瀑布沟水电站位于大渡河中游、四川省汉源县及甘洛县境内电站引水隧洞共六条斜井,斜井开挖直径为10.7m,衬砌后过水断面直径为9.5m,衬砌厚度60cm,斜井全长105.7-108.5m不等,垂直高度89m,斜井倾角为55°本工程采用两套斜井滑模进行砼施工 滑模设计将参照国家标准GB113-87《液压滑动模板施工技术规范》及SL32-92《水工建筑物滑动模板施工技术规范》中的有关要求 整套斜井滑模共分为钢结构部分、行走系统、牵引系统、送料系统、通讯系统、电气系统、安全系统7大部分,钢结构部分总重约70t,见图1 2.1 钢结构部分 滑模钢结构部分由中梁、模板和施工平台三部分构成 2.1.1 中梁部分 中梁全长16.25m,横断面为2.9m x 3.2m,主要由[25b槽钢焊接而成,重量约40吨,分三节组装,长度分别为4.5m、5.3m、4.5m,每节之间采用高强螺栓连接 2.1.2 模板部分 模板安装在主平台,模板底模长1.2m,顶模(1/4椭圆范围)长1.5m,面板厚度6mm模板在水平的投影为椭圆形,其长轴为11.597m,短轴为9.5m,椭圆面积86.53m2。
为方便安装,模板事先按照衬砌圆弧曲率分成8块,出厂前进行预拼装后进行解体 2.1.3 施工平台 整套斜井滑模共设防护、上部、浇筑、主要、养护、尾部6层平台,分别承担不同的功能,施工时各平台上铺30mm木板 防护平台:安装在中梁顶部,和井身垂直,用于阻挡模体上方斜井坠落物伤害第一层作业人员及保护主操作平台 上部平台:送料小车能直接到达的平台,主要用于材料中转,安装砼储料斗、液压主操作台及液压千斤顶的修理 浇筑平台:安装临时砼储料仓、外挂下料溜槽(桶),主要承担混凝土的分料、下料 主要平台:模板布置在该层,用于砼浇、钢筋安装、砼振捣及欠挖处理 养护平台:砼抹面、砼养生、质量检查及砼缺陷处理 尾部平台:设置在后行走轮之后,更换后行走轮下垫的槽钢 2.2 行走系统 行走系统由前轮、后轮、行走轨道三部分组成整套斜井滑模共设有4个行走轮,其中前、后轮各2个,左右各一,平行布置前轮中心距离5.0m,前轮行走在P43钢轨上,钢轨安装在条型砼基础上后轮中心距离4.75m,布置在斜井的正底拱已经浇筑好的砼面上,为了减小尾轮对砼表面的破坏,在轮底和砼之间垫上槽钢,槽钢为可移动式的,操作人员可以在尾部平台更换。
前轮和模板上沿相距4m,后轮和模板下沿相距6.6m前轮过后,P43钢轨(每节长3.5m)可以拆除,前、后轮和中梁用螺栓连接 2.3 牵引系统 牵引系统采用2套LSD100-300液压提升系统牵引两束(每束9根)钢绞线提升模体该系统包括2套岩锚体系及工具锚、1套液压控制泵站和2台LSD100-300液压千斤顶等组成两台千斤顶对称固定在中梁的顶部,液压控制站布置在上平台,钢绞线以粘结式内锚头方式固定在千斤顶平行洞轴线投影在上弯段的岩壁上,使滑模在运行过程中,钢绞线始终平行洞轴线,并处于相对静止状态,通过千斤顶以后的钢绞线分段割除 千斤顶的运行原理是:每个千斤顶有三套夹持器,分别是上夹持器、下夹持器、安全夹持器,操作人员根据模体砼的施工情况,操纵液压油泵,千斤顶油缸伸长 2.3.1 钢绞线内锚固头锚固力计算 qm=лDCL/K=(л×0.11×20×1.2×106/2.5=3317KN≥1000KN(每个点的试验承载力) 式中:qm-内锚头与孔壁的摩擦力; C-胶结材料同孔壁的粘结强度,根据本工程围岩情况,取1.2×106KN; D-钻孔直径,110mm; L-锚固长度,20m; K-安全系数,取2.5; 每点锚固力在达到可试验强度后,再经过100吨液压张拉试验,方可投入使用。
