斜井全断面变径滑模研制与实践(共10页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上斜井全断面变径滑模研制与实践（三联总公司 钱兴喜 徐聪云）【摘 要】承担三峡永久船闸地下输水系统工程施工的三联总公司，在国内水电行业率先使用了斜井全断面变径滑模，使得断面变化的斜井砼衬砌工作一次性即可完成，大大加快了施工速度，该施工技术具有较高的实用价值，并填补了该项目的国内空白。【关键词】三峡工程 斜井全断面变径滑模 研制与实践一、 概述三峡工程永久船闸为南北双线五级船闸，地下输水隧洞分为南坡、北坡和中隔墩隧洞，其中共有四级12条斜井（衬砌后为16条），斜井具有数量多、长度较短、体形复杂、施工难度大的特点，尤其是边墙高度渐变是一个变截面斜井。三五级斜井直段长度为35.17m，砼衬砌断面为渐变城门洞形，顶拱半径为2.5m；边墙高度为2.52.9m渐变；底板宽5.0m，由两个半径为0.5m的1/4圆弧与4m长的直段连接形成。斜井倾角底板为56.9°，顶拱为57.5°。南北坡斜井底板、边墙、顶拱设计砼衬砌厚度均为0.6m；中隔墩斜井底板、两边墙设计砼衬砌厚度为1.0m，中隔墙为1.5m，正顶拱设计最大衬砌厚度为1.2m。针对三峡永久船闸地下输水系统斜井边墙高度渐变的特点，承担该工程施工的三联总公司专门设计制作了斜井全断面变径滑模，并将其首次应用在北四斜井砼施工中，并取得了极大的成功。使用该滑模系统，斜井直段的砼衬砌就可以一次浇筑成型，其洞身高度变化也将会在滑升过程中自动完成，相比底拱、边顶拱分开作两次施工具有较大的优势。二、 斜井全断面滑模结构及工作原理2.1主要结构特点斜井全断面变径滑模属于针梁式有轨滑模，其结构主要由以下几部分组成：模板组（底模和顶模）、中梁、牵引系统、上平台、主平台、悬挂平台、尾部平台、模板锁定支座、中梁尾部锁定架等，其中底模与顶模即可以联动，也可以单独滑升。为保证使用过程中面板不变形，该滑模制作时面板厚度为6mm，整套滑模系统总重（包含中梁）约16t。模板结构参见图1所示。1） 模板 模板分底模和顶模两部分，面板厚度为6mm，设计时在边墙部分有一个搭接段，此滑升过程中顶模与底模的包容处将会产生相对位移而拉开，因此砼衬砌后存在一个6mm的系统错台。为方便施工，在模板架上分别设置了上平台、主平台及悬挂平台。2） 中梁 中梁渐变是本滑模系统最大的特点，由于斜井高度是向上逐渐变大的，中梁做成与斜井同样的斜度并设有上部和下部轨道，其上部轨道和下部轨道分别与斜井的顶拱母线和底板平行，即上下两轨道之间有一个0.65°的相对夹角。中梁长度为14.7m，但受台车架的影响，每个阶段滑模的有效行程约6.3米。中梁分五段加工制作，中间通条布置有人行爬梯。3） 牵引系统 斜井全断面滑模施工时，其牵引系统主要有三部分组成： 模板牵引系统 模板主要采用液压系统牵引，安装于滑模主平台上，主要由泵站、爬升器、各种控制阀及管路组成。底模和顶模各采用2个液压爬升器，通过固定在井口的15.24mm钢绞线连续向上连续滑升，每个爬升器出力不小于15t。为使液压系统调整方便，各种控制阀均集中在一起，同时为保证油缸同步动作，液压系统均设置了单独调整油路，当同步误差较大时，可单独调整各爬升器，满足系统同步要求。 中梁提升系统 由一台JM-8型慢速卷扬机承担，在滑模运行过程中用于中梁的提升工作。 辅助牵引系统：为使该滑模系统能顺利使用，除采用4个液压爬升器牵引模板之外，还在中梁上配置了4只5t手拉葫芦，作为开始起滑阶段及非正常情况下的备用牵引系统。2.2工作原理斜井全断面变径滑模的工作原理是：由于斜井高度是向上逐渐变大的，中梁做成与斜井同样的斜度并设有上部和下部轨道。顶模和底模是独立的两部分，但结合处的面板又是搭接包容的，即顶模的部分面板紧贴在底模面上，滑升时这两部分模板产生相对位移，其结果形成了衬砌断面逐渐变大的收分效果。由于中梁长度的限制，模板沿中梁的有效行程约6米，但只要经过“模板滑升提升中梁再滑升”这样的多次循环，就可以完成整条斜井的全断面砼衬砌。