斜井全斷面變徑滑模研制與應(yīng)用施工總結(jié)

斜井全斷面變徑滑模研制與應(yīng)用 施 工 總 結(jié) 三峽三聯(lián)總公司永久船閘項(xiàng)目經(jīng)理部 2001 年 10 月 28 日 審 批 周 宇 審 定 劉 光 校 核 李 毅 編 制 錢興喜 一 概述 三峽工程永久船閘為南北雙線五級(jí)船閘 地下輸水系統(tǒng)呈南 中 北三條線 布置 共有斜井 12 條 襯砌后為 16 條 中隔墩襯砌后一分為二 除二級(jí)斜井 長(zhǎng)為 21 9m 斷面高由 5 5m 漸變至 6 7m 底板及邊頂傾角分別為 54 5 及 57 6 外 三 五級(jí)斜井均為長(zhǎng) 35 2m 斷面高由 5m 漸變至 5 4m 底板及邊頂 傾角分別為 56 9 及 57 5 頂拱半徑均為 R2 5m 底板寬均為 5 0m 由兩個(gè) 半徑 R0 5m 的圓弧與直段連接而成 南北坡斜井設(shè)計(jì)砼厚度為 0 6m 中隔墩斜 井底板 兩邊墻設(shè)計(jì)砼厚度為 1 0m 中隔墻砼厚為 1 5m 正頂拱最大砼厚為 1 2m 砼設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為 R90300 附圖 1 為三 五級(jí)為南北坡斜井體型斷面示意圖 附圖1 斜井?dāng)嗝娼Y(jié)構(gòu)圖 5000 2500 2900 R5000 600600 35200 57 5 56 9 500 永久船閘地下輸水系統(tǒng)工程斜井具有數(shù)量多 長(zhǎng)度短 體型復(fù)雜 鋼筋粗而 密集 砼表面質(zhì)量要求高 尤其是斜井上大下小 邊墻高度逐漸變化等特點(diǎn) 使 斜井成為一個(gè)變截面的斜井 給混凝土施工帶來(lái)了極大的困難 致使斜井工期一 度嚴(yán)重滯后 成為控制整個(gè)地下輸水系統(tǒng)工期的關(guān)鍵線路 二 方案構(gòu)思與選擇 1 在二級(jí)斜井施工中采用了底拱滑模 邊頂拱搭滿堂架并拼定型小鋼模 的方法 由于在邊頂拱施工中整條斜井搭滿堂腳手架及拼裝小鋼模 既費(fèi)工 費(fèi) 時(shí) 重量重 成本高 同時(shí)給模板安裝拆除 鋼筋運(yùn)輸 安裝及調(diào)校都帶來(lái)極大 的困難和安全隱患 且施工后 砼表面有錯(cuò)臺(tái) 麻面 平整度差 模板安裝 拆 除占據(jù)了很大部分的時(shí)間 造成工期太長(zhǎng) 2 三 五級(jí)南坡及中隔墩斜井采用底拱 邊頂二次滑模施工 雖然利于 鋼筋運(yùn)輸 綁扎 施工簡(jiǎn)便安全 砼表面質(zhì)量較好 成本較低 但工序重復(fù) 特 別是增加了對(duì)施工縫面的處理 邊頂滑模軌道埋件的埋設(shè)及處理 施工周期亦較 長(zhǎng) 同時(shí)滑模牽引采用手拉葫蘆 牽引較費(fèi)力 費(fèi)工 3 根據(jù)三聯(lián)總公司責(zé)任方水電十四局在廣州抽水蓄能電站 浙江天荒坪 抽水蓄能電站等斜井全斷面滑模使用的經(jīng)驗(yàn) 并結(jié)合三峽斜井施工的情況 新研 制的斜井全斷面變徑滑模 主要由模板 針梁 鎖定裝置 軌道裝置及牽引系統(tǒng) 等組成 中梁采用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引 模板采用鋼鉸線液壓爬升器牽引 模板分為底模 和頂模 在施工過(guò)程中 模板沿中梁滑升形成自動(dòng)變徑 達(dá)到全斷面一次成形及 高度變化的目的 新研制的斜井全斷面變徑滑模與以往使用過(guò)的滑模相比 主要有以下兩個(gè)顯 著特點(diǎn) A 模板分為兩半 在滑升過(guò)程中自動(dòng)變徑 實(shí)現(xiàn)斜井全斷面一次澆筑成形 構(gòu)思新穎 B 模板牽引采用鋼鉸線液壓爬升器 此種爬升器在國(guó)內(nèi)研制尚屬首次 根據(jù)上述情況 承擔(dān)永久船閘地下輸水系統(tǒng)工程的三聯(lián)總公司在斜井混凝土 施工中成功地使用了底拱滑模 邊頂拱二次滑模技術(shù) 為攻克斜井砼施工難關(guān)奠 