮轨工艺，反弧曲线段以上底 板采用拖模收面，同时全站仪全程复核刮轨钢筋高程和 混凝土面平整度，确保满足设计平整度要求。 ( 3 )边墙混凝土设计专用供料系统 ，尽量浇筑低坍落 度混凝土 。 ( 4 )边墙钢筋安装利用锚杆加长段和架立筋形成钢筋 排架作为安装平台，以减少台车数量。 ( 5 )掺气坎边墙模板采用定型大钢模拼装，型钢作背 楞，搭设满堂脚手架作为横 向支撑，仓 内钢筋内拉内撑 保证模板固定，控制混凝土表面精度。 ( 6 )优化配合比，减少水泥用量，降低水化热温升， 主要是多掺粉煤灰，采用低坍落度常态混凝土；通过掺 加硅粉或纤维提高混凝土抗冲耐磨性；采用预冷混凝土、 减少运输过程温升 、通水冷却等物理降温手段。 ( 7 )采取恒温湿养护，确保水温恒定和混凝土表面持 续湿 润。 ( 8 )冬季施工时，在各洞口设置洞帘保温 ，以防止洞 内洞外空气形成对流，使洞内环境温度过低，造成混凝 土内外温差过大而产生裂缝。 ( 9 )底板浇筑前先浇筑垫层混凝土，减少底板混凝土 受岩体的约束。 3 工程技术措施 3 1 施工方案概述 按照设计分缝线要求将龙落尾段分边墙 ( 从底板岩 石面至起拱线下 2 m) 、顶拱、底板三层浇筑。分段长度 一 般为 9 m，3 号泄洪洞龙落尾段分为 4 9 仓( 含 3仓掺气 坎) ；4 号泄洪洞龙落尾段分为 4 3 仓 ( 含 3 仓掺气坎) 。 龙落尾边墙采用边墙钢模 台车由下游 向上游进行浇 筑，边墙钢模台车采用J MM 5 5 t 摩擦式卷扬机牵引行走。 牵引行走过程中采用 4个 3 0 t 级防坠器及 2个 6 0 t 级液压 夹轨器作为保险措施，同时在台车尾部增加钢柱支撑， 防止台车下滑而弓 I 发安全事故。过掺气坎时，采用混凝 土或钢栈桥过坎。台车工作状态下 ，采用 4个保险丝杆 作为二次保险装置。 为实现边墙采用常态混凝土入仓，降低混凝土最大 温升，在台车上布置 了混凝土提升系统，采用轨道小车 运输常态混凝土至台车下方，提升系统提升料斗至台车 顶部，采用溜槽溜筒辅助入仓，轨道小车采用 J MM 1 0 t 摩擦式快速卷扬机牵引。 1 8 3 2 钢模 台车设计 3 2 1 台车设计说 明 边墙钢模 台车设计为全断面台车，采用钢桁架结构， 主要尺寸为 1 4 0 0 0 m m1 3 8 7 8 m m9 0 0 0 mm ( 宽 高 长) 。底 部 设 置 8个 滚 轮 用 于 台 车 行 走 ，轨 距 为 1 0 0 0 0 mm。面板设计采用 1 0 mm厚钢板加工。采用定向 支撑液压千斤脱模。轨道为 P 5 0轨道。钢模 台车采用 1 台J MM 5 5 t 摩擦式卷扬机双倍率钢丝绳牵引行走。 3 2 2 台车稳定性计算 根据台车的工作和行走情况，台车的模板在浇筑混 凝土工况下受 力 最 大 ，而 门架 则需 分 析 在 浇 筑混 凝 土 、 平 面行走 和斜 面行走三种工况下的安全性 。 在不同工况下，运用 C A TI A软件有限元分析模块对 龙落尾边墙钢模台车的模板和门架进行三维有限元分析。 根据 模板 、门架的受力和变形情况 ，结论如下 ： ( 1 )浇筑混凝土时，模板最大变形仅为 1 _ 3 3 mm。 ( 2 )在浇筑混凝土工况下，门架最大变形仅为 1 9 8 mm。 ( 3 )台车在 平 面行 走工 况 下，门架 最 大 变形 仅 为 2 8 6 mm。 ( 4 )台车在坡度为 2 6 4 8 。 的斜面行走工况下，门架最 大变形为 6 3 7 mm。 ( 5 )台车总重约 1 7 5 3 t 。门架重心在竖直方向离门架 纵梁底部为 7 6 7 6 mm，横向在门架正中部位，纵向离门架 纵梁尾部 为 4 8 6 0 mm。 ( 6 )在斜坡行走工况下，台车所需牵引力最大，为 4 4 2 8 t ，5 5 t 卷扬机的牵引力满足要求。 ( 7 )在斜坡行走工况下，牵引桁架的受力最大 ，等效 应力最大值小于 6 0 MP a ，满足安全要求 。 ( 8 )台车工作过程 ( 静止时及浇筑混凝土时)对卷扬 机牵引力几乎没有影响，可忽略不计。 综合以上分析，在各种工况下，台车的模板和门架 的受力变形情况 良好 ，是安 全 的 ，卷扬 机 的牵 引力也 满 足要求 。 3 2 3 台车N T图设计 ( 1 )台车行走大梁及门架设计：为保证台车在斜坡段 上的整体稳定性 ，降低 台车的重心，减少台车的不利力 矩，对台车底部大梁进行加长处理 ，增加了下游面斜撑， 满足台车尾部立柱在斜坡上呈垂直状态。 ( 2 )台车模板系统固定设计：为防止台车面板在斜坡 上运行时发生扭 曲，改进了面板支撑系统，开发 了 “ 定 向支撑液压油缸”支撑和调节面板 ，同时在面板上游端 增加了吊耳 ，保证面板在斜坡段固定稳固，确保安全。 ( 3 )台车提升系统设计开发了台车常态混凝土垂直提 升系统 ：采用电梯设计的模式 ，在台车门架系统内部布 置两道垂直提升井 ，布置了提升框和运行轨道，通过两 台布置在台车中部的 1 0 t 慢速卷扬机提升混凝土吊罐至台 车顶部 ，通过溜槽、溜筒向仓内供料。 台车在牵引过程 中，为防止牵引钢丝绳发生断裂及 卷扬机发生滑车事故，需采用二次保险措施 ，经结构计 算及设备选型，在钢模台车行走大梁两侧布置 2组 4台 3 0 t 级防坠器配保险钢丝绳及在台车行走大梁尾部各配 1 台 6 0 t 级液压夹轨器进行二次保险。 在浇筑过程 中，为确保台车稳固，经结构计算 ，在 钢模台车行走大粱前端及底部布置 4台 6 0 t 级保险丝杆。 3 3 卷扬机系统设计 边墙钢模台车总重 1 7 5 3 t ，在斜面行走所需牵引力 最大为 4 4 2 8 t ，台车采用 1台 J MM 5 5 t 摩擦式卷扬机单 点双倍率牵引，卷扬机布置在奥奇曲线段上游侧，5 5 t 卷 扬机牵引钢丝绳覆盖整个龙落尾段，在斜坡面安装有 2 组压绳轮和 4 组托绳轮。 4 工程管理措施 ( 1 )制定了龙落尾边墙混凝土施工质量管理办法，明 确了各单位及各级人员的质量责任。 ( 2 )确定了重点控制环节，重点控制模板体型及面板 质量、测量校模精确度、下料及平仓振捣、温控、养护 及保护等。 ( 3 )严格落实三检制。每一级验收时必须仔细检查， 班组对检查发现的问题积极进行整改，复查确认合格后 再通知上一级验收 ，以确保一次验收合格率。 ( 4 )制订混凝土浇筑应急预案，在混凝土浇筑过程中 出现紧急情况时迅速反应 ，及时采取有效措施保证混凝 土浇筑正常进行。 5 混凝 土施工 5 1 浇筑工艺特点 ( 1 )台车就位与搭接 ：龙落段边墙单仓浇筑长度为 9 m，宽度为 1 4 m，高度为 1 2 5 8 m。搭接部位主要是与上 一 仓边墙环向搭接 ，及台车面板下部与木模板搭接。 环向搭接采取软搭接的形式，在台车面板搭设端增 加 1 0 c m角钢与面板采用螺栓连接，对已浇筑边墙搭接处 进行局部打磨后粘贴双面胶后，面板整体贴合紧密。 纵向搭接在面板下口增加角钢与木模连接 ，确保钢 木结合处不松脱，减少底 口漏浆 。 ( 2 )混凝土浇筑： 1 )每侧水平施工缝面均需铺筑砂浆，砂浆入仓后人 工铺设均匀，厚度为 2 3 c m。 2 )严格控制下料层厚不大于 4 0 c m。开仓前，用红油 漆在模板上按规定间隔明确标示出下料层厚，下料 时严 格按照标示线控制。 3 )溜筒尾节下料过程中来回摆动实现多点下料 ，避 免单点下料造成混凝土堆积和骨料集中。 4 )平仓后应立即振捣 ，不得以平仓代替振捣。按顺 序依次振捣，以防漏振。沿水流方向分两排布置振捣棒 插点，振捣时先靠基岩面侧振捣，再振捣靠模板侧。插 混凝土工程 人点间距 2 0 3 0 c m。第一遍采用 7 O mm振捣棒振捣，二 次复振时： 采用 5 0 mm振捣棒振捣。二次复振应在第一次 振捣完毕 1 0 2 0 mi n后进行，复振范围为靠模板一侧。 5 )在下料过程 中若 出现骨料堆积或集中于模板边， 及时组织人工将骨料分散至富浆处，防止造成混凝土表 面出现蜂窝麻面。 5 2 混 凝土温控 ( 1 )浇筑出机口温度为 1 4 的预冷混凝土。 ( 2 )? 昆 凝土运输采取遮阳布等遮盖隔热措施。 ( 3 )高温季节布置仓面空调防低环境温度。 ( 4 )通水埋设冷 却水管 ，冷却水管使用 3 2 mmP E 管，水管间距为 1 0 m，按照顺水流方 向呈蛇形布置。采 用花管挂土工布流水养护 9 0 d 。 6 科技创新成果的应用 泄洪洞混凝土抗 冲耐磨要求高及温控防裂难度大， 设计采用 了高标号硅粉抗冲耐磨混凝土，提出了较高的 混凝土表面平整度要求及温控要求。 为保： 正混凝土施工质量 ，龙落尾段采用先边墙，后 顶拱 ，最后底板的顺序施工。边墙采用整体钢模台车一 次浇筑成型，不设置纵 向施工缝。同时，为降低水化热 温升 ， 有效减少混凝土温度裂缝，边墙及底板浇筑低坍 落度常态混凝土。边墙混凝土采用 5 5 t 摩擦式卷扬机牵引 整体边墙台车立模，混凝土罐车运输预冷混凝土，进人 洞内后由固定的下料点向轨道小车卸料，1 0 t 快速卷扬机 牵引轨道小车至台车底部 ，与布置在边墙 台车上的混凝 土垂直提： 升系统对接后，提升系统垂直提升混凝土至台 车顶部，通过溜槽、溜筒 向仓面供料，人工平仓振捣。 浇筑过程I书采取了二次复振工艺，有效排出水气泡，保 证了流道面质量。此外 ，为降低混凝土最大温升，在台 车上布置 了仓面空调降低环境温度 ，仓内布置冷却水管 通制冷水； 令却 ( 该成果 大型水工隧洞陡坡牵引钢模台 车常态混凝土施工关键技术研究与应用 荣获 2 0 1 2年度 中国电力科学技术成果奖二等奖、中国施工企业管理协 会科学技： 术奖技术创新成果二等奖) 。 