滑模在洪屏抽水蓄能电站上水库闸门竖井混凝土施工中的应用.pdf

水利水电技术第 4 6卷2 0 1 5年第5期 滑模在洪屏抽水蓄能 电站上水库 闸门竖 井 混凝土施工 中的应用 田 亮 ( 中国人 民武装警察部队 水 电第二总队四支队，江西 南昌 3 3 0 0 9 6 ) 关键词 ：闸门竖井；混凝土施工；滑模 ；洪屏抽水蓄能电站 中图分类号 ：T V 5 4 4+ T U 7 5 5 ( 2 5 6 ) 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 0 5 0 0 5 1 工程概况 洪屏抽水蓄能电站坐落于江西靖 安县境 内，电 站装机容量为 1 2 0 0 MW( 43 0 0 MW) ，安装 4台 单机容量为 3 0 0 MW 的混 流可逆式水泵水 轮发 电机 组 。枢纽主要包括上水库 、输水 系统 、地下 厂房系 统 、地面开关 站及下水库 等工程项 目。其 中上水库 项 目包括 进 、出水 口、两个 面 板堆 石 坝 、主坝 重 力坝 以及库 底库 岸等 。上 水库 正常 蓄水位 7 3 3 0 0 m，死水位 7 1 6 0 0 n l ，总库 容 3 0 7 7万 m ，有 效 库容 2 0 7 6万 m ，上下库水头差达 为 5 2 8 m。本工 程属大 ( 1 ) 型 I等工程 ，主要永久性建筑物按 1级 建筑物设 计 ，次要 永 久性 建 筑 物按 3级 建 筑物 设 计 。 上水库 进 、出水 口工程 为双 洞布 置 ，2条 进 、 出水 口的部分 引水 上平 洞 相互 平 行 ，断面形 式 不 规则 。洞 轴 线 间 隔 3 1 2 m，从 进 洞 点 ( 引 0+ 0 3 7 0 0 0 ) 至事故检修 闸门井 后渐变段末 端 ( 引 0+ 0 8 8 3 6 1 )，水平 长度 为 5 1 3 6 1 m，坡 度 7 3 1 。 2个事故检 修 闸 门井 上 部高 程 7 3 8 9 0 m，下部 高 程 7 0 9 6 0 m，其 中高 程 7 1 1 9 0 m 胸 墙 以下 采 用 常规模 板 方 法施 工 ，胸 墙 以上 竖 井 深度 为 2 7 IT I ， 断 面尺 寸 6 m8 m，为 “ D” 形 断 面 ( 见 图 1 ) ，混 凝土断面面积为 2 9 6 1 m 。 ，该结构断面尺寸较为 简单 ，采用滑模施工较 为有利 。 2 滑模的结构组成 根据该竖井结构 尺寸规则和钢筋 内外 双层 的特 点 ，滑模采用三层结构 ( 见图 2 ) ：最上一层平 台为绑 5 O 图 1 二期混凝土剖面 ( 单位 ：c m) 扎内层钢筋 ，以及采用四个小溜槽均匀 向仓位下料 ； 第二层平 台为绑扎外层钢筋 ，以及混凝土的振捣 ；最 下一层平 台为放置液压千斤顶控制台 ，以及滑模提升 后混凝土面的压光 、凿毛和养护。 闸门竖井和通气孔模 板之 间采用 I 2 0工字 钢连 接成整体 ，模板 高度 1 5 m，采用 1 8块 1 5 0 c m 1 2 0 c m钢模板组合拼装而成。上下围檩 间距 9 0 c m， 采用 2 0槽钢加工制作 。由于滑模 体分 三层 ，为便 于每层之间独立作业 ，设计上下 两层 间距 2 I T I 。整 体骨架采用 2 O槽 钢作 主梁 ，滑模体 立柱 采用 I 2 0 收稿 日期 ：2 0 1 5 - 0 2 0 3 作者 简介：田亮 ( 1 9 8 9 一 ) ，男 ，助理工程师。 