定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 同時(shí)為了技術(shù)創(chuàng)新 尋求解決變徑斜井施工的更好方法 又進(jìn) 一步研制了斜井全斷面變徑滑模 三 滑模結(jié)構(gòu)及工作原理 3 1 滑模結(jié)構(gòu) 斜井全斷面變徑滑模主要由模板 中梁 行走輪 尾部鎖定架 平臺(tái) 牽引 系統(tǒng)及軌道裝置等組成 滑模系統(tǒng)布置見(jiàn)附圖 2 1 模板 模板分為底拱模板和邊頂拱模板兩部分 模板長(zhǎng) 1 2m 寬 5m 面板厚 6mm 邊頂拱模板比底拱模板寬 12mm 邊頂模板套著底拱模板 中梁 附圖2 斜井全斷面滑模布置圖 軌道 鋼絞線 至卷?yè)P(yáng)機(jī) 錨桿 鋼絲繩 支座 錨桿 下部三角體 上部三角體 延長(zhǎng)軌道 1500 5000 2500 2900 R5000 頂拱模 底拱模 中梁 爬升器 模板 3500 3440 后鎖定架 重疊400 在邊墻部位相互重疊 40cm 與斜井高度的變化值相同 兩模板在滑升時(shí)相互獨(dú) 立 在中梁滑升時(shí)連為一體 2 中梁 中梁為漸變截面是本滑模的又一大特點(diǎn) 頂模和底模以中梁為 依托 中梁上部軌道與頂拱母線平行 下部軌道與底板面平行 即上下軌道之間 有 0 6 的夾角 中梁長(zhǎng) 14 7m 每次有效行程為 6m 中梁與行走輪及尾部鎖 定架相連 3 牽引系統(tǒng) 牽引系統(tǒng)分為中梁牽引系統(tǒng)和模板牽引系統(tǒng)兩部分 中梁 牽引用 1 臺(tái) 8t 慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引 模板滑升用 4 只 15t 液壓爬升器進(jìn)行牽引 8t 卷?yè)P(yáng)機(jī)固定于斜井上平洞 經(jīng)頂拱天輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向 爬升器沿 15 24mm 鋼絞 線進(jìn)行爬升 鋼絞線鉚固于斜井上口 4 軌道 中梁移動(dòng)時(shí) 行走輪在 12 槽鋼軌道上行走 軌距為 2m 前 行走輪軌道固定于底板內(nèi)層鋼筋上 并用拉筋與底板錨桿進(jìn)行加固 后行走輪軌 道置于已澆成型底板砼面上 避免砼面被壓損 軌道重復(fù)使用 3 2 滑模工作原理 由于斜井高度是由下往上逐漸變大的 中梁設(shè)制成與斜井同樣的錐度并設(shè)有 上部和下部軌道 頂模和底模是獨(dú)立的兩部分 滑升時(shí) 頂模及底模分別沿上部 軌道及下部軌道運(yùn)行 頂模與底模在邊墻結(jié)合處的面板是相互搭接包容的 即頂 模的部分面板緊貼在底模面上 滑升時(shí)這兩部分模板產(chǎn)生相對(duì)位移 其結(jié)果便形 成了襯砌斷面逐漸變大的收分效果 1 模板滑升時(shí) 把中梁定位好 前端用卷?yè)P(yáng)機(jī)拉住 后端把尾部鎖定架 調(diào)整受力 頂緊成型砼面 頂模與底模是相互獨(dú)立的兩部分 各由 2 只爬升器牽 引 既可同步運(yùn)動(dòng) 又可單獨(dú)進(jìn)行滑升 2 模板滑完一個(gè)行程后 把頂模及底模聯(lián)固為一體 把模板支架調(diào)整 受力 頂緊底板砼面 松開(kāi)中梁尾部鎖定架及其它連接件 然后中梁用 8t 慢速 卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引就位 3 中梁就位后 把尾部鎖定架支撐好 把頂模行走輪調(diào)至中梁上軌面 解除頂模與底模之間的連接 松開(kāi)模板支架 至此模板又可進(jìn)行下一循環(huán)的滑升 由于中梁長(zhǎng)度的限制 模板沿中梁的有效行程每次約為 6 米 但只要經(jīng)過(guò) 模板滑升 提升中梁 模板滑升 這樣的多次循環(huán) 就可以完成整條斜井的全 斷面砼襯砌 四 液壓爬升器結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 爬升器的使用是本滑模的一大特點(diǎn) 