右岸泄洪洞龙落尾边墙共 8 6 仓( 未含掺气坎边墙) 混凝 土 已 全 部 施 工 完 成。体 型 测 量 偏 差 范 围 在 一 2 6 1 5 】 m m之间，偏差值小于 1 0 m m 的点 占所有测点的 比例为 8 9 2 ，局部不平整度检测最大值为 3 0 mm，平 均值为 2 2 mm，均满足最大不超过 3 mm的设计要求 ，体 型质量控制优良。平均浇筑温度为 1 6 7 ，混凝土内部 平均最高温度为 3 5 4 C，满足设计温控要求。目前仅发 现 3 仓出现了局部长度小于 1 5 m的小裂缝 ，尚未发现温 度裂缝。单元工程质量评定 8 6个，合格 8 6个，优 良 8 2 个，优良率 9 5 3 ；评定样板工程 1个，推广工程 7 个， 龙落尾边墙评定为 2 0 1 1 年度树立样板奖。混凝土质量优 良，该方案及施工工艺应用优良。 ( 下转第 3 8页) 1 9 水利水 电施工2 0 1 3 第 3期总第 1 3 8期 说明 图 5 瀑布 沟水 电站施 工支洞平面布 置图 1 本图为工程施工支洞总体布置图，包括投标价段的施工支洞和为满足 2 0 0 9 年 7月 1日首台机组发电要求 已经增加的施工支洞 和将增 加的施工支洞。 2 1 9号施工支洞为原合同布置的施工支洞；1 0 1 5 号及尾水隧洞底部两条连通洞为提前发电增加的施工支洞。 ( 5 )认真执行施工支洞围岩支护国家、行业标准。 ( 6 )考虑机 电安装 、基础处理需要 。 ( 7 )支洞封堵堵头长度不小于 3 倍洞径 ，混凝土标号 不低于 C 2 0 。 5 结束语 在上述地下洞室群施工通道布置的基础上，实际工 程中应特别重视以下几个方面： ( 1 )尽可能地使地下洞室群形成上部、中部及下部循 环通道 ，是加快工程建设有力的保障。 ( 2 )尽量在副厂房底部 、集水井下部布置施工支洞， 可减少副厂房 、集 水 井施 工对 首 台发 电机组 造成 的 影响 。 ( 3 )尽量利用第二层排水廊道 ( 扩大断面)作为厂房 混凝土浇筑 的施工通道 。 ( 上接 第 1 9页) 7 结束语 大型水工隧洞衬砌混凝土一般采用泵送高坍落度抗 冲耐磨混凝土，此施工工艺已在许多水工隧洞工程项 目 中应用并发展成熟 ，但易导致混凝土胶凝材料用量大 ， 水化热高 ，温度控制难度 大，混凝土 出现裂缝的概率 大。同时，采用大型牵引式钢模台车浇筑常态混凝土有 效解决了温度控制及混凝土整体性和表观质量三大技术 难题 。 ( 1 ) 解决了温度裂缝的难题。采用该工艺浇筑低坍落 3 8 度混凝土，混凝土内部最大温升均控制在 3 4 以下，远 低于设计要求的 3 9 。 ( 2 )解决了混凝土浇筑的整体性及表观质量问题。采 用整体钢模台车边墙一次浇筑成型解决了混凝土整体性 问题 ， 整个边墙未设置纵 向施工缝。同时，整体钢模台 车浇筑面板钢度高，平整度控制好。 ( 3 )解决了硅粉混凝土振捣 困难、表观质量差的问 题 。通过先进的浇筑工艺有序振捣，减少了混凝土表面 水气泡。 该系统及施工工艺均为 国内首创 ，其他类似工程可 以借鉴和参考。