W a t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o w e r En g i n e e r i n g V o l 4 6 No 5 ； r _ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钢模板 ， ，I t l 1 p 7 7 7 7一 图2 滑模体立视图( 单位：c m) 围檩 工字钢加 工制 作 ，斜 撑 采 用 工 1 0角 钢 ，次 梁 采 用 直径 2 8 mm、间距 1 0 c m钢 筋 焊 接 ，每 层铺 设 2 c m厚木板 。 3 滑模施工程序及方法 3 1 施 工程序 滑模施工最 主要 的特点是施工 的连续性强 ，各 个施工程序之 间的逻辑关 系紧密 ，具体施工 流程如 图 3所示 。 混凝土接缝处理、侧岩面清理 I堂 堡 堡 l t 混凝土表面压光、养护 转入下一循环 图 3滑模 施工程序 3 2 施工步骤及方法 3 2 1 施 工前 准备 为满足施工过程 中材料能及时调运至工作面 ，在 竖井上部平 台搭设龙 门吊，采用 1 0 t 卷扬机通过龙门 吊上定滑轮 吊运材料 ，同时施工过程中风水 电的布置 需根据滑模的提升及时加 以调整。 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5年第 5期 田 亮 滑模在洪屏抽水番能 电站上水库闸 - 竖井混凝土施工中的应 用 3 2 2测量放 样 为精确控制 竖井 中心线 ，采用 直 径 2 0 mm 的 钢筋焊成钢 结 构 固定 锁 口梁上 ，中心点 和 滑模 体 四个 转角点 布 置其 上 ，用 细 钢丝 绳 挂重 锤确 定 滑 模 中心线 。每次 提升 滑模 观 察滑 模 体是 否 在设 计 边线上 ，防止滑模 体 的提升 不 均匀 导致 混 凝 土结 构面扭 曲。 3 2 3钢 筋绑扎 结构混凝土钢筋为双层双 向钢筋 ，纵 向钢筋直 径 1 6 m m，环 向钢筋直径 2 5 mm。在 滑模 施工过程 中，由于作业空间较小，人员设备配备有限，特别 是外层环 向钢筋 ，每次提 升模 体只能绑扎至提升架 以下，钢筋焊接作业频繁。为满足施工连续性，钢 筋的连接方式采用套管机械连接 ，内层 钢筋 网在滑 模体最上层 提 前绑 扎 完成 ，钢筋 网片 和井 壁锚 筋 焊接 ，提 高整 体稳 定 性 。为 保证 钢 筋 的保 护层 厚 度 ，防止 外层 钢 筋 的偏 移 ，在 内外 层 钢筋 网之 间 设置一定数量 的 “ V” 字形 拉 结 筋 形成 钢 筋 骨架 定 位 。 3 2 4 滑模体 吊装焊接 在闸门井平台上采用 2 5 t 吊车将滑模体主体调入 仓位 ，在下层混凝土接缝处采用 3根 I 3 2工字钢横跨 井身用以支撑模体 ，分层焊接滑模体 ( 次梁未标示 ) 。 各层平面如图 4所示。 ( a ) 第一层 ( b ) 第二层 ( c ) 第三层 图4滑模施工程序 3 2 5提 升架及 支撑 杆安 装 提升架采用槽钢制作成牛腿型 ，每个提升架搭配 一 个 6 0 k W 液压穿心式千斤顶 ，千斤顶 卡头下 缘距 模板上缘 7 0 o m。通过计算 ，为满足施工荷载要求和 保持滑模整体平衡 ，对称布置 1 2个提升架。 支撑杆采用与千斤顶配套的 8 X 3 5 m il l 无缝 钢管 ，支撑杆设置在混凝土结构里内，接头连接方式 平头对接 。