液壓爬升系統(tǒng)主要由液壓泵站 爬升器 管路 鋼絞線及固定支座等組成 液壓系統(tǒng)工作壓力為 14Mpa 4 只爬升器既可 聯(lián)動(dòng) 又可單獨(dú)運(yùn)行 爬升器每只額定牽引力為 15t 每次行 程 10cm 沿 15 24mm 鋼絞線進(jìn)行爬升 鋼絞線從爬升器中間穿過(guò) 用鉚座固定于斜 井井口支架上 爬升器主要由缸體 活塞桿 及前后夾爪等組成 附圖 3 為爬升器結(jié)構(gòu)示 意圖 爬升器工作時(shí) 缸體腔進(jìn)油 后部夾爪 抱緊鋼絞線 前夾爪松開(kāi) 缸體頂著模板往 上運(yùn)行 回油時(shí) 桿體腔進(jìn)油 前部夾爬抱 緊鋼絞線 后部夾爪松開(kāi) 活塞桿往上收縮 完成一次爬升 循環(huán)往復(fù) 便實(shí)現(xiàn)模板的連 續(xù)滑升 該爬升器具有重量輕 結(jié)構(gòu)緊湊 爬升力大 運(yùn)行平穩(wěn) 操作方便等特點(diǎn) 五 滑模主要技術(shù)性能參數(shù) 斜井全斷面變徑滑模主要技術(shù)性能參如下 項(xiàng) 目?jī)?nèi) 容 模 板模板長(zhǎng) 1 2m 寬 5m 高 5 5 4m 分為底模及邊頂模兩部分 中 梁中梁長(zhǎng) 14 7m 錐度 0 6 每次有效行程 6m 重 15 2t 卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)JM 8 速度 8m min 額定拉力 8t 鋼絲繩 28 滑輪倍率 4 液壓爬升器公稱壓力 140MPa 拉力 15t 行程 10cm 鋼絞線 15 24mm 軌 道軌道 12 軌距 2m 六 施工實(shí)踐 全斷面變徑滑模首次應(yīng)用于地下輸水系統(tǒng)工程北四斜井 2001 年 4 月 21 日凌晨 1 30 開(kāi)始砼澆筑 歷時(shí)兩周時(shí)間 于 5 月 4 日晚上 21 30 順利完成了 整條斜井的混凝土襯砌 斜井滑模砼施工主要包括下部三角體 直段及上部三角 鋼絞線 前夾爪 后夾爪 油缸 附圖3 爬升器示意圖 體 特別是上部三角體的施工一改以往拆除滑模后重新架立小模板澆筑的狀況 全部用滑模進(jìn)行施工 6 1 下部三角體的施工 滑模安裝就位后 模板與下彎段之間形成了一長(zhǎng)約 3 5m 的三角塊體 需用 拼模進(jìn)行澆筑 為保證砼的成型質(zhì)量 消除底拱砼水汽泡及麻面 斜井下部三角 塊體底拱部分采用小翻模抹面的施工工藝 邊頂拱部分則采用架立小鋼模進(jìn)行澆 筑 當(dāng)?shù)坠皾仓懦跄龔?qiáng)度達(dá)到約 0 3Mpa 時(shí) 即可把底拱模按澆筑順序由下往 上逐漸拆除 并對(duì)底拱直段及反弧面進(jìn)行人工抹面 壓光 消除水汽泡及麻面 另外 為便于更好地掌握模板初滑時(shí)間 當(dāng)砼澆至滑模時(shí) 需停料 2 3 小時(shí)后再 進(jìn)行下料 然后按正常速度將砼澆筑至距離滑模上口約 30cm 等待起滑 同時(shí) 拆除三角體處的邊頂模板及支撐 解除各部與滑模之間的約束 6 2 直段砼施工 1 模板滑升 當(dāng)砼強(qiáng)度達(dá)到 0 1 0 3Mpa 時(shí) 模板即可進(jìn)行滑升 滑升 時(shí) 底模及邊頂模分別用 2 只液壓爬升器進(jìn)行牽引 首次滑升由于摩擦阻力較大 可以增加 2 只 5t 手動(dòng)葫蘆來(lái)輔助牽引 滑升按 多動(dòng)少滑 的原則進(jìn)行 根據(jù) 現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn) 滑模區(qū)砼澆筑完 5 6 個(gè)小時(shí)后即可對(duì)下部三角塊體拆模 8 小時(shí) 左右即可進(jìn)行模板滑升 每下完一車料 倉(cāng)面砼均勻上升 20 30cm 每次滑升距離以 10 20cm 為宜 并將每次滑升間隔時(shí)間控制在 60 120 分鐘以內(nèi) 以減少因每次滑升距離過(guò)大造 成砼面不光滑 漏漿及時(shí)間過(guò)長(zhǎng)致使滑升阻力過(guò)大 同時(shí)又能使出模面能方便地 抹面 正?