拉西瓦特大直径竖井滑模设计与施工.doc

拉西瓦特大型尾水调压室滑模施工研究1. 概述拉西瓦水电站位于青海省贵德县与贵南县交界处的黄河干流上，是黄河上游龙羊峡以下的第二个大型梯级电站，也是黄河流域装机规模最大（4200MW）、坝体最高（250m），水能指标最优越的特大型水电工程。坝址处左岸为贵德县境，右岸为贵南县境；坝址在龙羊峡峡谷出口上游的石门处，距峡谷出口4.5km，坝址上游32.8km为已建的龙羊峡水电站，坝址下游75.8km为已建的李家峡水电站。拉西瓦水电站工程大（1）型一等工程，永久性主要建筑物为一级建筑物。工程的主要任务是发电。水库具有日调节能力。枢纽工程建筑物由混凝土双曲薄拱坝、右岸引水发电系统以及坝身段泄洪和坝下消能防冲水垫塘三部分组成。其中右岸引水发电系统由进水口、压力管道、主副厂房、主变开关室、尾闸室、尾调室及尾水隧洞等组成。地下发电厂房装级6台，单机容量为700MW。尾水调压室开挖直径29.6m，厚度按1.0m计（因资料有限, 暂估计），衬砌直径应为27.6m，可利用滑模的高度40.0m（实际H=42.46m），（总滑升高度约80m）混凝土浇筑约8000m3（2个）。按照以上参数进行设计，若体形尺寸无大变化, 可采用该设计, 但必须对滑模结构尺寸进行调整。1.1. 滑模优点：a. 进度：使用拆移式模板，按3m一层，需分15层，混凝土浇筑时间需4个月。而滑模施工按3m/d，15天即可完成, 加上滑模安装按15天，每月可完成一个尾水调压室。b. 经济：按照一般经验, 一套滑模滑升大于40m, 和普通钢模板相比就已经减少了经济投入，而尾水调压室总滑升高度约80m。c. 质量：滑模施工中混凝土缺陷会得到及时处理, 这是其他浇筑方法不能办到的。1.2 特大直径竖井滑模施工特点特大直径竖井滑模施工同普通竖井滑模施工有不同之处,特别要考虑以下问题: 1.2.1 由于井简直径大,井筒滑模盘面积为600m2,采用钢结构,自重大,其自身的强度、刚度、稳定性直接关系到人身安全和施工质量。 1.2.2 对于滑模设计在满足安全和质量的前提下, 如何减轻自重,以减少装、拆时间,节约材料和动力,降低成本,是滑模设计所必须考虑的。 1.2.3 如何解决千斤顶同步运动,防止偏斜、扭转,是滑模设计和施工中必须重点解决的。 1.2.4 特大型竖井滑模施工, 由于其下料强度高,一般很难保证, 如何控制凝固时间,达到连续施工, 也是设计的关键。2. 27.6m直径调压井滑模的设计2.1 设计一般规定 2.1.1 滑模装置设计必须满足工程结构物成型的需要；应具有足够的强度、刚度及整体稳定性；运转灵活、安全可靠、便于运输、安装和拆除；并尽可能考虑其通用性。 2.1.2 滑模装置设计，应包括以下内容： (1) 根据工程设计图纸，进行模板、操作平台、牵引或提升以及精度控制等系统的布置； (2) 确定滑模装置结构型式及安装、拆除方法； (3) 确定作用在滑模装置上的荷载，对模板和各种构件进行结构计算，绘出加工及组装图，提出所需材料的材质、规格和数量； (4) 进行牵引力或提升力计算，确定牵引或提升机具的型式、结构，提出规格、数量； (5) 提出结构特殊部位的处理措施； (6) 绘制总装配图。在方案选择时,借鉴煤炭系统地面大直径煤仓的滑模特点以及水电系统大直径滑模的优点进行了分析比较,将方案的优化工作重点放在滑模盘的选择上,即滑模操作盘的选择。通过精确计算,反复比较,选择了桁架梁、辐射形布置的操作盘(参见 图-1)。 滑模操作盘： 操作盘是滑模的主要受力构件, 也是施工的重要场所, 在滑模操作盘设计中, 在保证其强度、刚度和稳定性前提下, 尽可能减轻其重量,因此采用轻型桁架梁, 辐射布置,中间加工一直径5m, 高4m的鼓圈作为联接体, 桁架梁长10.64m（10.94m）、高0.8m, 宽0.6m, 桁架梁采用100mm角钢和50mm组成。 