当滑模体焊接完成后 ，经放线高程及边线 确认后插入支撑杆。支撑杆 的长度有 4种 ，分别为 3 51 薰 一曹 一样验 一 一取试 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 田 亮滑模在洪屏抽水蓄能电站上水库闸门竖井混凝土施工中的应用 m、4 m、5 1T I 、6 m，满足接 头错 开间距 不小于 I m 的要求 ，即保证施工中每次加长支撑杆的长度不超过 总长 的 1 4 。 由于支撑杆的加长是平头对接 ，其能承受的弯矩 很小。当千斤顶通过支撑杆接头时，应及时对接头部 位加固焊接 ，防止出现破坏 ；同时 ，在支撑杆及千斤 顶油管 日常的维修检查时 ，应确保支撑杆表面没有被 油污染 ，这是因为埋设在结构体 中的支撑杆一旦被油 覆盖 ，将降低混凝土对支撑杆的握裹力。对于处理被 油污染的支撑杆 ，采用擦拭 干净后再 用喷灯加热烘 烤 ，至油渍完全清除。 3 2 6混凝 土运输 、入 仓 混凝土水平运输采用混凝土罐车方式运输 ，为满 足浇筑强度及覆盖时间( 每层厚 3 0 e m，约 9 r n 混凝 土 ，覆盖最长时问以混凝土不初凝为准) 的要求 ，计 算从拌制到 浇筑入仓各 环节所需 时问 ，采用 2台 8 m 混凝土罐车足以满足浇筑要求 。 混凝土垂直运输采用溜筒方式人仓 ，混凝土溜至 最上一层模体经 6个小溜槽均匀布料至结构体 ，这样 既能减少人工布料时间，又能尽可能地满足同层混凝 土入仓强度大致相 同，使提升时支撑杆受力均衡 。为 保证施工安全 ，采用钢丝绳将溜筒穿成整体 ，防止下 料时溜筒坠落。 3 2 7滑模 体爬 升 该结构混凝土设计强度为 C 2 5 ，调整配合 比后混 凝土初凝时间( 混凝土贯人阻力值达到 3 5 MP a所需 要的时间) 为 9 0 mi n ，正常滑升时，每 2 0 m i n滑升一 次 ，每次滑升 1 0 e m。 3 2 8预 埋件 施 工 结构体预埋件主要为无缝钢管和接地的预埋，在 滑模施工过程中 ，无缝钢管和接地需及时安装 。为保 证安装精度 ，每次安装高度不超过混凝土面 3 m，尽 量和滑模提升同步。若安装高度过高，无缝钢管需采 取与井壁锚杆固定的措施避免偏移。 竖井在 四个转 角处 5 0 e m 6 0 e m范围内为 C 3 0 二期混凝土。根据设计要求 ，需设置二期 插筋 ，为 便于滑模 施工 ，在钢 筋绑扎 时将插筋 作弯 折处理 ， 焊接在钢筋 网片上 。滑模 提升后 ，对二期 混凝土结 构面进行凿毛处理 ，打露出插筋 ，对插筋 进行 回直 处 理 。 3 2 9混凝 土压 光与 养护 滑模提升后 ，混凝土和钢模板产生相对滑动 ，混 凝土表面不可避免地产生细微裂缝 ，因此刚刚脱模的 混凝土需进行原浆压光 ，用来 弥补混凝土表面缺 陷。 由于滑模体板层将 已浇筑的混凝土隔在下方 ，水化热 不易散失 ，温度高 、蒸发快 、混凝土表面干燥 。为此 在滑模最下层设 置环形多孔水管喷水至井壁进 行养 护 。 3 2 1 0停 滑措施 及施 工缝 处理 该工程在施 工初期 ，由于采用钢筋焊接 以及 内 外层钢筋 同时绑扎 的方式进行施 工 ，钢筋绑 扎进度 缓慢 ，严重影响混凝 土的浇筑 ，导致 停仓。后改进 钢筋施工工艺 ，采用套筒机械连接 ，改进滑模 体结 构( 见 图 2 ) ，内层钢筋 提前 绑扎 的方 式进 行施 工 ， 提高了作业效率 。