；?每天滑升距離約 2 5 3 5m 在滑升過(guò)程中出現(xiàn)爬升器夾爪打滑時(shí) 要及時(shí)對(duì)夾爪進(jìn)行檢修或更換 此時(shí) 可借助中梁上備用的手拉葫蘆進(jìn)行模板牽引 當(dāng)滑升間隔不超過(guò) 4 小時(shí)時(shí) 手拉 葫蘆能較輕易地進(jìn)行模板滑升 2 中梁提升 模板每次在中梁上的有效行程為 6 米 每個(gè)循環(huán)時(shí)間約 2 天 當(dāng)模板行走輪行至中梁軌道端頭時(shí) 就要進(jìn)行中梁的提升工作 中梁提升時(shí) 先把獨(dú)立的頂模與底模連成整體 把模板鎖定支架兩邊的絲桿 調(diào)整頂緊在已澆筑的底板砼面的墊塊上 同時(shí)用 2 只 5t 手動(dòng)葫蘆將模板組與邊 頂錨桿相連固定 防止模板下墜 松開(kāi)中梁尾部鎖定架 解除中梁各部約束 然 后就可以利用卷?yè)P(yáng)機(jī)將中梁向上提升了 中梁提升到位后 在頂模行走輪與中梁 軌道之間將會(huì)拉開(kāi)一個(gè)空隙 每次約為 7cm 把頂模行走輪調(diào)整至中梁軌道并固 定 解除底模與頂模之間的連接 然后便可開(kāi)始下一循環(huán)的滑升 3 模板滑升控制和糾偏 模板滑升按 多動(dòng)少滑 的原則 滑升過(guò)程中用水平管或水平儀經(jīng)常檢查模 板面是否水平 吊垂球檢查模板中心是否偏離了底板軌道中心線 若發(fā)生偏移 應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整 糾偏用爬升器及手拉葫蘆進(jìn)行 砼澆筑過(guò)程中必須保證下料均勻 兩側(cè)高差最大不得大于 40cm 并及時(shí)進(jìn) 行分料 當(dāng)因下料導(dǎo)致模板出現(xiàn)偏移或扭轉(zhuǎn)時(shí) 應(yīng)適當(dāng)改變?nèi)雮}(cāng)順序并借助于手 動(dòng)葫蘆等對(duì)模板進(jìn)行調(diào)校 每次中梁提升后 必須把頂模行走輪調(diào)整緊貼至中梁軌道面 不得留有空隙 以免因存在間隙而致使頂拱下塌 低于設(shè)計(jì)線 同時(shí) 應(yīng)使中梁中心與軌道中心 保持一致 防止模板左右偏移 4 抹面與養(yǎng)護(hù) 模板滑升后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行抹面 滑后拉裂 坍塌部位 要 仔細(xì)處理 多壓幾遍 保證接觸良好 底模與頂模在邊墻產(chǎn)生的 6mm 系統(tǒng)錯(cuò)臺(tái) 應(yīng)及時(shí)按 1 30 坡度修整處理 同時(shí)將預(yù)埋灌漿管找出 距滑模底部 2 米以外的 混凝土應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù) 6 3 上部三角體的施工 斜井上部三角體采用模板直接滑出方案 底模與頂模分開(kāi)滑升并滑出結(jié)構(gòu)分 縫線 澆筑前把軌道延長(zhǎng)出直段 堵頭模板安裝時(shí)低于砼設(shè)計(jì)線 5 10mm 以便 模板滑出時(shí)不會(huì)碰到堵頭模板及對(duì)砼產(chǎn)生擾動(dòng) 這樣整條斜井便全部采用滑模施 工完成 砼表面光滑平整 6 4 滑模砼運(yùn)輸與入倉(cāng) 砼運(yùn)輸采用 6m3攪拌罐車 砼入倉(cāng)除上部三角體采用泵車外 其余部位皆通 過(guò)階梯形溜槽緩降入倉(cāng) 砼坍落度控制在 14cm 左右 并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣 正常滑 升后 砼入倉(cāng)時(shí)按先低后高進(jìn)行布料 使兩側(cè)邊墻及底板 頂拱的砼均衡上升 每次澆筑層厚以 20 30cm 為宜 下料時(shí)應(yīng)及時(shí)分料 嚴(yán)禁局部堆積過(guò)高 保證 模板整體向上滑升 