拉西瓦水电站尾闸井滑模设计与施工

1  工程概况

　　拉西瓦水电站引水发电系统尾水闸门操作室由启闭机室（包括岩锚梁）、闸门槽和闸门井三部分组成。闸门井衬砌后为11.30×3.35m（长×宽）的矩形结构，深50.5m，高程为EL2248.5m～EL2198m，共6个闸门井，每个闸门井的间隔距离为20.10m。每个闸门井由门槽、门楣、标准断面和牛腿四个部分组成，其中EL2198m～EL2213.56m为与延伸段相交的门槽部分（高15.56m），EL2213.56m～EL2215.06m为门楣部分（高1.5m），EL2215.06m～EL2247m为标准断面（高31.94m），EL2247m～EL2248.5m牛腿部分和闸门槽相交部位（高1.5m）。闸门井分为Ⅰ期和Ⅱ期砼进行衬砌。

　　本方案为尾水闸门操作室中6个闸门井Ⅰ期砼滑模施工方案，滑模滑升高程范围为EL2198～EL2247，高度为49m，共计滑升高度为294m。

2  施工规划

2.1  施工布置

　　滑模施工所需风水电利用开挖时期的供风、供水和供电系统，砼由业主右岸拌和站提供。施工所需钢筋等材料运输和人员上下通过尾闸室3t龙门吊垂直运输到尾闸井内。

　　为保证信息畅通，在井下、井上各设对讲机两部，以保证通讯畅通。

2.2  施工方法综述

　　6个闸门井采用两套滑模进行施工，1#～3#和4#～6#闸门井各一套滑模。在滑模施工前必须将尾闸井底板浇筑好做为滑模安装平台，滑模安装完毕后，进行延伸段边墙和顶拱弧形堵头模板施工。在堵头模板施工完毕后开始进行滑模试滑。当滑模滑行至门楣处，采用木盒进行过渡。将门楣留为二期砼进行浇筑。

　　砼入仓采用泵送砼入仓方式，砼泵车布置在尾水闸门操作室EL2264.5平台上，通过泵管、溜筒、集料斗、溜槽，最后进入仓号内。

　　滑模支撑架（爬杆）选用Φ48×3.5mm的钢管，每根钢管可代替一根钢筋，为保证爬杆安装准确，在闸门井底板砼收面时，于爬杆对应位置埋设200×200×10mm钢板埋件，以满足爬杆焊接。焊接延伸加长，接头打磨光滑。

　　滑模台车安装时采用8吨吊配合人工进行安装，当滑至EL2247.00后再滑空至EL2248高程拆除，采用3吨龙门吊配合人工拆卸。

3  滑模设计

3.1  滑模装置组成

　　尾水闸门井采用液压爬式滑升模板，整个滑模设计为钢结构，主要由模板、围圈、小桁架、操作盘、提升架、副平台、支撑杆（俗称“爬杆”），液压系统等几部分构成。各构件之间采用螺栓连接，参见图1。

图1  闸门井滑模总体装置剖面图

3.1.1  模板系统

　　（1）模板

　　采用P3015普通组合钢模板，相邻两块模板间采用U型卡连接。模板背面采用[8槽钢和[10槽钢做围囹，加强模板刚度。两槽钢之间连接采用勾头螺栓连接。

　　（2）围圈

　　采用∠75×7和∠50×5两种角钢制成80×60cm（高×宽）的钢桁架围圈沿模板外侧布置一圈。围圈距模板上口、下口距离为20cm，围圈共分为六段，上下游侧各分两段，左右两侧各一小段。段和段之间采用10mm厚钢板和Φ22mm螺栓连接，每段围圈与模板围柃（[10槽钢）焊接成一整体。

　　（3）小桁架

　　小桁架主要是连接围圈和主梁的小矩形桁架钢结构，采用∠75×7和∠50×5两种角钢焊接而成。尺寸为40×60×60cm（高×宽×长），共10个。小桁架和主梁采用焊接方式进行连接，桁架和围圈之间采用10mm厚钢垫板和Φ22mm螺栓连接。

　　（4）提升架

　　提升架为“开”形提升架，由主梁、立柱和操作平台的支托等部件组成。主梁采用两根[28槽钢用钢板焊接成柱状梁，单根主梁长400cm，共计5根主梁。立柱采用[10槽钢同主梁焊接，单根立柱高238cm。

