穿行式承重支撐系統(tǒng)在楊房溝水電站導(dǎo)流隧洞施工中的運用

劉 明 生， 王 鵬， 余 勇 輝

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

穿行式承重支撐系統(tǒng)在楊房溝水電站導(dǎo)流隧洞施工中的運用

劉 明 生， 王 鵬， 余 勇 輝

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

在水電站導(dǎo)流隧洞進口復(fù)雜結(jié)構(gòu)部位，如何安全、經(jīng)濟地選擇適宜的承重支撐施工方法，使其既能滿足下部過車交通運輸要求，又能達到保證施工質(zhì)量、減少施工工作量、降低投資、加快施工進度的效果，對工程的整體效益就顯得極為重要。以楊房溝水電站導(dǎo)流隧洞進口漸變段、閘室三維曲面龍?zhí)ь^結(jié)構(gòu)體施工為例，從方案比較、系統(tǒng)設(shè)計、施工過程控制以及施工效果等方面進行了詳細闡述，著重對穿行式承重支撐系統(tǒng)進行了介紹，所取得的經(jīng)驗對類似承重支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)施工具有一定的參考意義。

導(dǎo)流洞；漸變段；中墩；穿行式承重支撐；楊房溝水電站

1 工程概述

楊房溝水電站工程設(shè)置兩條導(dǎo)流隧洞，均布置在右岸。兩條導(dǎo)流隧洞進口高程均為1 985 m，出口高程均為1 981 m，城門洞型，過流斷面均為13 m×16 m(寬×高)。兩條導(dǎo)流隧洞平行布置，中心距45 m，1#導(dǎo)流隧洞靠江側(cè)，長716.04 m，2#導(dǎo)流隧洞靠山側(cè)，長831.56 m，導(dǎo)流隧洞全斷面采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。兩條導(dǎo)流隧洞進口均布置了封堵閘門及進水口，每條導(dǎo)流隧洞閘室及漸變段由中墩將結(jié)構(gòu)分為左右兩孔6.5 m×16 m的過流斷面。

楊房溝水電站導(dǎo)流隧洞襯砌施工僅有位于進口和中部的3#施工支洞下岔洞作為施工交通通道，在導(dǎo)流隧洞進口施工時，必須保證從進口至導(dǎo)流隧洞洞身的交通通暢。導(dǎo)流隧洞進口閘室、漸變段如何選擇合理的承重支撐施工技術(shù)是保證導(dǎo)流隧洞施工安全、施工質(zhì)量，提高施工速度、節(jié)約投資的關(guān)鍵。

2 施工方案的選擇

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計情況

楊房溝水電站導(dǎo)流隧洞進口樁號0+000～0-18為閘室，拱頂部位的澆筑厚度為1.5 m；樁號0+000～0+36為漸變段，長36 m，拱頂部位的澆筑厚度為2.5 m；樁號0+000～0+18.97部位設(shè)置中墩，0+18.97～0+36位置無中墩，無中墩部位縱橫向跨度較大，混凝土澆筑方量大，施工難度以及風(fēng)險較高，導(dǎo)流隧洞進口漸變段及閘室設(shè)計結(jié)構(gòu)見圖1、2。

圖1 漸變段有中墩部位結(jié)構(gòu)示意圖(單位：cm)

2.2 所選擇的施工方案

方案(1)。采用落地式腳手架承重支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，模板采用P3015和P1015散裝組合鋼模板，縱環(huán)向圍檁采用φ48×3.5 mm鋼管腳手架與φ12拉桿形成支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，局部輔以木模板補縫。

方案(2)。采用穿行式腳手架承重支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通過承重腳手架將漸變段拱部承受混凝土的重力傳遞至已預(yù)埋的工字鋼橫梁上, 縱環(huán)向圍檁采用φ48×3.5 mm鋼管腳手架與φ12拉桿形成支撐系統(tǒng)。頂部模板一般采用3塊P3015配1塊P1015散裝鋼模板進行組合(局部采用木模板)。

圖2 進口閘室部位結(jié)構(gòu)示意圖(單位：cm)

方案(3)。采用貝雷片式承重支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通過承重腳手架將漸變段拱部承受混凝土的重力傳遞至貝雷片橫梁上, 縱環(huán)向圍檁采用φ48×3.5 mm鋼管腳手架與φ12拉桿形成支撐系統(tǒng)。頂部模板一般采用3塊P3015配1塊P1015散裝鋼模板進行組合(局部采用木模板)。

2.3 施工方案的比較與選擇

采用方案(1)的優(yōu)點是：所有承重系統(tǒng)均落在已澆筑混凝土的底板上；節(jié)約其它輔助材料，減少工字鋼和其它鋼材的焊接工程量，鋼管腳手架可采用租賃的方式進行采購，使用完成后可以回收。缺點是：因?qū)Я魉矶催M口漸變段及閘室凈空斷面面積較大，需要耗費大量的鋼管腳手架，同時占用施工場地，影響導(dǎo)流隧洞進口交通通行以及施工進度。

