毗河供水一期工程多底模造槽機研究及應(yīng)用

(中國水利水電第十工程局有限公司二分局，四川 都江堰，611800)

1　工程概況

都江堰灌區(qū)終期設(shè)計灌溉面積97.87萬hm2，其中毗河供水區(qū)為22.22萬hm2。毗河供水工程是都江堰丘陵擴灌區(qū)之一，工程總體布局由引水樞紐、總干渠及渠系工程、灌區(qū)囤蓄水庫及提灌工程等組成。毗河供水工程以城鎮(zhèn)供水和灌溉為主，工程供水區(qū)共涉及7市(區(qū)、縣)的160個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，總?cè)丝?23萬人，其中城鎮(zhèn)人口108萬人；設(shè)計灌面22.22萬hm2(其中一期工程設(shè)計灌面8.366萬hm2)，總干渠終期設(shè)計引用流量60m3/s(其中一期工程設(shè)計引用流量22m3/s)。毗河供水一期工程新建引水樞紐和骨干輸水渠道共20條，合計總長度為381.55km。其中，明渠162.14km，渠系配套建筑物1160座，包括隧洞295座(165.67km)、渡槽101座(38.13km)、倒虹管34座(15.61km)、節(jié)制閘39座、分水閘24座、泄水閘32座、山溪渡槽118座、山溪涵洞111座、機耕橋110座、人行橋194座、放水洞102座。

為解決本工程渡槽(101座，38.13km)施工難點，擬在毗河第二施工分部對渡槽施工進行科研試點。

第二施工分部總干渠設(shè)計流量22m3/s，包含碾子灣、蔣家溝、蔣銅、銅車堰、金盆廟、桐麻林、雙叉溝7座渡槽，渡槽全長7680m。

原設(shè)計為12m梁式渡槽與60m拱式渡槽相結(jié)合，為提高機械化作業(yè)效率，經(jīng)過經(jīng)濟比較后向業(yè)主和設(shè)計單位提出了改為16m梁式渡槽的變更申請，變更后渡槽單跨長度16m，混凝土強度等級為C30(W6F100)，結(jié)構(gòu)形式為U型薄殼混凝土結(jié)構(gòu)，橫斷面為半圓加直段，槽身頂部設(shè)置有拉桿，拉桿中心間距1.4m，槽身凈寬5.2m，凈高3.9m，主槽身厚度25cm。單跨槽身混凝土89.3m3，鋼筋總量15.65t，含筋率175.3kg/m3，槽身總重量預(yù)計240t。

2　施工方案對比

槽身混凝土施工方案有滿堂腳手架現(xiàn)澆方案，貝雷架桁架現(xiàn)澆方案，預(yù)制吊裝方案，造槽機機械化現(xiàn)澆筑方案。

2.1　滿堂腳手架現(xiàn)澆方案

滿堂腳手架現(xiàn)澆方案作為一般常規(guī)手段，需要投入大量腳手架材料，對地基承載力要求高，腳手架需要反復(fù)拆裝，人工成本高，一般只適用于15m以下槽身澆筑。

2.2　貝雷架桁架現(xiàn)澆方案

貝雷架桁架現(xiàn)澆方案可以節(jié)省大量腳手架材料，6m以上高空架節(jié)省成本更為突出，同時減少大量人工成本，但需要全程配置大型吊車作業(yè)，尤其是槽身下的貝雷架拆除困難，安全風(fēng)險大。

2.3　預(yù)制吊裝方案

預(yù)制吊裝方案是所有方案中效率最高，施工質(zhì)量最優(yōu)的一種，但需要一次性投入上千萬設(shè)備，槽身運輸對道路要求高，但此方案在水利專家評審會上沒有通過。