3.1.2  操作平台系统

　　（1）主操作平台

　　主操作平台为滑模施工主控制平台，采用轻型桁架梁结构，由主梁、轻型桁架、铺板组成。主梁采用两根[28L＝4m的槽钢和钢板焊接而成，梁底部通过小桁架和围圈相连接构成主操作平台架体，并在四周设防护栏。在每根主梁两端打Φ100mm透孔穿过支撑杆，再通过穿心千斤顶将围圈、主梁和模板及操作平台连为一体，通过千斤顶爬升带动滑模上升。主操作平台上的铺板为δ=50mm木板。

　　（2）副平台

　　副平台主要为堆放材料和支撑砼集料斗和其它必要的设备等，为主操作平台提供辅助作用。副平台采用[10槽钢和提升架焊接，平台上铺δ=50mm木板，作为工作平台。

　　（3）吊平台

　　吊平台主要为检修砼质量和表面修饰及模板的检修和拆除。吊平台由吊杆、横梁、铺板和防护栏等组成。吊杆采用Φ18圆钢，横梁为∠50×5角钢，铺板为5cm厚的马道板。平台宽0.6m，两边设护栏，挂安全网，以Φ18圆钢悬吊于桁架梁上。

3.1.3液压提升系统      

　　液压提升系统主要由液压千斤顶、液压控制台、油路和支承杆等部分组成。

　　（1）液压千斤顶       

　　经计算采用10个YCQ-7型穿心式液压千斤顶进行滑模爬升，每根主梁2个，该千斤顶工作特点为只能上升不能下滑。工作行程为 30mm，最大油压10MPa，油容量0.143L，排油压力0.3MPa，爬升速度为0.09m/min，外形尺寸（长×宽×高）为160×160×245mm，自重约13kg。  

　　（2）液压控制台

　　该滑模液压控制台采用一台YJH-WF100C型液压油泵，控制10台液压千斤顶YCQ-7型，控制台工作油压为80～100ktf/cm²，流量52L/min，电动机功率7.5kW，重280kg。

　　（3）油路系统

　　油管分主油管和分油管两种，均采用高压橡胶管，主油管内径应为14～19mm，分油管内径应为10～14mm，连接千斤顶的油管内径应为6～10mm。

3.2  滑模荷载计算

3.2.1  滑模装置计算

　　滑模装置构件计算见表1。

表1  滑模构件计算表

3.2.2  千斤顶数量选择：

　　计算公式：n=W/CP

　　式中：n——千斤顶数；

　　W——竖向荷载：W=W₁＋W₂＋W₃；

　　其中：W₁——滑模结构自重, W₁=12.8t；

　　W₂——施工荷载, 包括：工作人员、一般工具、钢筋堆放等, 按规范规定计算, W₂=10t；

　　W₃——滑升阻力，W₃=kfs；

　　k——附加影响系数；取k=1.5。

　　f——摩擦系数；f=0.3t/m²。

　　s——混凝土与模板接触面积；s=(3.35＋11.3)×2×1.2=35.16m²

　　W₃=1.5×0.3×35.16=15.82t。

　　W=12.8＋10＋15.82=38.6t。

　　C——荷载不均匀系数, 液压千斤顶取 C=0.8；

　　P——压杆承载力, 由压杆稳定公式 P≤P_lj/k计算；

　　式中：P_lj——压杆临界承载力，P_lj=π²E I_z /（μL）²；

　　E——弹模, E=0.2×10⁶MPa；

　　I_z——截面惯性矩, I_z=πD⁴/64[1-(d/D)⁴]=3.14×4.8⁴/64[1-(41/48) ⁴]=1.2×10^-7m⁴；

　　μ——压杆系数, 按两端铰支，μ=1；

　　L——压杆计算长度, 取 L=1.2m；

　　则：P_lj=3.14²×0.2×10¹²×1.2×10^-7/（1×1.2）²=1.64×10⁵N=16.76t；

　　K——安全系数, k=3,

　　压杆承载力P≤P_lj/k=16.76÷3=5.58t；取P=5t。

　　千斤顶数量n= W/CP＝38.6÷（0.8×5）=9.65（台）。选择10台。

4  滑模施工

4.1  滑模施工程序

4.1.1  滑模安装

　　⑴ 滑模在加工厂制作完毕后，首先进行预组装，组装合格后方可编号拆开运至闸门井底部进行安装。

　　（2）现场组装完毕后，检查调整合格进行试滑，检查滑模装置是否完全适用，提升系统是否异常，以及千斤顶爬升情况，提升架是否倾斜，盘面各部份的变形情况，发现问题及时处理，调试合格满足滑模装置的允许偏差，即滑模安装完成。

