白鶴灘水電站導(dǎo)流洞頂拱異形模板的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吉 婷

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，距巧家縣城45km，距昆明約260km，至重慶、成都、貴陽均在400km左右。電站上接烏東德梯級，下鄰溪洛渡梯級，距溪洛渡水電站195km。白鶴灘水電站是西電東送骨干電源點(diǎn)之一，裝機(jī)容量約16000MW。

導(dǎo)流洞頂拱異形模板為喇叭口形，頂拱使用異形模板，可以提高隧洞混凝土襯砌施工的機(jī)械化程度，提高混凝土的表觀質(zhì)量，減少對洞內(nèi)其他施工作業(yè)和工程運(yùn)輸?shù)母蓴_，加快施工進(jìn)度。

2頂拱異性模板的設(shè)計(jì)方案

導(dǎo)流洞頂拱異形模板(以下簡稱“頂模”)，是專門為工程隧洞喇叭形進(jìn)口混凝土整體襯砌而設(shè)計(jì)的一種大型異形模板。通過項(xiàng)目的實(shí)施，對頂模的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、施工工藝等進(jìn)行研究，以掌握該頂模的設(shè)計(jì)、制造及施工應(yīng)用技術(shù)。該頂模主要由面板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、主桁架、附墻支架和錨固系統(tǒng)等部件組成，各部件獨(dú)立設(shè)計(jì)，組裝成整體后又緊密聯(lián)系，互為依存。

頂模設(shè)計(jì)為一次立模，混凝土分層澆筑，分層高度2m，頂模帶有一定高度的閘墩模板。閘墩施工到一定高程時，預(yù)埋錨固部件，安裝附墻支架，形成三個主桁架平臺。吊裝由主桁架、支撐軸桿、面板組成的拼裝組件，完成頂拱模架的安裝。導(dǎo)流洞頂拱異形模板方案，見圖1、圖2所示。

圖1 導(dǎo)流洞頂拱異形模板方案立面

圖2 導(dǎo)流洞頂拱異形模板方案平面

2.1 面板系統(tǒng)

面板系統(tǒng)由漸變段和洞身段兩部分組成，進(jìn)水口漸變段分成兩段單獨(dú)襯砌，通過面板保證漸變段的澆注質(zhì)量。

頂拱面板按結(jié)構(gòu)線設(shè)計(jì)，從樁號0－0m到0－20m共分成12環(huán)，1～10環(huán)面板橫向每環(huán)由3塊頂模組成，11、12環(huán)由4塊頂模組成，共38塊。其中，MB12－03最大，單塊尺寸為5.8m×1.6m×2.8m，單塊重量為1.73t。

貼靠邊墩的模板設(shè)計(jì)有30cm側(cè)墻模板，貼靠中墩的模板設(shè)計(jì)有50cm的側(cè)墻模板，用以實(shí)現(xiàn)與先期澆筑的側(cè)墻壓接。每塊側(cè)墻模板上開設(shè)3個拉條孔，起拉緊模板、壓緊先期混凝土的作用。

面板間采用螺栓聯(lián)接，并通過調(diào)節(jié)絲桿與桁架相聯(lián)。當(dāng)調(diào)節(jié)絲桿收縮時，在側(cè)向調(diào)節(jié)絲桿的作用下與澆筑面脫開，完成頂模和左右側(cè)模板的收縮。

每環(huán)模板上開設(shè)有拉條孔，在澆筑前進(jìn)行預(yù)埋，脫模時起承受吊鉤的作用。

面板采用5mm鋼板，總厚度255mm。拱形筋板采用10mm鋼板，寬度250mm;頂模拱板上開設(shè)軸桿孔，通過軸桿傳力給支撐桁架。縱向筋板采用6mm鋼板，寬度150mm，間距約300mm。

在樁號0+000m到0－015m之間的模板，筋板平行于側(cè)墻布置。在樁號0－015m到0－020m之間的模板，筋板按斷面圓的法線布置。

靠邊墻兩側(cè)的每塊模板，均大于或等于30cm邊墻模板，實(shí)現(xiàn)漸變段與墩柱的相貫線，由車間模板放樣制作，保證相貫線的澆筑質(zhì)量，同時實(shí)現(xiàn)立模壓緊老混凝土大于5cm以上。

加強(qiáng)設(shè)計(jì)。在頂模的幅中加設(shè)了δ10mm×h200mm加強(qiáng)拱板，以保證承受混凝土自重和澆筑壓力最大部位的剛度及平整度。

進(jìn)水口漸變段從樁號0－0m到0+30m的模板，模板結(jié)構(gòu)0－0m到0－20m結(jié)構(gòu)相同，模板在縱向按1.5m分塊，橫向按三段分塊。