2.4　造槽機機械化現(xiàn)澆筑方案

造槽機機械化現(xiàn)澆筑方案也稱之為移動模架方案，能有效地避免腳手架方案和貝雷架方案中的反復(fù)拆除費用，減少吊車占用和轉(zhuǎn)場費用。造槽機最早在2002年應(yīng)用于東深供水改造工程，2011年又在南水北調(diào)項目中投入使用后得到非常高的評價，目前已在多個水利項目大量推廣，是未來渡槽施工手段的重要發(fā)展方向。

3　造槽機方案研究

為推動高架、長距離渡槽快速施工技術(shù)的科技創(chuàng)新，經(jīng)過多次評審討論對比后，決定采用造槽機作為此次科研試點，經(jīng)多方查閱渡槽施工技術(shù)資料顯示，目前國內(nèi)只有東深供水和南水北調(diào)這兩個工程有造槽機施工成功案例，可借鑒經(jīng)驗非常少，而且這兩個工程與本項目渡槽大小和結(jié)構(gòu)型式都有很大差異。表1是這幾個工程的參數(shù)對比。

表1國內(nèi)現(xiàn)有U型渡槽造槽機施工參數(shù)對比

從表1中可以看出，東深供水工程和南水北調(diào)工程中的渡槽設(shè)計都有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減少混凝土澆筑后的脫模時間；而毗河供水工程中的渡槽設(shè)計沒有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，槽身澆筑后需要待強100%強度后才能脫模，槽身施工效率就會降低。

東深供水工程和南水北調(diào)工程中的造槽機施工工藝得到了建設(shè)方和設(shè)計方以及廠家的大力支持，在造槽機的支撐受力上從混凝土墩身及排架上都有考慮；而毗河供水工程受建設(shè)方資金控制，槽身排架結(jié)構(gòu)尺寸非常精簡，造槽機施工支撐點借力困難，且造槽機施工方案只能由施工單位自行解決。

4　解決思路

針對本工程具體特點，主要從以下幾個方面解決相關(guān)問題

4.1　支撐受力

造槽機其實就是移動模架的一種機械設(shè)備，按移動模架的支撐方式分為：落地式支撐托架、高拉力桿鎖式支撐托架、套頭式支撐托架3種(見圖1、圖2、圖3)。

考慮槽身高度太高用落地式支撐托架明顯不經(jīng)濟，且受地形限制不利于本工程施工；而本工程 的排架設(shè)計非常精簡，設(shè)計不允許在排架預(yù)埋任何受力桿件以及預(yù)留任何借力孔洞，高拉力桿鎖式支撐托架也不適用于本工程；所以套頭式支撐托架就成為唯一選擇，這種支撐方式可以不受地形和高度影響，而且不會對混凝土排架產(chǎn)生破壞。

圖1　落地式支撐托架

圖2　高拉力桿鎖式支撐托架

圖3　套頭式支撐托架

4.2　如何提高澆筑效率

由于東深供水工程和南水北調(diào)工程的槽身都是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，在混凝土強度還沒完全達到設(shè)計強度時可以借助預(yù)應(yīng)力鋼絞線受力，從而達到提前脫?？焖龠M入下一道工序施工。而本工程的槽身結(jié)構(gòu)屬于沒有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的簡支梁系，澆筑后脫模受混凝土強度影響時間長，必須要達到100%強度才能脫模，這樣勢必會影響澆筑效率。針對本工程特點采用多底模支撐方式，從而解決混凝土待強時間問題，達到快速施工目的。

4.3　自動化控制設(shè)計

(1)利用機械和液電系統(tǒng)，實現(xiàn)了槽身內(nèi)外模板的自動開閉工作，從而減少人工數(shù)量和高空操作難度，由于造槽機實現(xiàn)了工作人員在封閉槽機平臺內(nèi)操作，大大提高了施工安全度；

(2)利用內(nèi)梁、內(nèi)模門架、外模架的交替支撐受力，實現(xiàn)造槽機步覆前進穿、跨過槽孔與槽身，從而避免了其它方法反復(fù)拆裝的特點，減少吊裝設(shè)備的投入，避免了高空人員操作風(fēng)險。