园心角为22.5；为了保证桁架梁的稳定性, 用2道100100mm角钢做为加固圈。 同时为保证滑模盘整体刚度和稳定性, 又布置直径25mm钢筋做为斜拉索,共计32根。滑模盘铺板用=50mm马道板, 全部重量为56000kg。 吊平台： 辅助盘位于操作盘下2.0m。主要是检查砼壁质量、抹面、处理局部缺陷、洒水养护等工作。为减少其重量, 采用吊架, 铺设木板,其外侧挂安全网的形式,用直径16mm园钢挂于桁架梁上。辅助盘总重量为3326kg。 提升架、围圈、模板、液压系统、支撑杆 按常规进行设计,并分别按偏心受拉构件和水平侧压力进行了验算, 模板根据现场提供材料, 先用120030055mm定型模板, 背面用505角钢做加劲肋。选用HN-100型千斤顶, 爬杆483.5mm。 为了混凝土布料方便, 在滑模操作盘中心布置了一台R=16.5m的混凝土布料机, 布料机总重约5.0t（康杨工程用过）。见图25。 应注意的是：由于安装场地困难，各部件应尽量采用螺栓连接，鼓圈单重5t，可分解24块，以便安装、拆除。 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=W1W2W3；其中：W1-滑模结构自重, W1=56t；计算过程见表1表6。表1 鼓圈重量计算表编号型号单位重(kg/m)长度(m)件数总重(kg)备注15053.770.65801962-60.470.0328013101042496047577.81.924059955053.770.958028767577.81.484046275053.770.64090810101.787407159300721641864包括混凝土105053.771.1224101117577.82.2524421合计4696表2 辐射梁重量计算表编号杆件位置型号单位重(kg/m)长度(m)根数总重(kg)备注1主件100812.2810.6445232上下横腹杆5053.770.628633上下斜腹杆5053.770.8526834左右竖腹杆5053.770.828845左右斜腹杆5053.771.14261126内部斜称5053.77128106合计971单根表3 围圈重量计算表编号型号单位重(kg/m)长度(m)件数总重(kg)备注17577.85.12428025053.771.2541935053.770.8144245053.770.6102355053.771.0341665053.770.6124977577.84.88627685053.771145395053.771771830合计382表4 吊平台重量计算表编号型号单位重(kg/m)长度(m)件数总重(kg)备注1161.582128404吊杆2250.380124养护花管35053.770.764169底托4=505002.511250马道板5M160螺母6安全网00253.8512321478斜拉条合计3326表5 甲大样重量计算表编号型号单位重(kg/m)长度(m)件数总重(kg)备注1HG-1021326422502500.6280.0446423168.519.7521.8756423704爬杆05模板12.112883485P301265053.778613247=5050024112000马道板8围圈09辐射梁0105053.77400合计18645表6 滑模系统重量汇总表序号名称单重(kg)数量总重备注1鼓圈4696146962辐射梁97116155363大样甲187091187094围圈3821661125吊平台3320133206加劲梁2850128507混凝土布料机500015000总计56223W2-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=20t；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=3.14Dh=3.1427.61.2=104m2W3=1.50.3104=46.8t。 