避免產(chǎn)生砼質(zhì)量及模板發(fā)生側(cè)向位移 北四斜井施工完后 滑模經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的修復(fù)及維護(hù) 于 2001 年 9 月 1 日下午 14 20 分至 9 月 15 日早晨 5 30 分又成功地應(yīng)用于北五斜井砼澆筑 經(jīng)全斷面變徑滑模施工后的斜井表面光滑平整 無(wú)錯(cuò)臺(tái) 麻面及施工縫 大 大減少了工序 加快了施工進(jìn)度 平均每天滑升速度達(dá)約 2 5m 最高日滑升達(dá) 3 5m 同時(shí) 由于采用液壓爬升器進(jìn)行牽引 操作簡(jiǎn)便 省力 滑升中 模板高 度順利地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)變化 滿足了斜井體形的要求 七 存在的問(wèn)題及處理對(duì)策 由于斜井全斷面變徑滑模在水電施工行業(yè)中屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng) 雖然在北四 北五 斜井砼施工中得到了成功的應(yīng)用 但尚有如下問(wèn)題需進(jìn)一步完善 1 液壓爬升器夾爪與鋼絞線在模板滑升過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)夾爪打滑現(xiàn)象 夾爪磨損嚴(yán)重 需進(jìn)一步提高夾爪的制作質(zhì)量及配合精度 選用耐磨及韌性較好 的材料 以期使夾爪的使用壽命達(dá)到模板滑升 20m 2 底模與頂模的搭接重疊段為 6mm 厚鋼板 雖然對(duì)其進(jìn)行了削坡處理 但在施工過(guò)程中局部出現(xiàn)了錯(cuò)臺(tái)逐漸變大的現(xiàn)象 致使局部抹面后平整度稍差 可在底模與頂模搭接部位設(shè)置調(diào)緊裝置 使重疊部分緊密貼合無(wú)間隙 避免混凝 土漿進(jìn)入 3 中梁提升后 頂模行走輪墊板更換較為困難 調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng) 可設(shè)置 絲桿千斤頂調(diào)整裝置 減輕更換難度 縮短調(diào)整時(shí)間 以上問(wèn)題在以后的施工中通過(guò)完善設(shè)計(jì)及改進(jìn)施工工藝 相信均能得到較好 的解決 八 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 目前地下輸水系統(tǒng)斜井直線段砼施工主要采用以下三種施工方法 一是底拱 采用滑模 邊頂拱采用搭滿堂腳手架立小鋼模 二是底拱及邊頂拱采用二次滑模 三是采用全斷面滑模 第一種方法由于整條斜井邊頂拱搭設(shè)滿堂腳手架并拼裝小鋼模 模板安拆 鋼筋運(yùn)輸綁扎及砼施工困難 既費(fèi)工 費(fèi)時(shí) 成本高 施工又不安全 表面質(zhì)量 差 工期長(zhǎng) 第二種方法分兩次滑升 雖施工安全 表面質(zhì)量好 方便鋼筋運(yùn)輸 及綁扎 但工序重復(fù) 施工時(shí)間亦較長(zhǎng) 而且以上兩種方法由于分兩次施工 均 需在底板預(yù)設(shè)插筋 而且還增加了對(duì)縱向施工縫的處理 同時(shí)由于工期長(zhǎng) 導(dǎo)致 模板套數(shù)需增加才能滿足施工要求 第三種斜井全斷面滑模由于滑升過(guò)程中自動(dòng) 完成收分 使底拱和邊頂拱一次澆筑成形 大大減少了工序 縮短了工期 單人 工費(fèi)一項(xiàng)就減少了許多 而且由于沒(méi)有施工縫 質(zhì)量得到了極大的提高 以下為斜井模板三種施工工藝的主要經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分析表 重量 t 工期 d 項(xiàng) 目 模板形式 單重總重分部總體 備 注 底拱滑模 540 1 邊頂小鋼模 63 68 100 140 底拱滑模 540 2 邊頂滑模 16 21 50 90 3 全斷面滑模 232365 1 本表以南北坡三 五級(jí)斜井 為例