5　實際實施情況

造槽機自2017年6月7日開始安裝以來，分別于2017年8月21日、10月7日、11月5日、12月5日、12月20日、2018年1月5日一共澆筑了6跨槽身，表2是人工成本對比。

表2人工成本對比

從表2中可以看出，造槽機初期安裝成本非常高，后期吊車使用成本非常低。前期受結(jié)構(gòu)改造、人員操作熟練程度以及操作難度影響，前期效率非常低。在安裝實施過程中，更新了套頭式支撐托架的組裝方式，完善了內(nèi)模支撐及收模的問題，解決了端肋鋼筋預(yù)制吊裝方案以及槽身預(yù)制拉桿梁吊裝問題和眾多因加工制造缺陷帶來的安全隱患。隨著造槽機結(jié)構(gòu)改造逐步完善，以及人員操作熟練程度的提高，從初期的一個月一倉，再到后期的一個月兩倉，通過前6次的槽身澆筑，驗證了包括多底模和套頭式支撐托架的設(shè)想，造槽機移動過跨方案，槽身模板方案等。證明了多底模造槽機技術(shù)上是可行的，其功效也達到了國內(nèi)同類設(shè)備效率。

6　存在的問題及建議

6.1　存在問題

多底模造槽機這種大型專用設(shè)備需要具有一定專業(yè)的操作人員和有一定研發(fā)能力的成熟的創(chuàng)新制造企業(yè)共同完善，而我們單位體制變化專業(yè)技術(shù)工人嚴重稀缺，以及選擇合作制造企業(yè)上思路不夠開闊，造成這次多底模造槽機運行不夠完美；由于時間關(guān)系只在地勢較低的平地上做了試驗性運行，沒能完全體現(xiàn)造槽機在高架空及復(fù)雜地質(zhì)條件下的操作優(yōu)勢；以及移動模架的初期投資非常高，在國際上通常認為連續(xù)運行800m以上才具有成本優(yōu)勢，而我們現(xiàn)場澆筑跨數(shù)只有6跨共64m，無法體現(xiàn)多底模造槽機的成本優(yōu)勢。具體問題體現(xiàn)如下：

(1)套頭式支撐托架連接分配工字鋼與槽端底模間隙太小，致使槽端底模安裝拆除困難；

(2)底模與貝雷架之間的空間高度尺寸太小，無法形成井字支撐；模板加強肋與支撐托底工字鋼順向，不利于支撐穩(wěn)定，安裝找正費時費力；

(3)內(nèi)模的打磨問題，由于內(nèi)模的打磨只能在未澆筑段才能形成空間打磨，致使鋼筋綁扎時間延后，而且整個內(nèi)模處于懸空狀態(tài)，高度太高，打磨費時費力；

(4)合作制造廠家在制作加工過程中，沒有把工藝細節(jié)體現(xiàn)出來，反而把造槽機當作粗大笨重模板加工，簡單的以實現(xiàn)工作原理為目的。造成了造槽機在實施過程需要人工用千斤頂反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)變形高度，用葫蘆來吊裝拆除，用千斤頂反復(fù)調(diào)整變形的模板，處理鉸銷加工精度帶來的組裝拆除困難。這些都增加了現(xiàn)場施工難度，降低了施工效率。

6.2　后續(xù)建議

隨著國內(nèi)水利建設(shè)的大力推進，渡槽施工技術(shù)將會更加先進，機械自動化程度會越來越高，多底模造槽機的應(yīng)用也會更加廣闊，我們需要繼續(xù)加大專業(yè)技術(shù)人員培養(yǎng)，并與高等院校和成熟的大型企業(yè)共同研發(fā)，不斷完善現(xiàn)場施工中的缺陷，不只限于多底模造槽機，還要向自動化模板方向繼續(xù)前行，最終形成標準化、體系化、智能化。