继续施 工时 ，对原混凝 土面进行 凿毛 ，清洗混凝 土面 ，先浇筑 一层水 泥砂 浆 ( 比浇 筑 的混凝 土高一个标 号) 然 后再浇 筑原配合 比的混 凝 土 。 3 2 1 1 滑模拆 除 滑模滑升接近井 口时 ，将封井 口盘拆除 ，使滑模 滑出井 口，模板滑空时停滑，撤 出工具 、设备 ，利用 2 5 t 吊机 吊出仓位 ，解体滑模 。 4 质量检查控制 与一般现浇结构或预制结 构现场质量 检查控制 不同 ，滑模结构作为成型结构可供 检查 的 区段不 足 1 m高 ，通常没 有复查停顿 的间歇 。另外 滑模施工 是一种连 续成 型 工 艺 ，各 个 工序 作业 时间 要求 严 格 ，连接紧凑。要保证施工质量 ，不仅施 工操作正 确很重要 ，施工条件 和施工准备工 作周全到位更应 该受到重视 。 4 1 井身中心线控制 保持操作平台的基本水平 ，是防止结构中心线偏 移和控制? 昆凝土外观质量 的重要措施 。因此 每滑升 3 0 e m对各千斤顶进行一次 自检调平 ，采取具体方法 是限位卡调平法 ：在各支撑杆上安装挡圈，使其同定 在同一标高处 ，当触环 随千斤顶 上升至与挡 圈接触 时，顶开上卡头 ，千斤顶则停止爬升，直至全部千斤 顶在挡圈位置找平 ，提升才结束 ，然后在移动挡圈至 下一个找平标高上。 4 2钢筋安装控制 为保证在滑升过程中钢筋不会发生倾斜 、歪倒或 弯曲，外层竖向钢筋加工长度控制为 6 m，内层钢筋 由于可 以提前安装 ，和井壁锚筋连接 ，竖向钢筋加工 长度不控制 。 钢筋保护层对结构施工寿命有很大影响。滑模施 工中，刚出模混凝土受到摩擦力作用 ，表面易产生微 裂缝 ，因此保证保护层厚度是控制钢筋安装质量的重 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5 年第5期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 要内容。具体措施是在模板上 口焊接镀锌钢管来控制 外层钢筋和模板之间的距离 ，根据保护层要求 ，镀锌 钢管采用直径 1 0 0 mm X 2 m m，长度为 3 0 e m，间距 2 m，一端压扁 ，压扁端朝上 ( 见 图 5 ) 。整个 滑模体布 置 8个镀锌钢管 。 I 5 0 I r 卜 - 1 支撑杆 图 5滑模体剖面 ( 单位 ：e m) 4 3混凝 土质 量控 制 4 3 1 混凝 土拌 和物 质 量控制 合理调整混凝土配合 比、添加外加剂才能保证混 凝土早期强度的增 长速度满足滑模 滑升速度 的要求 ， 从而保证工程质量和施工安全 。由于支撑杆埋设在混 凝土结构 中，混凝土的出模强度对支撑杆的约束有很 大影响 ：若 出模强度过低 ( 或提升速度过快 ) ，导致 支撑杆的长细比过大，使单个支撑杆和整体支撑杆失 稳的风险增加 ；反之 ，将使混凝土和钢模板粘滞力过 大 ，千斤顶下卡头锁固时的回弹量增加 ，提升误差累 积而造成混凝土结构面扭曲，同时出模时混凝土面容 易拉裂 ，造成外观质量问题 。 保证混凝土拌和物的稳定也是确保施工质量的重 要因素。在前期浇筑过程中， 昆 凝土坍落度的控制比 较困难 ，现场试验结果不稳定 ，究其原因主要是拌和 物中水的控制不够精确 ，原料砂含水率控制不严格。 因此每次换骨料后多次测其含水率 ，若砂 的含水率大 于 6 ，水在砂堆产生层间流动 显现 ，应严禁使用该 骨料 。