4.1.2  启滑准备

　　启滑前，竖向钢筋要超前绑扎一定距离，水平钢筋绑扎至千斤顶下部，闸门井和延伸段交界部位的两侧堵头模板要封堵严密，初期浇筑分层厚度为30cm，三层过后改为40cm一层，砼强度达到脱模强度0.1MPa时开始滑升，在滑升到2m时，开始安装吊平台。

4.1.3  钢筋绑扎、接长支承杆

　　钢筋连接采用直螺纹套筒连接新工艺，钢筋由综合加工厂统一加工，成品钢筋采用5t平板汽车运输尾水闸门操作室上层施工支洞内，然后采用3t龙门吊垂直运输至闸门井内的辅助作业平台上，钢筋绑扎采用边滑升边绑扎钢筋，平行作业方式，钢筋的绑扎，始终超前混凝土30cm左右。

4.1.4  正常滑升

　　滑模正常滑升施工，要严格按《水工建筑物滑动模板施工技术规范》执行。滑升前人员岗位必须明确，滑升过程中各工种、工序要密切配合，特殊工序如预埋安装，要专人负责。每层至少滑升1次，每次滑升20cm，停滑时间不能超过0.5小时。

4.1.5  砼运输、浇筑

　　（1）砼水平运输

　　采用3辆6m³砼罐车将料卸入尾水闸门操作室EL2264.5施工平台高压混凝土泵（HBT60A）内，通过150mm泵管将砼送到闸门井口上的集料斗内。

　　（2）砼垂直运输

　　在EL2264.5高程，垂直水流方向架设桁架固定集料斗，在集料斗下接溜槽，由溜槽直接将砼输送到副平台以上的分料斗内，然后再由分料斗通过搭设的溜槽分别向四周均匀对称入仓，为了保证混凝土顺利入仓，要求混凝土和易性好，坍落度控制在15～17cm左右，下料一定要对称，防止滑升时受力不均。

　　（3）砼浇筑、振捣

　　滑模施工必须严格遵守分层分片对称浇筑砼，每层砼厚宜为30cm，与模板上口平行进行滑升。砼振捣采用插入式振捣器，经常变换振捣方向，并避免直接震动爬杆及模板，模板滑升时禁止振捣。

　　（4）模板滑升速度控制

　　严格按以下六个步骤进行，第一次浇筑2cm厚一级配砼或同标号砂浆，接着按分层厚度不大于30cm浇筑第二层，厚度达到70cm时，开始滑升3～6cm，检查脱模混凝土凝固是否合适，第四层浇筑后滑升6cm，继续浇筑第五层又滑升12～15cm，第六层浇筑后滑升20cm，若无异常现象，便可进行正常浇筑和滑升。混凝土浇筑采用分层对称浇筑，分层厚度不大于30cm。   

　　（5）混凝土缺陷处理和养护  

　　脱模的混凝土面应无流淌和拉裂现象，手按有硬的感觉并能压出１mm左右的指印，约0.1MPa，能用铁抹子抹光。若脱模混凝土表面平整，可不做抹光处理。如脱模混凝土面有缺陷，应立即进行混凝土表面修补，采用铁抹子在混凝土表面用原浆压平。
    为使已浇筑的混凝土具有适宜的硬化条件，防止发生裂缝，在内外吊架上设洒水花管（Φ38硬塑料管）对脱模后的闸井进行每天24小时喷水养护，养护时间不低于14天。

4.1.6  停滑措施及施工缝处理

　　滑模施工要求连续作业，因意外停滑时应采取“停滑措施”，混凝土停止浇筑后，每隔0.5小时，滑升1～2个行程，直至模板与混凝土不再粘合（一般在4小时左右）。对于因停滑造成的施工缝应认真处理，根据水工规范要求处理施工缝，并用高压水冲洗干净。