2.3.2 滑模荷载分析 1)、滑模结构自重G1 钢结构:62000kg; 木 板: 5000kg; 钢 筋:5000kg; 储料斗:3750kg(1.5m3混凝土); G1= 62000+5000+5000+3750=75750kg 2)、施工荷载G2 工作人员:12人×75kg/人=900kg; 一般工具:1000kg; 插入式振捣器:500kg; G2= 900+1000+500=2400kg 3)、滑升摩擦阻力G3 斜井倾角为55°,滑模模板底模长1.2m,顶模长1.5m模板水平投影的椭圆形周长为33.22m,则滑升面积为33.22×1.2+0.3×8.31=42.36 (m2)单位面积上的滑升摩擦阻力按每平方米200kg计算,同时考虑附加系数为1.5,则整圈模板的滑升摩擦阻力G3= 42.36×200×1.5= 12708kg 4)、牵引荷载N N=(G1+G2)×sin550+(G1+G2)×cos550×0.01+G3 =(75750+2400)×sin550+(75750+2400)×cos550×0.01+12708 = 77173kg。
整个滑模系统的各种牵引载荷为77173kg,两个LSD100-300液压千斤顶额定提升力为200000kg,则牵引安全系数K=200000/77173=2.59,满足使用要求 2.4 送料系统 斜井滑模送料系统由卷扬机、导向轮、送料小车及控制部分组成,主要用于运输钢筋、成品砼、施工人员和其他材料砼运输车将砼从拌合站送至上平洞操作平台,通过溜槽进入送料小车储料箱,送料小车运行到滑模上部时,打开储料箱底部仓门,通过溜槽将砼送进滑模上平台的储料斗,再通过手推车进入浇筑仓位砼下料也可不用送料小车直接通过溜管下放到储料斗 送料小车由型钢焊接而成,由底盘、站人平台、砼储料箱和连接滑轮组成,最大载重量为1.5m3砼和4个人(按每人75Kg计算),小车上下轨道和滑模轨道共用 卷扬机为2台8 t快速变频卷扬机,共有5档速度,平均速度为45m/min两台卷扬机可以联动也可以分动,正常情况下一台工作,一台备用卷扬机布置在上平洞位置,通过滑轮组、钢丝绳和送料小车相连 2.5 通信系统 送料小车与上平洞操作平台和滑模之间的通信采用对讲机联系;另外小车上安装无线电铃,遇到紧急情况下(对讲机失效、出现意外等)按动电铃,上平洞操作平台按照预先约定好的信号操作卷扬机。
2.6 电气系统 1)、斜井的供电采取动力用电和照明用电分开布置原则,并且卷扬系统和滑模的用电也分开布置另外,为了防止突然停电或跳闸等紧急情况,沿斜井每隔30米及模体上的各平台上安装了应急灯,所有的开关柜都安装漏电保护装置,卷扬系统及模体设置接地装置 2)、为确保滑模的连续运行,防止由于供电线路长时间停电影响施工,在上平洞位置安装一台160KW柴油发电机作为备用电源 2.7 安全系统 滑模本体和送料小车在设计上,考虑了安全保护装置: 1)、 模板的设计考虑了5‰的锥度,即模板上口长轴为11615mm,短轴9515mm,模板周长33273mm;模板下口(不含拱板加长的30cm)长轴为11597mm,短轴为9500mm,周长为33221mm,以防模体在整体失重的情况下能够自锁在砼上 2)、 模体顶层设置了防护平台,防止模体上方的坠落物打击上平台的设备及工作人员 3)、 液压千斤顶设置了压力上限,操作员可以直接从油压表中掌握模体滑升时液压千斤顶的提升力,每一千斤顶的满负荷(100吨)油压是23MPa,设置最高油压是18MPa,即千斤顶的提升力达80吨时,压力不再上升,以防止模体卡住时,千斤顶继续提升模体,也防止单个千斤顶受力,从而保证了模体的安全。