采取的具体措施是 ：原料砂储存入仓前在宽阔 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5 年第5期 田 亮滑模在洪屏抽水蓄能电站上水库闸门竖井混凝土施工中的应用 场地内翻晒，测试含 水率小 于 6 后再进行 储存 入 库 ；若仓库 内的砂含水率过大 ，在沙堆体低处人工挖 多个排水坑 ，静置 2 4 h后再 贝 4 含 水率，直至含水 率 低于 6 后骨料合格 。 4 3 2混 凝 土浇筑控 制 混凝土浇筑采取均匀浇灌制度 ，保证 出模强度大 致相同，使提升杆受力均衡。同时，在浇筑过程 中， 混凝土垂直运输 的冲击力 、混凝土的侧压力将会引起 滑模结构变形而形成位移 。因此有计划 、均匀浇筑混 凝土 ，也可以防止滑模平 台偏移造成的结构倾斜和扭 转 。浇筑时每层混凝土厚度为 3 0 o m，初次浇筑按下 列步骤进行 ：第一层浇筑 1 0 c m厚混凝土 ；再浇筑第 二、三层 ( 每层厚度 3 0 c m) ，厚度达到 7 0 c m时 ，滑 模滑升 3 5 e m，检查脱模混凝土的凝固程度 ；浇筑 第 四层后滑升 5 c m，继续浇筑第 五层后滑升 l 0l 5 c m，第六层浇筑后滑升 2 0 c m，无异常现象滑模 即可 进行正常滑升 ，混凝土开始正常浇筑。 在正常滑升时，要保证混凝土面距模板上边缘不 小于 3 0 c m，即保证不能满仓提升 ，否则使混凝土对 模体侧压力过大 ，容易造成结构体 出现“ 倒锥形” 。 在浇筑过程 中，某段 混凝 土振捣后仓位 出现较 多积水 。前期认 为是 混凝 土泌水现象 ，经 实验人员 现场测试混凝土的塌落度及含气量 ，结论 为混凝 土 拌和物和易性 良好 ，排除泌水现象。经排查 ，仓 位 产生的积水为岩体渗水 ，采取人工用桶 舀出，减少 仓位积水 。 混凝土振捣时 ，保 证上下两层混凝 土结合 良好 的同时 ，需控制振捣棒插 入深度。若伸人 下层 混凝 土过深 ，可能会扰动 已经初凝 的混凝土 ，为保证 已 成型的混凝土质量和支撑杆 的稳定 ，规定 作业人 员 振捣混凝土时振捣棒插入下层混凝土深度为 2 0 c m。 4 3 3滑模提 升控 制 滑模施工的最大特点是施工连续性 ，即滑升的连 续性 。为保证正常滑升 ，本次施工制定了严格的滑升 制度 ：内层钢筋必须提前绑扎完成 ，绑扎高度能满足 1 个班组作业时间( 1 2 h ) 内滑模提升高度 ，即3 6 m； 外层钢筋在每次提升后 3 0 m i n内必须 绑扎 至下次提 升高度 ；滑模体每提升 3 m，施工用 电线路和混凝土 养护水管的布置及时跟进 。 5 滑模施工效果 ( 1 ) 优化后 的滑模 体采用 3层结构 ，钢筋安装、 混凝土浇筑及压光抹面等主要施工工序分别在各层平 ( 下转 第 5 6页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陈小勇， 等仙居抽水蓄能电站下水库事故闸门井深井开挖技术 表 2竖井扩挖爆破参数 炮孔名称 孔数 孔径 m m 装药长度 c m 孔斜( 。 ) 药径 m m 上堵 塞长度 c m 线密度 g i n 单孔药量 k g 雷管段别 总药量 k g 主爆孔 6 3 4 2 2 5 0 9 0 3 2 1 0 0 1 9 Ms 1 l l 9 7 周边孑 L 5 2 4 2 2 7 0 9 5 3 2 8 0 3 0 0 O 8 1 Ms 3 4 2 1 2 合计 7 1 6 1 8 2 二 破 规 塞 行 警 戒 。 