可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)及在引水隧洞混凝土施工中的應(yīng)用

(中國(guó)水利水電第六工程局有限公司，沈陽(yáng)，110179)

1 工程概況

金沙江烏東德水電站右岸地下電站引水系統(tǒng)共布置6條引水隧洞，采用“單機(jī)單洞”向機(jī)組供水的方式，引水隧洞上彎段、豎井段及下彎段襯砌后內(nèi)徑均為12.50m，彎段的轉(zhuǎn)彎半徑為30.0m，轉(zhuǎn)彎角度均為90°，上、下彎段高差達(dá)到130m。襯砌采用滿堂紅腳手架管配合定型鋼模板進(jìn)行施工，單條隧洞襯砌材料總量約200t。襯砌完成后材料吊運(yùn)成為最大難題，未襯砌前可用汽車吊配合施工，襯砌完成后斷面為圓形，無(wú)法停放起吊設(shè)備，為達(dá)到降本增效，滿足多次倒運(yùn)，避免材料積壓，根據(jù)引水隧洞結(jié)構(gòu)特征，自主設(shè)計(jì)了可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)，成功解決了材料吊運(yùn)難題。

圖1 引水隧洞結(jié)構(gòu)布置

引水隧洞襯砌完成后結(jié)構(gòu)如下圖1。

2 施工總布置

2.1 引水上彎段可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)布置

引水隧洞襯砌采用自下而上施工方式，滿堂紅排架從下彎段第1段開始搭設(shè)，隨襯砌上升逐步搭設(shè)，在襯砌至上彎段第3、4段時(shí)，提前預(yù)埋可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)固定裝置，在上彎段全部襯砌完成后，利用前期預(yù)埋的固定裝置安裝自動(dòng)提升系統(tǒng)。提升系統(tǒng)主要有固定裝置、平面軌道、5t自行式電動(dòng)葫蘆、固定式電動(dòng)葫蘆等組成，完成井內(nèi)的吊運(yùn)任務(wù)。引水上彎段可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)布置詳見(jiàn)圖2。

2.2 可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)預(yù)埋件布置

可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)布置在引水上彎段第3、4段正頂拱位置，通過(guò)在混凝土中預(yù)埋[14槽鋼進(jìn)行固定，槽鋼共設(shè)置5組，每組2根，每組[14槽鋼之間呈30°角背靠背布置，第一組[14槽鋼距第2、3段混凝土分倉(cāng)線水平距離88cm，第二組[14槽鋼距第一組[14槽鋼水平距離300cm，后四組[14槽鋼之間水平距離均為450cm。預(yù)埋的[14槽鋼長(zhǎng)度為150cm，深入混凝土內(nèi)75cm，外露75cm，與系統(tǒng)錨桿牢固焊接。預(yù)埋件布置詳見(jiàn)圖3。

圖2 可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)布置

圖3 提升系統(tǒng)預(yù)埋件布置

2.3 可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)軌道加固設(shè)計(jì)

待上彎段第3、4段襯砌完成后，在啟動(dòng)排架拆除前，利用排架作為平臺(tái)，對(duì)前期預(yù)埋的[14槽鋼進(jìn)行焊接加長(zhǎng)，加長(zhǎng)槽鋼中部設(shè)置2道聯(lián)系梁以提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在平面軌道安裝完成后從隧洞頂拱反吊拉條引出雙φ12拉條對(duì)軌道進(jìn)行反吊，間距2.0m，反吊拉條一端與襯砌時(shí)的模板拉條焊接，另一端焊接于軌道上形成反吊。同時(shí)在平面軌道上仰角端采用I12工字鋼焊接成“八”字型斜拉桿與底拱拉條焊接斜拉，增加軌道與四周連接，防止運(yùn)行中晃動(dòng)。自行式提升系統(tǒng)軌道加固詳見(jiàn)圖4。

圖4 可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)軌道加固布置

2.4 可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)軌道設(shè)計(jì)

結(jié)合引水上彎段、豎井等部位結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了同時(shí)滿足所有部位材料吊運(yùn)及后期卸載，設(shè)計(jì)之初計(jì)劃采用齒牙軌道，考慮增加電動(dòng)葫蘆的抓地力，在經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)齒牙軌道的齒牙有磨損現(xiàn)象，易對(duì)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程造成安全隱患。重新調(diào)試優(yōu)化，經(jīng)過(guò)多次三維模擬實(shí)驗(yàn)，將齒牙軌道變?yōu)槠矫孳壍?，軌道成水平上?5°角，上游端靠近上彎段洞口，距底拱混凝土豎向距離為7m，距頂拱混凝土豎向距離為5.5m。軌道直接采用I28工字鋼代替即可，總長(zhǎng)18.5m，由兩根對(duì)接而成，軌道擾度及強(qiáng)度經(jīng)過(guò)計(jì)算，滿足吊運(yùn)要求。平面軌道布置詳見(jiàn)下圖5。

圖5 可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)平面軌道布置

2.5 可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)引水豎井材料吊運(yùn)重量及安全考慮，自行式電動(dòng)葫蘆選型為CD1型，額定起吊重量為

5t，配備φ16mm鋼絲繩進(jìn)行豎直方向的材料吊運(yùn)，電動(dòng)葫蘆成長(zhǎng)筒形，為滿足155m長(zhǎng)鋼絲繩纏繞(井深130m，軌道長(zhǎng)18.5m，預(yù)留6.5m富余)，電動(dòng)葫蘆頂部布置兩對(duì)鋼輪，鋼輪布置在I28工字鋼上，通過(guò)夾片將電動(dòng)葫蘆與鋼輪連接。電動(dòng)葫蘆和I28型鋼均由專業(yè)廠家進(jìn)行生產(chǎn)并出具相應(yīng)的合格證。自行式電動(dòng)葫蘆布置詳見(jiàn)圖6。

圖6 自行式提升系統(tǒng)電動(dòng)葫蘆布置

自行式電動(dòng)葫蘆行走軌道為上仰角，且為水平軌道，在吊運(yùn)材料過(guò)程中從安全角度考慮，在軌道上游端布置1臺(tái)固定式電動(dòng)葫蘆，額定起吊重量為1t，固定式電動(dòng)葫蘆布置有2道φ10mm鋼絲繩與自行式電動(dòng)葫蘆連接，其中一道主繩用于輔助拉升工作，另一道支繩為防止自行式電動(dòng)葫蘆上升過(guò)程中突發(fā)情況的墜落保護(hù)繩，極大提高了提升系統(tǒng)的安全性。固定式電動(dòng)葫蘆采用[14槽框鋼與水平軌道連接，確保穩(wěn)定。固定式電動(dòng)葫蘆布置詳見(jiàn)圖7。

表1 提升系統(tǒng)電動(dòng)葫蘆參數(shù)

圖7 固定式電動(dòng)葫蘆布置

3 結(jié)語(yǔ)

可移動(dòng)自行式材料提升系統(tǒng)目前已在烏東德水電站右岸引水隧洞8#引水隧洞得到實(shí)際應(yīng)用，并達(dá)到預(yù)期效果，工作效率是人工搬運(yùn)的8～10倍，同時(shí)施工過(guò)程中的安全得到極大保障。希望此提升系統(tǒng)在今后的施工及其他項(xiàng)目上得到應(yīng)用和推廣。