W=562046.8=122.8t。 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 PPij/k计算； 式中：Pij-压杆临界承载力，Pij=2EJ/（L）2；E-弹模, E=2.1106kg/cm2；J-截面惯性矩, J=/64(D2-d2)=/64(4.82-4.12)=12.18cm4；-压杆系数, 按两端绞支, =1；L-压杆计算长度, 取 L=120cm；则：Pij=3.1422.110612.18/（1120）2=17512kg=17.5t； k-安全系数, k=3, 压杆承载力PPij/k=17.53=5.83t；取P=5t。按水工建筑物滑动模板施工技术规范支承杆允许承载力计算公式： 模板处于正常滑动状态，即从模板上口以下，最多只有一个浇筑层高度，在尚未浇筑混凝土的条件下，支承杆的允许承载力可用式(B1)计算： (B1)式中 工作条件系数，取0.71.0，视施工操作水平、滑模操作平台结构而定，一般整体式刚性平台取0.7，分割式平台取0.8，采用工具式支承杆取1.0；=0.7. L0支承杆脱空长度，即从混凝土上表面至千斤顶下卡头的距离，L0=120cm； E支承杆弹性模量，2.1107kN/cm2； J支承杆的截面惯性矩，J=/64(D2-d2)=/64(4.82-4.12)=12.18cm4； K安全系数，取值不得小于2, K=3。 计算: P=400.72.110712.183（12095）2=51645kN5t。千斤顶数量n=122.8（0.85）=30.7（台）。为了方便布置, 选择36台。 2.3. 斜拉筋受力计算：竖向荷载 G=112.48t， 每根辐射梁分配荷载 q=122.4810001611m=700kg/m； YA=YB=3850kg； XA=114YA=10587kg； N2 = YA2XA2=10587238502； N=11265kg； 斜拉筋单根抗拉能力计算：N0=A/k 式中：A-斜拉筋断面面积；25mm钢筋A=4.91cm2； -钢材容许应力；=2200kg/cm2； k-不均匀系数；k=1.5； N0=4.9122001.5=7201kg； 选择2根, 则：27201=14402kgN=11265kg。 2.4 液压设计 千斤顶型号为HN100, 共布置36个千斤顶布置为：每个辐射梁外端各2个, 另在900对称各加1个。液压控制台选用YKT36型, 应注意的是：油箱的容量应满足所有油管容量, 否则应加副油箱, 并和主油箱连通。见平面图-3。油路布置见下图6。2.4 其他结构计算（略）3. 总体布置3.1 混凝土入仓方式:由混凝土搅拌车通过EL2260m交通洞供料，在EL2260m交通洞布置一台H60混凝土输送泵，泵送混凝土至安装在滑模平台上的混凝土布料机, 由混凝土布料机入仓。见图7。混凝土泵管的垂直段应固定在顶部, 同时管的垂直段随着滑模上升,从下部分节拆除。水平段搭设吊桥, 管道堵塞时便于处理。为了混凝土布料方便, 在滑模操作盘中心布置了一台R=16.5m的混凝土布料机, 布料机总重约5.0t（康杨工程用过）。其性能为：悬臂布料范围: R=16.5m2m, 额定生产率 125m3/h, 带宽 580mm, 带速 约2.5m/s,回转 360。