2.2 支撐軸桿

支撐軸桿主要由鋼管、螺母、螺桿、耳板、連接銷組成，將模板與主桁架連成整體，傳模板受力于主桁架。

2.3 主桁架

頂拱鋼模板采用鋼桁架支撐，鋼桁架縱向共布置14榀，分三段為一基礎(chǔ)平面布置。鋼桁架間距為:樁號0+000m～0－004.62m為1340mm，0－008.52m～0－015m為1236mm，0－015m～0－020m為1200mm。鋼桁架縱向采用［12和∠90×56×6角鋼連接，以保證縱向整體穩(wěn)定性。

鋼桁架采用［12mm和回60×5mm方管組成，最小尺寸為1592mm×8525mm(為投影長度)，單重約1272kg;最大尺寸為3242mm×13835mm(為投影長度)，單重約3229kg。

鋼桁架固定采用鋼牛腿和定位錐兩個組件。定位錐需提前預(yù)埋在混凝土中，用于鋼牛腿定位與固定。

3 頂拱異形模板實(shí)施情況

該頂模試制成功后，對其性能做了一個綜合評定，主要包括頂模面板及整體桁架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、軸桿的可操作性，所得出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均符合該項(xiàng)目的要求。

該頂模成功應(yīng)用于白鶴灘水電站右岸導(dǎo)流隧洞工程。通過現(xiàn)場使用驗(yàn)證，該頂模結(jié)構(gòu)布局科學(xué)、合理、安全、可靠，操作簡單、方便、快捷、快速，混凝土表面光滑、平整，曲線表面過渡平滑、美觀，達(dá)到了頂模研發(fā)的預(yù)期目標(biāo)。異形頂模安裝后效果如圖3所示。

圖3 異形頂模安裝效果

4 該頂模的優(yōu)點(diǎn)及效益分析

4.1 優(yōu)點(diǎn)

與國際國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)比較，該頂拱異形模板設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用技術(shù)與國內(nèi)外同類研究、同類技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)借助于計(jì)算機(jī)建模，通過分層分段切割，獲得喇叭段任意斷面完美曲線，便于采用平面形式展現(xiàn);

(2)適用于大跨度承重模板、喇叭口形隧洞混凝土結(jié)構(gòu)，解決鋼筋密集、橫向跨度較大、垂直高度大的難題;

(3)適用于喇叭口形隧洞混凝土快速施工模式。該頂模結(jié)構(gòu)布局型式模似了喇叭口隧洞圓漸變斷面的布局形態(tài)，與設(shè)計(jì)輪廓最大限度匹配，滿足隧洞曲面平滑過渡，混凝土表觀質(zhì)量較高;桁架兩端支撐在鋼牛腿上，底部空間非常大，可以滿足25t吊車作業(yè)空間需求，且不影響混凝土正常施工，可以多層次、多元化立體作業(yè)，有效縮短混凝土施工周期，為工程節(jié)約時間;

(4)操作簡單、方便、安全性強(qiáng)。面板安裝、拆除通過機(jī)械絲桿執(zhí)行，機(jī)械絲桿易于操作，伸縮靈活，動作簡單，效果顯著，安全性強(qiáng);

(5)采用桁架支撐，桁架設(shè)計(jì)簡單化，規(guī)格統(tǒng)一，可進(jìn)行批量生產(chǎn)，從而加快施工進(jìn)度;

(6)模板系統(tǒng)整體性強(qiáng)、鋼度大、穩(wěn)定牢固，適合大體積混凝土施工。

4.2 經(jīng)濟(jì)和社會效益分析

該頂模造價偏高，但與傳統(tǒng)施工工藝相比，總工程成本降低。經(jīng)測算，在白鶴灘水電站使用，節(jié)約鋼材約100t，縮短工期2個月。

該頂模的成功研發(fā)與應(yīng)用，為工程導(dǎo)流隧洞喇叭形出口混凝土快速施工提供了全新的概念和全套的模板技術(shù)，解決了大跨度承重模板、喇叭口形隧洞混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋密集、橫向跨度較大、垂直高度大的難題，充分體現(xiàn)其適用性強(qiáng)、加快施工進(jìn)度、降低總投資的優(yōu)點(diǎn)，其市場前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益顯著。

5 結(jié)語

該頂模打破傳統(tǒng)作風(fēng)，解決了混凝土施工工期緊、方量大、任務(wù)重、隧洞表觀質(zhì)量要求高的難題，并總結(jié)出一套行之有效的頂拱異形模板技術(shù)。在白鶴灘水電站右岸導(dǎo)流隧洞工程上首次使用，即引起業(yè)內(nèi)專家及相關(guān)單位的密切關(guān)注，贏得了高度評價，同時為類似工程異形模板的使用提供有力的依據(jù)。