觀音閣水庫輸水工程取水頭部豎井襯砌滑模設計及安裝

(本溪市水利工程質(zhì)量與安全監(jiān)督站，遼寧 本溪 117000)

1 工程實例

“引觀入本”工程，是通過建設取水頭部、壓力隧洞、消能電站、輸水管線、無壓隧洞及配水站等工程，將觀音閣水庫中的水資源以自流的方式引入到本溪市。

“引觀入本”工程為大(2)型Ⅱ等工程。取水頭部豎井由檢修閘門井段和進口格柵段兩部分組成，斷面型式為長方形，豎井深62.20m。檢修閘門井段分上中下三層取水，每層取水洞口位置設計有1道檢修閘門。進口格柵段在高程213.50m處設計有一道寬80cm隔墻把進口格柵段分成兩部分，在高程258.80m處設計有門庫。取水頭部豎井布置見下圖。

取水頭部豎井布置圖(單位：mm)

a.檢修閘門井段。高程204.00～220.00m為檢修閘門井下室段，高16m，其中高程204.00～208.65m為下層取水口，斷面凈長3470mm，寬3000mm；高程220.00～236.00m為檢修閘門井中室段，高16m，其中高程220.00～224.65m為中層取水口，斷面凈長7390mm，寬3000mm；高程236.00～266.20m為檢修閘門井上室段，高30.20m，其中高程236.00～240.65m為上層取水口，斷面凈長11310mm，寬3000mm。檢修閘門井段設計有6層支撐梁，支撐梁層高10m，梁高1000mm， 寬500mm。

b.進口格柵段。高程204.00～208.80m為進口格柵段出水口橢圓段，高4.8m；在高程213.50m設計有1根格柵梁，梁寬2400mm，高1000mm；在高程214.50～266.20m設計有1道寬800mm隔墻；在高程258.80～266.20m設計有1道門庫。

2 滑模裝置設計方案

由于觀音閣水庫輸水工程取水頭部豎井襯砌豎向結(jié)構(gòu)變化較大，檢修閘門井段滑模模體需要進行改造4次、停盤4次；進口格柵段滑模模體需要改造2次、停盤2次；每次停盤后提空模體，進行鋼筋綁扎，依據(jù)綁扎后的鋼筋尺寸改裝模體。因此，滑模裝置設計由混凝土模板、提升裝置、滑模盤、液壓系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)組成。

2.1 混凝土模板

全套滑模模板采用5mm厚鋼板制作，用∠50×5的角鋼作為加勁肋同整體框架骨架焊接固定。模板高1.20m、錐度4mm(垂直方向上模板上口大于設計尺寸2mm，下口小于設計尺寸2mm)。

2.2 提升裝置

提升裝置由千斤頂、爬桿、提升架組成。選用“F”型提升架作為滑模的提升裝置，用14a號槽鋼和16mm厚鋼板做加肋板、16mm厚鋼板做平臺板焊制。提升架兩端設有φ48×3.5mm鋼管爬桿，爬桿底部設17臺千斤頂。

2.3 滑模盤

滑模盤分為操作盤和輔助盤。操作盤作為施工平臺是模體的支撐構(gòu)件，承受自重、工作人員、物料等荷載。為保證操作盤的強度和剛度，選用∠75×75×7、∠50×50×5角鋼加工制作成復式框架梁,在框架梁上鋪2.5mm厚網(wǎng)紋鋼板作為操作平臺。

輔助盤主要用于混凝土養(yǎng)護、修面及預埋件處理，采用鋼木結(jié)構(gòu)懸吊布置，用φ16鋼筋，上鋪30mm厚馬道板，用φ20圓鋼懸掛在桁架梁上，輔助盤距混凝土壁距離為150mm。

2.4 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由千斤頂、液壓控制臺、高壓油管組成。選用HM-100型千斤頂,設計承載能力為10t，計算承載能力為5t，爬升行程為40mm。液壓控制臺為ZYXT-56型自動調(diào)平液壓控制臺。高壓油管：主管選用φ16、支管選用φ8，利用直管接頭和六通接頭同控制臺和千斤頂分組相連，全部千斤頂共分4組進行連接形成液壓系統(tǒng)，由液壓控制臺統(tǒng)一進行同步控制。

2.5 輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)包括二期混凝土預埋處理和灑水養(yǎng)護、中心測量、水平控制測量等裝置，灑水管滑升段采用φ25PVC塑料軟管,在輔助盤上沿混凝土表面進行灑水養(yǎng)護，保持混凝土表面濕潤。

3 滑模設計計算

3.1 滑升摩阻力

滑升摩阻力為

G1=kfs

式中k——附加影響系數(shù)，取k=2；

f——摩擦阻力，2kN/m2；

s——受摩擦力面積(按標準斷面模板的表面積計)，s=L(長)H(高)=43.24×1.20=51.89m2。

代入數(shù)據(jù)得：G1=kfs=2×2×51.89=207.55kN。

3.2 滑模結(jié)構(gòu)自重

檢修閘門井上室滑模重量G2=138.5kN(實際模體圖紙重量)。

3.3 施工荷載

施工荷載為

G3=(T1+T2+T3)K不均勻

式中T1——施工人員荷載，T1=20×0.75kN=15kN；

T2——設備荷載，T2=20kN；

T3——材料、工具荷載，T3=30kN；

K不均勻——不均勻系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗取1.3和2倍的動力荷載系數(shù)。