4.1.7  滑模体型控制

　　（1）滑模中心线控制：滑模在滑升过程中，受各种不均匀动力影响，模体会发生偏移情况，为了方便及时地检查模体偏移，在闸门门槽两端中心线位置上悬挂两根重垂线，同时在模体的上、下游侧放四根重垂线，每滑升30cm时检查重垂线相对于初始混凝土的位移，发现偏差及时纠偏，保证混凝土体形变形在±1cm之内。

　　（2）滑模水平控制：一是利用千斤顶的同步器进行水平控制，二是利用水准管测量，即模体上、下游侧绑上一个连通的水准管，并通过观察事先标识的点线进行水平检查。
   
　　（3）测量队每天两次对滑模进行垂直度和变形进行观测，以确保垂直度和变形符合设计要求。

4.1.8  滑模拆除   

　　滑模浇至EL2247高程后，每隔1个小时模体空滑1～2个行程，直到模板滑空，待砼达到拆模强度后，在已浇筑砼面垂直水流方向按间距2m布置14^#槽钢，并铺设5cm厚的马道板，然后利用龙门吊在井内拆除。

4.2  常见问题处理措施

　　滑模施工中常出现的问题有：滑模操作盘倾斜、爬杆弯曲、模板变形、粘模等，前三个问题产生的根本原因在于千斤顶工作不同步，荷载不均匀，浇筑不对称，纠偏过急等。滑模施工工序衔接相当紧密，要求施工过程中出现问题必须马上处理，否则将有可能导致滑模无法滑升。

　　（1）纠偏

　　滑模操作盘倾斜是施工中常见的问题，主要采取以下方法避免。第一，在试滑阶段一定要将行程相近的千斤顶分在一组。第二，施工中多备用几台千斤顶，遇到正在使用的千斤顶出现漏油等问题时，必须马上更换，然后利用千斤顶进行自身纠偏处理，即关闭未出问题的千斤顶主油管，给新换千斤顶的主油管加压，试滑几个行程，反复数次逐步调整到设计高程。

　　（2）爬杆弯曲处理

　　爬杆弯曲时，采用加焊钢筋或斜支撑，弯曲严重时做切断处理，重新接入爬杆与下部爬杆焊接，将焊缝打磨平顺、光滑，并加焊斜支撑。

　　（3）模板变形处理

　　对于部分变形较小的模板采用撑杆加压复原，变形严重时，将模板拆除修复或更换。

　　（4）粘模处理

　　此问题产生的根本原因在于混凝土的初凝时间过短，粘模问题出现时，在不降低混凝土设计强度的前提下，优化混凝土的配合比，如在混凝土里增加缓凝剂或减水剂、适当提高混凝土的塌落度等。

5  工期安排

　　1#～3#闸门井采用一套滑模，4#～6#闸门井采用一套滑模，滑模施工在闸门井开挖、支护完毕后开始进行，每个闸门井正常滑升需要15～20天，堵头、拆装需要10天，每个闸门井滑升完毕一般为30天。

6  结语

　　（1）拉西瓦水电站尾闸井衬砌采用自行设计、制作的滑模系统，第一次在“上井下洞”的深井结构中应用，不仅保证了一次成型的混凝土外观效果，而且加快了施工进度，节约了大量成本，达到了预期的效果，具有一定的应用前景。

　　（2）实际施工中，结合现场施工条件，本滑模在混凝土入仓方式上进行了优化，由原来的“自上而下采用泵送→MY-BOX→溜槽”方式改为“自下而上泵送→受料斗→溜槽”方式，方便了施工，降低了施工难度。

　　（3）本方案的第一个闸井滑模是在“上井下洞”的结构中实施，因延伸段门槽上下游为各1m的混凝土衬砌，为配合滑模实施，下部结构的立模、固定以及滑至门楣段需逐层拆除面板，有一定的控制难度，后5个闸井均采用在门楣以上开始滑升。

　　（4）滑模的设计应重点考虑千斤顶的数量配置，要进行严格的受力计算，并考虑一定的安全系数；千斤顶的布置除了考虑模体均衡受力外，还应考虑钢筋的快速连接需要；另外，场外液压提升系统的油路布置和同步调试是一项关键工作，滑升过程中的偏移和水平控制是过程控制的重点；滑模围圈的设计要充分考虑安拆方便和现场的吊装能力；深井滑模的混凝土入仓方式也是考虑的重点。

　　（5）滑模的优点在于快速、高效，因此，在钢筋连接方式上，尽可能采用机械连接方法，以适应滑模施工需要。