具 体 孔 4结 语 位 布 置 及 钻 爆 参 数 如 图 3 、表 2所列 。 。 一 图3闸门井爆破设计( 单位 ：m) ( 4 ) 出渣。扩挖渣料利用导井溜至泄放洞 ，在洞 内利用 3 m 侧卸装载机装 车，1 5 t自卸车运输至弃 渣场。 3 4竖井支护 如遇岩体较差 时，竖井支护需跟进 竖井扩挖施 工。必要时 ，可增加随机锚杆 、超前锚杆施工。若岩 体情况较好 ，可适 当进行退后 ，一般滞后两个爆破循 环 据以往施工经验，事故闸门井导井开挖一般采用 “ 正、反导井开挖 ，然后贯通” 的方式开挖 ，本文在施 工过程中采用“自上而下进行一次性完成钻孔 ，自下而 上进行爆破开挖” 的方法，减少了传统方法正导井开挖 过程中的出渣慢的问题 ，较传统方法进度有很大提高， 也避免了正、反导井开挖贯通时容易受岩体影响而发生 的安全事故。同时采用该方案也达到很好的爆破效果。 利用泄放洞出渣，加快施工进度 ；充分利用已开挖 的泄放洞井前平洞，增加出渣路径，减小了施工难度。 导井开挖装药时 ，上 口堵塞既要保证爆破效果 ， 同时也要保证爆破完成后 ，堵塞物能 自己流 出或取 出，若无法取出会影响下一循环爆破装药。 参考文献 ： 1 汪旭光 爆 破设计 与施工 M 北京 ：冶金工业出版社 ，2 0 1 2 2 1 中华人民共和国国家经济 贸易 委员会 水 电水利工程爆破 施工 技术规范 M 天津 ：天津大学 出版社 ，2 0 0 2 3 水利 电力部水利水电建设总局 水利水 电工程施工组 织设计手 册 M 北京 ：中国水利水电出版社 ，2 0 0 9 ( 责任编辑康健 ) ( 上接第 5 3页) 台上完成 ，提供 了可靠的施工空间 。各个施工内容相 互之间干扰小 ，使 得各 工序施 工时 间得 到很好 的控 制 ，滑模提升能顺利进行 。 ( 2 ) 钢筋连接方式采用套筒连接 ，减少 了钢筋安 装时间，避免了因焊接时间过长降低焊缝标准现象 ， 提高了钢筋安装质量 。同时 ，减少 了因焊接产生的废 气废渣 ，从而改善作业环境。 ( 3 ) 滑模体最上层布置的6 个下料口，均匀摊铺 混凝土 ，减少人工摊料量 ，同时保证模板侧压力大致 相同，混凝土出模强度相同。 ( 4 ) 测量井身中心线及操作平 台水平 的限位卡调 平法 ，不影响其他工序 的施工 ，操作简单。 ( 5 ) 制定严格的滑升制度并给以实施 ，保证了滑 模正常提升。 6结语 洪屏上水库进 出水 口闸门竖井混凝土采 用滑模 施工 ，通过采 取本 文 施工 措施 ，施 工进 度 、质量 、 安全文 明施工等效果 良好 ，为今后类似工程 提供借 鉴 。 参考文献 ： 1 顾淦臣，束一呜，沈长松 土石坝工程经验于创新 M 北 京 ：中国电力出版社 ，2 0 0 4 2 申学静 ，马跃 出线竖井 花木施 工技术 浅谈 R O L 中国滑 模 网 ( 2 0 1 3 0 8 0 5) h t t p ： w w w c h in a s l i p f o r m c o m t i r i n g r o o m n e w c n e ws 2 01 3 8 5 9 2 5 5 0 h t m1 3 刘金琨 滑模 变结构控制 MA T L A B仿真 ( 第 2版 ) M 北京 ： 清华大学 出版社 ，2 0 1 2 ( 责任编辑陈小敏 ) 水利水电技术第 4 6卷2 0 1 5年第5期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m