（仅单项回转）， 伸缩 7.5m,回转速度 1rpm, 总重 约5T，设备总体尺寸(长x宽x高):16.629x1.5x9.198m,柱高度 (底节2.2m), 皮带驱动电机功率：6.2kw，3.2 其他运输方式：3.2.1 施工材料在交通洞口设置了一台5t卷扬机, 所有施工材料均由吊笼运至滑模平台, 吊笼尺寸应根据施工材料尺寸而定, 暂定为23m。3.2.2 施工人员交通利用吊笼进行人员交通是不安全的，所以在洞壁上设置了一个安全爬梯。见图8。3.2.3 风水电供应均由EL2260m交通洞供应至滑模平台。4. 施工准备 4.1 施工组织设计 4.1.1 施工单位应认真研究工程设计图纸，与建设单位商定因采用滑模施工对工程设计的修改意见，结合本单位的技术力量、机械设备等条件，确定切实可行的滑模施工方案。 4.1.2 施工前应根据工程特点和施工条件，编制施工组织设计，主要内容为： (1)施工总平面布置图； (2)滑模施工技术设计； (3)质量保证措施； (4)安全、防火措施； (5)施工程序和进度； (6)材料、机具、设备和加工件供应计划； (7)劳动组织计划； (8)预算。 4.1.3 滑模施工技术设计，应包括以下内容： (1)滑模装置技术设计(包括安装、拆除措施)； (2)确定混凝土配合比，测定其早期强度并分析其增长规律； (3)混凝土拌和、运输、浇筑系统的设计； (4)确定混凝土的脱模强度、模板滑动速度、混凝土外露面保护措施及停滑措施； (5)机具、材料及预埋件的垂直、水平运输方法和施工人员交通设施等； (6)供风、供水、供电系统的设计； (7)通讯、信号、照明等辅助设施的设计； (8)施工操作细则。 4.2 开工前的必备条件 4.2.1 开工前必须建立严密的统一施工指挥系统，制定岗位责任制、交接班及安全操作、质量检查等各项规章制度。 4.2.2 应对滑模装置、牵引机具、液压系统、施工精度控制系统进行检查、调试，对滑模装置部件进行预组装，并经检查合格后，方可运往现场安装。 4.2.3 对于乘人电梯及罐笼等设施，必须设安全保险机构，并经安全部门检查合格后，方可启用，运行期间尚应定期检查。 4.2.4 必须对液压设备、起重、运输机械操作人员进行技术培训，经考核合格后方可上岗操作。 4.2.5 滑模施工的动力及现场照明供电，应设双回路供电或备用电源，不具备上述条件时，应有其他应急措施。 4.2.6 供电、供水、供风系统及通讯、信号、照明等辅助设施布设完毕，应检查合格。 4.2.7 对所需各种材料、机具、预埋件和加工件等，应按计划备足，并按规定位置编号堆放整齐。 4.2.8 防火等设施，应经有关部门检查合格。 4.2.9 施工精度控制系统，应经检测、校正合格。5. 加工与安装5.1 滑模装置的部件设计、制作，应符合以下规定。 5.2 模板： (1) 圆弧模板，应满足工程结构体形精度要求；(2) 模板的设计、制作应遵守如下规定：(a) 应优先采用组合钢模板，当组合钢模板不能满足技术要求时，再另行设计、制作； (b) 在设计荷载作用下，模板的变形量不宜大于2mm； (c) 单块模板尺寸宜为(10001500)mm(100300)mm，面板的钢板厚度不得小于2mm； (d) 模板接缝必须严密，拆装应方便； (e) 模板上口至操作平台主梁下缘的高度，无钢筋时不得小于250mm，有钢筋时不得小于500mm。 5.3 围圈： (1) 围圈转角应设计成钢结点；(2) 其他规定：(a) 在设计荷载作用下的变形量，不应大于计算跨度的1/1000；(b) 上、下围圈间距宜为500750mm，上围圈至模板上口的距离，不应大于250mm；(c) 宜用不等边角钢、槽钢或工字钢制造围圈。