三、 斜井全断面滑模施工3.1工艺流程锚杆(插筋)制安基础验收钢筋安装轨道安装卷扬系统安装滑模台车安装调试下部不规则体模板安装溜槽搭设砼浇筑模板滑升中梁提升模板滑升（循环）堵头模板安装砼浇筑滑模台车滑出滑模拆除3.2仓位准备1) 锚杆制安斜井施工的锚杆主要有三部分：固定卷扬系统的锚杆、加固滑模轨道的插筋及固定起滑处不轨则体的拉筋锚杆。为使中梁的牵引钢丝绳受力较好，将钢丝绳与底板成平行状态布置，锚杆直径为28，其长度为340cm,入岩深度300cm，天轮固定锚杆造孔时，使前后两排锚杆之间有一个1020°左右的夹角。锚杆造孔时，根据需要在底板及边顶拱上增补架立筋插筋，以满足后期钢筋绑扎要求。2) 钢筋绑扎钢筋绑扎的原则是：先绑扎完底板钢筋，再将边顶拱钢筋一次性绑完，连系筋则暂不绑扎，可在砼浇筑时边滑边绑。为便于滑模安装，边顶钢筋安装时井口范围预留出约9m长的一段，其余部分钢筋一次性绑扎完毕。对于顶拱部分过短的钢筋必须给予加长处理，以免模板滑升时受影响。3) 轨道安装底板钢筋施工完毕并经监理初验后，即可开始轨道安装工作。准确定出轨道位置后，利用底板的28插筋来安装中梁轨道。中梁轨道轨距为2000mm，分为井身直段和上部延长段两部分，其长度分别为35.2m和5.4m。轨道安装时需调校好锚杆位置，并将底板钢筋焊接连为一体，利用钢筋网承受部分外力，但需要将该部位处的钢筋与插筋焊接牢固并落在底板上，使力直接传递到底板。上部延长轨道可在砼浇筑至井口附近时再安装，加固位置应尽量不影响正常施工及模板滑出。4) 滑模安装中梁轨道经验收合格后方可开始滑模的安装工作，滑模安装工作分为以下几个步骤： 卷扬系统安装：卷扬机布置在上弯段与平洞分缝线上游20m处，钢丝绳直接从顶拱天轮下来后与卷扬机相连，但需要将卷扬机布置成与钢丝绳正交。天轮固定锚杆需进行拉拔试验后方能使用，每根拉力不小于10t，并将锚杆用10#槽钢从根部串联且焊接牢固后使用。 模板安装调试：模板组安装完毕后，检查所有部件均齐全且位置准确并将爬升器安装调试正常后，即可将滑模台车滑至底部并上下试运行几次。停滑状态时将中梁尾部锁定架锁定，并用四个5t手动葫芦将台车底模、顶模分别固定于中梁上，同时将中梁前端用拉筋与底板锚杆固定，以防止滑模意外下滑。 起滑处不规则块体立模：滑模系统安装调试正常并定位后，在起滑点与下弯段衬砌砼之间的不规则块体用小钢模和木拉条拼装。支撑系统采用12的拉筋内拉为主，同时还可以辅助使用部分钢管对撑。为减小后期拉筋处理难度，可在拉筋上面使用橡皮锥套。 斜井上部滑模直接滑出，不再拼模。堵头模板可在砼浇筑过程中安装，靠近内侧的堵头模板应比结构尺寸小510mm，以便台车能够顺利滑出而不对砼产生扰动。5) 溜槽搭设溜槽布置时，可在底板两侧顺坡向下布置两趟。为减小砼骨料分离，溜槽搭设时分成多段，形成三四次跌坎，使溜槽坡度适当减小并在中间加挂溜筒或直接用溜槽使骨料转向进行二次拌和，减小骨料分离。同时为了防止砼浇筑时飞石伤人及减少骨料分离，将溜槽用彩条布覆盖而形成负压溜槽。3.3砼浇筑及模板滑升作为国内同类型滑模施工的第一次新尝试，三峡永久船闸斜井全断面变径滑模历时约两个半月时间，于2001年5月4日晚上顺利完成了整条斜井的全断面砼衬砌。1) 砼浇筑 砼的配制除满足地下隧洞砼的施工要求外，为缩短砼的初凝时间，砼拌和时采用ZB-1A型高效减水剂，并将塌落度控制在1416cm之间，使用6m3搅拌车作为运输工具。 开仓时需先用砂浆湿润溜槽，以防止下料时溜槽堵塞。每次下料高度以30cm为宜，最大不得超过40cm，使仓面砼均匀上升。 为便于脱模后观测砼面以便于确定滑升时间，当不规则块体砼浇至离滑模约30cm时，需停料3小时后再进行滑模段的下料，然后按正常速度将滑模段浇筑至距离上口约30cm，等待起滑。2) 模板滑升 脱模强度控制在0.100.20Mpa左右，滑升时以多动少滑为原则，每段滑升距离不宜太多，以1025cm为宜，减少砼表面的拉伤及因滑升距离太长而带来的偏差。