采用方案(2)的優(yōu)點是：所有承重系統(tǒng)均在已搭設(shè)的工字鋼橫梁上進行，工字鋼橫梁底部凈空預(yù)留行車通道，可減少并緩解交通壓力；另外，可以通過調(diào)整工字鋼橫梁的架設(shè)高程，減少鋼管腳手架的有效搭設(shè)高度，減少鋼管腳手架的耗用量，拆除安全快捷；拆除后的工字鋼及架管可以回收利用，可以節(jié)約成本，減少工程耗材。缺點是：型鋼的使用量較大，在對工字鋼及鋼材的焊接和組合加工時，需動用汽車吊等吊裝設(shè)備才能完成。

采用方案(3)的優(yōu)點是：所有承重系統(tǒng)均在已搭設(shè)的貝雷片橫梁上進行，利用貝雷片的大跨度承載能力來承受上部混凝土傳遞的施工荷載；貝雷片橫梁底部預(yù)留行車通道，可減少并緩解交通壓力，減少施工干擾；貝雷片的安裝和拆除只需要通過銷釘來完成，從而減少了焊接工程量；貝雷片可以采用租賃的方式進行采購，施工完成后，可回收利用，節(jié)約成本，減少工程耗材。缺點是：安裝和拆除貝雷片橫梁時，需動用汽車吊等吊裝設(shè)備才能完成；因貝雷片橫梁的架設(shè)、安裝和拆除需在導(dǎo)流隧洞洞內(nèi)(導(dǎo)流隧洞漸變段及閘室用于吊車施工的空間及范圍相對狹小)進行，施工難度極大，安全風(fēng)險高。

經(jīng)過對上述3個方案進行比較后決定，采用方案(2)施工更安全、快速、經(jīng)濟性好，質(zhì)量控制更有保障，故最終決定采用穿行式腳手架承重支撐系統(tǒng)方案進行施工。

3 方案的設(shè)計及施工

3.1 穿行式腳手架承重支撐系統(tǒng)方案設(shè)計

針對導(dǎo)流隧洞漸變段及閘室的工程結(jié)構(gòu)特點，兩側(cè)邊墻混凝土澆筑分層高度按450 cm施工，中墩混凝土分層澆筑高度按400 cm施工。穿行式承重腳手架支撐系統(tǒng)采用在兩側(cè)邊墻1 991.7 m高程處預(yù)埋Ⅰ20工字鋼(預(yù)埋在混凝土內(nèi)60 cm，外漏30 cm，埋入混凝土的部分采用3根φ25鋼筋錨固，間距15 cm，工字鋼順?biāo)鞣较蜷g距為75 cm)；有中墩的部位采用在兩側(cè)邊墻和中墩1 994.2 m高程處預(yù)埋一根通長Ⅰ20a的工字鋼(兩端預(yù)埋在混凝土內(nèi)60 cm，長度7.7 m，順?biāo)鞣较蜷g距為75 cm，埋入混凝土的部分同樣采用3根φ25鋼筋進行錨固，間距為15 cm)。通過在已埋設(shè)的工字鋼和橫梁之間設(shè)置Ⅰ18工字鋼作為八字斜撐并在斜撐部位設(shè)置一道拉筋(選用∠63×40×4角鋼)，可使工字鋼、橫梁、斜撐和拉筋形成穩(wěn)固的支撐系統(tǒng)。

導(dǎo)流隧洞進口閘室段采用同樣的方法施工，在兩側(cè)邊墻高程1 991.7 m和1 994.2 m部位預(yù)埋了Ⅰ20工字鋼(埋入混凝土內(nèi)60 cm，外漏30 cm，沿水流方向間距為75 cm，其中埋入混凝土的部分采用3根φ25鋼筋進行錨固，間距15 cm)，在高程1 994.2 m處縱向并排布置了2根Ⅰ20工字鋼縱梁并在縱梁兩端設(shè)置了Ⅰ20工字鋼橫梁作為支撐；在預(yù)埋的工字鋼和橫梁支撐上設(shè)置了Ⅰ18工字鋼斜撐和6.3/4角鋼拉筋形成結(jié)構(gòu)受力支撐系統(tǒng)。在閘室墩頭4.5 m部位采用Ⅰ18工字鋼立柱桁架作為支撐系統(tǒng)。

在已埋設(shè)的工字鋼和橫梁之間設(shè)置Ⅰ18工字鋼作為八字斜撐并在斜撐部位設(shè)置了一道拉筋(選用6.3/4角鋼)，從而使工字鋼、橫梁、斜撐和拉筋形成穩(wěn)固的支撐系統(tǒng)。方案設(shè)計情況見圖3、4。