4)、液压千斤设置了安全夹持器,以防止上、下夹持器同时不受力时出现钢绞线从千斤顶滑脱的情况 5)、模体和上平台位置设置了限位器,在送料小车到达模体或者上平洞平台时,如果卷扬机操作员出现操作失误,小车碰到限位器后,卷扬机能立即制动,避免出现意外事故的发生;同时,在上部行走轮下方适当位置安装夹轨器,滑升到快接近夹轨器时,移动夹轨器 3 、滑模的拆装 斜井液压滑模的安装一般在斜井底部,利用直线段与曲线段交界处附近顶部天锚及手拉葫芦进行起吊作业由于作业面在斜坡上,人员操作站立不稳,安全得不到保障,安装效率也低,滑模在第一条斜井采用上述传统安装方式在第二条斜井安装前,对结构进行了创新设计,在中梁原提升液压千斤顶安装位置的上面焊接铰耳板,两铰耳板中间增设旋转支座(锻件),铰耳板高度要考虑千斤顶的安装尺寸,旋转支座两耳轴就安装在铰耳板上,提升液压千斤顶就固定安装在旋转支座下面,旋转支座两侧的耳轴可以自由转动,见图2这样,滑模结构安装就在下平洞位置,安装安全、方便、效率高然后通过滑模自身的液压张拉钢铰线的提升,将滑模提升到斜井段起始位置滑模使用完后,在上弯段利用8T卷扬机、顶部锚杆等设备依次拆除平台和模板,最后利用8T卷扬机将滑模中梁下放到下平段进行拆除。
拆装中途上弯段须换斜轮一次,下弯段再换回直轮一次 图2 旋转支座安装结构 4、施工评价 4.1 总体评价 第一条90米斜井从开始起滑到顺利结束,共历时35天第一次滑模上滑运行15米时,因顶部掉块而停滑分析原因,一是由于冬季天气冷,混凝土凝固时间长;二是下料不畅,堵管严重,混凝土运输跟不上,各环节配合不好最高运行记录24小时为2.5米后期砼施工质量一直较为稳定,整个施工过程没有出现任何质量事故第二条斜井滑升时,针对第一次使用中出现的问题进行了调整,对混凝土采取保温等多种措施,浇注进度明显加快,最高记录24小时内运行可达5米第二条90米斜井运行工期约为28天总之,该套斜井滑模的设计及使用是成功的 1)、设计上选用了适当的型钢加强关键位置的强度和刚度,整体钢结构变形在允许范围之内,模体外形尺寸在空间设计上是合理的,能满足使用及多次拆装的要求 2)、斜井滑模采用两台LSD100-300液压千斤顶对钢绞线进行牵引,使用可靠千斤顶的操作既可以联动,也可以单动,克服了滑模提升不均衡的问题,并且可以进行微调 3)、由于模体整体重量达到80吨,模体的上浮力基本没有表现出来,使模体的运行比较平稳。
4.2 需要改进和完善之处 1)、由于滑模的运行主要靠轨道来进行定位,轨道的安装精度不高斜井的轨道安装偏差较大,使模体的偏移达到几厘米,并且纠偏困难因此,在斜井的轨道安装前,必须有合理可靠的测量控制措施和严格的标准,在安装过程中及时进行测量检查,以保证轨道安装质量 2)、滑模轨道基础是通过型材,插筋固定,适当位置浇注混凝土,轨道接头、轨道砼条形基础沿运行方向起伏不平及轨距误差大,轨道安装的稳定性不好,在滑模巨大牵引载荷及自重的作用下,轨道容易变形 3)、设计时考虑每套滑模要拆、装六次,在三条斜井之间转运,要有足够的强度及刚度,虽然滑模的整体效果良好,但有些局部结构偏强,如滑模的多层平台及模板结构 4)、前、后行走轮安装时,轨距不一致,增加了安装工作量设计时,要尽量。