并且可以将底模与顶模交叉进行滑升，分多次进行直至砼表面强度合适。 当具备滑升条件时，利用4个液压爬升器进行模板滑升，当首次滑升比较费力时也可以借助5t手动葫芦来辅助滑升。 出模砼表面湿润不变形，手按有硬的感觉，指印过深要停止滑升，用抹刀将出模面及时压实抹光，边墙部分的系统错台则及时按1/30坡度修整处理。 正常浇筑后，斜井全断面滑模每天滑升2.53.2m，最大滑升速度为3.3m/d。3) 中梁提升每个阶段滑模的有效行程约6米，当模板组滚轮走到中梁轨道端头时，就要进行中梁的提升工作。 在中梁不提升的状态下，始终用拉筋将中梁前端与底板锚杆固定。提升时先把独立的顶模与底模用槽钢焊接连成整体，再调节模板锁定支架两边的丝杆，使其支撑在已浇筑的砼面上，并在锁定丝杆下面垫80cm长的槽钢，同时用2只5t手动葫芦将模板组与锚杆相连牢固。松开中梁尾部锁定架的上、下、左、右支撑及前端固定拉筋，此时就可以利用卷扬机将中梁向上提升了。 中梁前轮在轨道上行走，后轮在成型砼面上行走。提升到位后在顶模行走轮与中梁轨道之间将会拉开一个空隙，用合适的垫板加在顶模滚轮支座上使滚轮紧贴轨道，然后便可开始第二阶段的滑升。 经过模板组滑升中梁提升模板组再滑升的多个循环而使滑模向上滑升。4) 模板滑升控制和纠偏 滑模采取多动少滑的原则，滑升过程中用水平管检查模板底线是否在同一水平面上，并吊垂球检查滑模中心是否偏离了底板轨道中心线。若发生上下偏移，应及时进行调整，模板校正后，再使爬升器同步运行。 砼浇筑过程中必须保证下料均匀，两侧高差最大不得大于40cm。当下料原因导致模板出现偏移时，可适当改变入仓顺序并借助于手动葫芦对模板进行调整。 当中梁提升后，必须调整滚轮支座垫板的厚度及顶紧螺栓使滚轮紧贴中梁轨道面，不得留有空隙，并使中梁中心与轨道中心保持一致。四、 经济性比较由于变断面、陡倾角斜井施工难度较大，其施工方法主要采用以下两种：一是底拱采用滑模，边顶拱搭设满堂脚手架后拼装小钢模施工；二是将底拱与边顶拱分开作两次进行滑模施工。第一种方法由于整条斜井边顶搭设满堂脚手架并拼装小钢模，既费工、费时、成本高，又存在较大安全隐患，且砼表面质量差、工期长；第二种方法分两次滑升，虽然施工安全、表面质量好、方便施工，但是由于工序重复，其施工时间亦较长。而且以上两种方法由于分两次施工，均需在底板预设插筋，并且增加了一条纵向施工缝。斜井全断面滑模由于滑升过程中自动完成收分，使底拱和边顶拱一次浇筑成形，大大减少了工序、缩短了工期，单人工费一项就减少了许多，而且由于没有施工缝，砼表面质量得到了极大的提高。如能够循环使用，则该施工方法具有极大的技术和经济优势。五、 结束语在模板系统设计阶段时，我们考虑的是利用中梁上的液压爬升器回收钢丝绳使滑模在中梁上移动，并将模板设计成联动方式，故在模板搭接段各设置了三根联动杆，希望模板组滑升时能够同步运行；同时在在底模和顶模大架上使用了四套丝杆锁定机构，以便中梁提升时使模板组不发生错位。但在调试过程中我们发现，因联动杆之间的空隙过小，反而使得模板运行受阻，故安装时将其取消了。模板组之间的四套丝杆锁定机构也难以发挥作用，在滑升过程中，将其改成用型钢现场连接模板组的施工方式。为减小施工难度及降低劳动强度，将模板组的牵引方式也改为液压爬升器，并将钢绞线的固定支座设置在斜井井口的底板和顶拱上。通过这些技术改进及良好的现场组织工作，北四斜井全断面变径滑模一次性获得了成功。三峡工程永久船闸地下输水系统的砼施工中模板形式多样，作为斜井施工中的全断面变径滑模施工，在水电施工行业属国内首创，具有操作方便、安全可靠、施工速度快的特点，且砼衬砌后表面质量较高，在三峡永久船闸北四斜井砼施工中取得了极大的成功，受到业主及监理的高度评价。但由于该施工方法是首次实践，在施工过程中也存在一些须待解决的小问题。我们在此的技术探讨也只能起到抛砖引玉的作用，对此课题的深入研究将会促进该施工方法的日益成熟和完善。专心-专注-专业