表-7 部件制作允许偏差值名称内容允许偏差(mm)模板表面不平整度长 度宽 度侧面平直度连接孔位置12220.5围圈长度5曲线长长度3m长度3m24连接孔位置0.5提升收分车或提升架高 度跨 度围圈支托位置连接孔位置3320.5支承杆或爬杆弯 曲直 径丝扣接头中心2L0.50.25 5.4 提升架： (1) 提升架应由立柱、横梁和围圈支托构成； (2) 可采用单横梁“”型或双横梁“开”型结构作提升架。提升架横梁宜用槽钢制作，立柱宜用槽钢或角钢制作； (3) 横梁与立柱的结点必须是刚性连接。立柱最大侧向变形量不应大于2mm。 5.4 外挑平台： (1) 外挑平台应由桁架或三角架、铺板组成，应与提升架连成整体。外挑宽度不宜大于1500mm； (2) 吊脚手架的铺板宽度，宜为800mm。圆钢吊杆的直径不宜小于16mm。 5.5 支承杆的选材、制作： (1) 目前有许多滑模使用10t千斤顶, 配483.5mm厚壁钢管做支承杆。支承杆接头比较简单, 在接头处内套外径为40mm的钢管接头即可, 见图-9。5.6 部件制作的允许偏差见表-7。 5.7精度控制系统的规定 精度控制系统应包括千斤顶同步控制机构、垂直度、水平度观测仪器和基准标志及测站等部分。 (1)操作平台水平度控制可采用激光平面控制仪、水杯自动控制装置、水准仪和千斤顶限位卡等；(2)垂直观测可采用激光铅直仪、经纬仪和线锤等；(3)测量标志及测站的设置，应便于测量操作、防潮及安全。6. 施工6.1 施工程序见图9 滑模施工工艺流程框图6.2 一般规定 6.2.1 滑模施工各工种必须密切配合，各工序必须衔接，以保证连续均衡施工。 6.2.2 现场安装滑模前，必须做好以下准备工作： (1) 清理建筑物的基础，检查其尺寸和标高，处理遗留问题，并经验收合格； (2) 按照工程设计图纸放样，标出建筑物的设计轴线、边线、滑模装置主要构件的位置； (3) 核对滑模装置各类部件的规格、数量，并检查其质量； (4) 搭设安装平台或临时施工支架。 6.2.3 安装 (1) 初拟：加工好的结构从EL2260交通洞运入，使用10吨卷扬机吊入安装平台，调压室顶部应安装能支撑10吨 的滑轮。应在滑模安装前和爬梯、吊笼及EL2260吊平台完成。 (2) 安装程序由安装者研究制定。建议： 安装操作平台； 安装提升架、围圈、外模板； 绑扎钢筋、安装内模板； 安装液压控制台、千斤顶及油路； 空载试压后，插入支承杆； 安装精度控制系统； 安装下料平台； 安装旋转布料机及混凝土泵； 滑升至适当高度后，安装吊脚手架； 安装养护水管，挂设安全网。(3) 安装完毕的滑模，应经总体检查验收后，才允许投入生产。 (4) 模板的倾斜度应有利于滑升，单侧模板的倾斜度宜为模板高度的0.1%0.3%。以模板1/2高度处的净距为结构截面设计宽度。(5) 滑模装置安装的允许偏差见表-7。(6) 绑扎钢筋应遵守以下规定： 绑扎钢筋的进度必须与滑升速度相适应，确保顺利滑升； 钢筋的绑扎位置应准确、符合设计要求； 每个浇筑层面上，最少应外露一道绑扎好的水平钢筋； 水平钢筋的长度不宜超过7m，直径小于12mm的竖直钢筋，其加工长度不宜超过6m； 所有钢筋弯钩必须一律背向模板； 应首先保证竖向钢筋下端位置准确，上端用限位支架固定，对双筋结构应用拉筋定位； 利用支承杆作结构物的受力钢筋时，其接头通过千斤顶后，应立即焊接； 第一批插入千斤顶的支承杆，加工成四种长度，且应交错排列，使其在同一断面处的接头数不超过总数的25%。 6.2.4 滑模施工的混凝土，除应满足工程设计规定外，尚应满足以下要求： (1) 混凝土早期强度增长速度，必须适应模板滑动速度； (2) 混凝土塌落度应与滑模施工工艺相适应；(3) 混凝土中掺入外加剂或粉煤灰的品种、数量，应经试验确定。6.3 滑升 6.3.1 滑模混凝土的浇筑，应遵守以下规定： (1) 应分层、平起、对称、均匀地浇筑混凝土，各层浇筑的间隔时间，不得超过允许间歇时间； (2) 振捣混凝土时，不得将振捣器触及支承杆、预埋