圖3 有中墩漸變段部位穿行式結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)示意圖

圖4 閘室龍?zhí)ь^段穿行式結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)示意圖

3.2 穿行式承重腳手架結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)的計算

根據(jù)設(shè)計圖對Ⅰ20工字鋼、Ⅰ18工字鋼斜撐、6.3/4角鋼拉筋、Ⅰ18工字鋼立柱、模板、圍檁等結(jié)構(gòu)件按規(guī)范進行了結(jié)構(gòu)受力分析與強度、剛度、擾度、抗彎、抗剪等應(yīng)力計算，應(yīng)力計算時取最不利工況進行計算，同時利用人民交通出版社出版的、由周水興主編的《路橋施工計算手冊》進行結(jié)構(gòu)力學(xué)計算校核，各種結(jié)構(gòu)件的理論計算均滿足設(shè)計規(guī)范及施工規(guī)范要求。

3.3 穿行式承重腳手架結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)施工方法

(1)首先，在導(dǎo)流隧洞漸變段及閘室兩側(cè)邊墻部位按設(shè)計圖紙等間排距預(yù)埋了Ⅰ20工字鋼和橫梁，無中墩部位設(shè)置了2根并排的Ⅰ18工字鋼立柱。閘室墩頭4.5 m部位采用Ⅰ18工字鋼立柱桁架作為支撐系統(tǒng)。

(2)待兩側(cè)邊墻混凝土澆筑完成且有一定強度時(至少3 d強度)，即可在預(yù)埋的工字鋼和橫梁之間焊接Ⅰ18工字鋼立柱斜撐和6.3/4角鋼拉筋，縱向間距為75 cm，并在其上作施工平臺。焊縫寬度、長度、厚度均按設(shè)計要求進行，經(jīng)檢查驗收合格后方可進行下一工序作業(yè)(圖5)。

圖5 工字鋼橫梁施工示意圖

(3)無中墩部位采用Ⅰ18工字鋼立柱(沿水流方向縱向間距為75 cm)，立柱之間橫向采用6.3/4角鋼焊接成整體(2 m一道)，縱向沿水流方向采用φ25鋼筋進行加固。

(4)待預(yù)埋工字鋼和工字鋼橫梁支撐系統(tǒng)焊接完成后，施工人員系上安全帶，在操作平臺上采用5 cm厚木板、竹跳板和安全網(wǎng)等進行安全防護。

(5)安全防護搭設(shè)完成并經(jīng)檢查驗收合格后開始按設(shè)計要求在Ⅰ20a工字鋼橫梁上進行φ48×3.5 mm鋼管腳手架的搭設(shè)，沿水流方向間距為75 cm，橫向間距為50 cm，步距120 cm，環(huán)向和縱向圍檁均采用φ48×3.5 mm鋼管腳手架(圍檁由工程部按設(shè)計圖紙下料后交給綜合隊進行加工制作),詳見圖6；腳手架搭設(shè)完成后安裝環(huán)向和縱向水平圍檁、模板安裝以及焊接拉桿等作業(yè)，測量人員對模板校正加固后進行下一道工序施工。

(6)導(dǎo)流隧洞漸變段及閘室模板安裝完成并經(jīng)檢查合格后開始按設(shè)計圖要求進行該部位鋼筋的安裝。經(jīng)驗收合格后，最后進行混凝土澆筑。

圖6 進口漸變段及閘室防護施工示意圖

3.4 施工效果

在楊房溝水電站導(dǎo)流隧洞漸變段及閘室施工中采用穿行式承重腳手架支撐的施工方法完成了

該部位鋼筋混凝土施工，經(jīng)實際檢驗證明，該方案安全可靠，混凝土外觀質(zhì)量成型好，施工快捷，經(jīng)濟性好，綜合效益好。

4 結(jié) 語

對于水電工程建設(shè)中的一些特殊結(jié)構(gòu)施工，要充分了解現(xiàn)場設(shè)計結(jié)構(gòu)情況、現(xiàn)場材料物資情況等進行施工方案的比較與分析，不能墨守成規(guī)，應(yīng)結(jié)合各種新技術(shù)、新工藝、新方法等選擇適宜的施工方案。

穿行式承重腳手架適用于須滿足交通要求的水電工程施工。大中型水電站進口漸變段及閘室龍?zhí)ь^部位采用穿行式承重腳手架進行該部位混凝土澆筑施工安全、快速、便捷，具有較好的社會綜合經(jīng)濟效益和參考價值。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-02-06

TV7;TV554;TV52;TV53

B

1001-2184(2017)02-0029-04

劉明生(1973-)，男，四川成都人，項目副經(jīng)理兼總工程師，高級工程師，從事水利水電、市政工程施工技術(shù)及管理工作；

王 鵬(1987-)，男，陜西延安人，項目技術(shù)部副主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

余勇輝(1985-)，男，湖北應(yīng)城人，項目技術(shù)部副主任，助理工程師，學(xué)士，從事水利水電、鐵路、市政工程施工技術(shù)及管理工作.