代入數(shù)據(jù)得：G3=(T1+T2+T3)×1.3×2=169kN。

3.4 支撐桿的荷載

支撐桿采用φ48×3.5mm鋼管，允許承載能力計算公式為

P0=α(99.6-0.22L)/K安全[1]

式中P0——支撐桿的允許承載力；

α——工作條件系數(shù)(0.7～1.0),此次設計的屬于一般整體式鋼性平臺，取0.7;

L——支撐桿長度，m，此次設計取60m；

K安全——安全系數(shù)，取值應不小于2，此次設計取2。

代入數(shù)據(jù)得：P0=0.7×(99.6-0.22×60)/2=30.24kN。

3.5 千斤頂數(shù)量

當支撐桿的允許承載力小于千斤頂?shù)脑试S承載力時，按支撐桿的允許承載力計算數(shù)量。具體計算公式為

N=W/P0

式中W——總荷載，W=G1+G2+G3=207.55+138.5+169=515.05kN。

N=W/P0=515.05/30.24=17臺。

代入數(shù)據(jù)得：此次設計共布置17臺千斤頂滿足施工要求。

4 滑模制作組裝

4.1 試驗編組千斤頂

要求千斤頂加壓120kgf/cm2時在5min之內(nèi)無滲漏；在行程40mm內(nèi)進行空載爬升；加荷5tf進行負荷爬升；將行程相近的支撐桿壓痕及行程大小相同的進行編組。為保證正常施工，需要設置一套備用千斤頂器材，主要備用排油彈簧、卡環(huán)、卡頭、密封圈、鋼珠等。

4.2 滑模調(diào)試

設置380V動力電源及3×35+2×10電纜保障模板滑升?，F(xiàn)場對滑模組裝進行多次檢查，檢查合格后,按照實際支撐點安裝千斤頂及液壓系統(tǒng),插入爬桿后進行加固；一般滑升試驗3～5個行程?；^程中檢查液壓控制系統(tǒng)是否全部合格、盤面及模板是否變形、提升系統(tǒng)有無卡阻現(xiàn)象并及時解決。

4.3 起滑面處理

起滑面處理應在滑模組裝前對起滑位置進行混凝土面鑿毛和沖洗工作。

4.4 測量放線

放線前清理作業(yè)面廢料、混凝土碎渣等雜物，標出混凝土設計邊線和門槽中心線。

4.5 滑模組裝

利用啟閉機將已加工好的滑模模板放至豎井底安裝平臺后進行組裝，檢驗合格后，依次進行鋼筋綁扎、千斤頂爬桿安裝、模板封堵。

4.6 滑模偏差控制

根據(jù)安裝基準數(shù)據(jù)，每個施工班組技術(shù)員根據(jù)豎井內(nèi)設置的4根垂直線及模體的實際偏差進行校正。

滑模水平控制：每滑升40cm，用激光水平儀測量一次，進行水平檢查，利用千斤頂?shù)恼{(diào)平器進行水平控制。

4.7 滑模施工中常見問題及處理

常見問題：滑模盤平移、操作盤受力扭轉(zhuǎn)、模板受力變形、混凝土表面出現(xiàn)蜂窩麻面、爬桿受力彎曲、操作盤微傾等。是由于荷載不均勻、混凝土澆筑不對稱、糾偏處理不當所造成的。

糾偏處理：關(guān)閉1/4的千斤頂，剩余千斤頂滑升3～4行程，之后打開全部千斤頂滑升3～4行程，直至調(diào)整至設計要求。可根據(jù)情況施加外力給予糾偏。

爬桿變形處理：如遇爬桿一般彎曲，應采用斜支撐或加焊鋼筋的方式，如遇彎曲超限，拆除爬桿重新焊裝，加焊交叉斜支撐。

模板扭曲變形處理：豎井立面混凝土成型質(zhì)量要求較高,一旦出現(xiàn)模板扭曲,會導致混凝土表面不平整,影響后期閘門安裝，出現(xiàn)模板扭曲應直接調(diào)換更高強度模板。

豎井立面缺陷處理:對缺陷嚴重部位局部立模補膨脹混凝土，待強度等級達到80%時用砂輪磨平。

5 施工技術(shù)效果分析

觀音閣水庫輸水工程取水頭部豎井襯砌采用混凝土滑模施工技術(shù)，在原有常規(guī)襯砌的基礎上提高了襯砌速度。施工過程中有效保證了混凝土質(zhì)量，保證了從業(yè)人員的安全，施工后的豎井混凝土整潔、美觀、無裂縫，由此證明，工程使用混凝土滑模工藝是科學合理的，可供其他同類工程參考借鑒。