溪洛渡水電站主廠房吊頂設(shè)計(jì)

范湘蓉，趙群章

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 概述

溪洛渡水電站左、右岸地下廠房均位于庫區(qū)正常蓄水位(600 m 高程)以下約200 m 的玄武巖山體中，具有典型的高水位庫區(qū)地下廠房特點(diǎn)。左、右岸地下廠房各安裝9臺(tái)額定容量為77萬kW 的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1386萬kW，為目前已建、在建的世界第三大水電站，中國第二大水電站。

地下主廠房頂拱開挖跨度為31.9 m，左岸主廠房長439.74 m，右岸主廠房長443.34 m，頂拱采用噴錨支護(hù)，在廠房周邊設(shè)置有防滲排水系統(tǒng)。

地下主廠房頂拱吊頂采用鋼筋混凝土輕型復(fù)合板梁結(jié)構(gòu)型式，其具有結(jié)構(gòu)較輕、密閉性好、防火性能好的特點(diǎn);混凝土結(jié)構(gòu)頂層采用防水材料，能有效防止頂部少量滲水。在頂拱上部布置有主廠房通風(fēng)系統(tǒng)，能保證風(fēng)道穩(wěn)定運(yùn)行、便于檢修且有成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。混凝土結(jié)構(gòu)模板采用鍍鋅壓型鋼模板，其表面光滑，外形美觀大方，混凝土澆筑后模板不用拆除，與混凝土結(jié)構(gòu)聯(lián)合承載，受力條件好，作為地下廠房整體裝修的一部分具有很強(qiáng)的裝飾美化效果，廠房頂棚無需另設(shè)裝飾天棚，從而節(jié)省了工程投資。

2 地下廠房通風(fēng)對(duì)吊頂結(jié)構(gòu)的要求

溪洛渡水電站主廠房通風(fēng)系統(tǒng)采用的是拱頂一端端部送風(fēng)方案，在拱頂布置有送風(fēng)孔和排風(fēng)孔。空氣經(jīng)空調(diào)機(jī)處理后進(jìn)入主廠房頂拱風(fēng)道層，再送入主廠房各層與主變洞。由于主廠房長約400 m，拱頂送風(fēng)道長度比已建成的電站(二灘水電站等)長約50%，為此，要求吊頂結(jié)構(gòu)保溫、隔熱及密閉性強(qiáng)，能有效降低拱頂內(nèi)的送風(fēng)溫升，使其傳熱系數(shù)不超過1 W/m2。

3 吊頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

溪洛渡水電站左、右岸主廠房吊頂結(jié)構(gòu)布置基本一致，筆者以右岸吊頂結(jié)構(gòu)布置為代表進(jìn)行了說明，主廠房頂拱吊頂橫剖面見圖1，吊頂大樣見圖2。

圖1 主廠房頂拱吊頂橫剖面圖

主廠房頂拱吊頂結(jié)構(gòu)采用輕型復(fù)合板梁結(jié)構(gòu)，由上下游邊墻構(gòu)造柱、圈梁、拱梁、肋梁、拱板及鍍鋅壓型鋼模板、鍍鋅拉桿等組成。吊頂呈圓弧形布置，拱梁凈跨30.6 m，內(nèi)徑為29.082 m，拱頂高程403.4 m，拱腳高程398.5 m，總長度為387.62 m。在肋拱吊頂與開挖面之間距廠房中心線兩側(cè)11 m 處各設(shè)一道輕質(zhì)隔墻，將頂拱分隔成中間送風(fēng)道和上、下游排風(fēng)道，并在兩側(cè)相應(yīng)位置設(shè)置0.61 m×0.71 m 送風(fēng)孔86個(gè)和1.01 m×0.91 m 排風(fēng)孔40個(gè)，1.5 m×2 m 天錨吊物孔一個(gè)。

拱板下緣為鍍鋅壓型鋼模板材料，與上部現(xiàn)澆鋼筋混凝土板一起組成復(fù)合拱板;拱肋擔(dān)負(fù)次梁作用，兩端與拱梁連接，拱肋與拱板整體澆筑;拱梁作為主要承載結(jié)構(gòu)橫跨主廠房，兩端支承在巖壁梁以上的構(gòu)造柱柱頂上。頂拱為輕型結(jié)構(gòu)，自重較輕，主要考慮混凝土澆筑施工、通風(fēng)設(shè)備安裝及檢修等荷載。

圖2 主廠房頂拱吊頂大樣圖

由于拱梁受力條件較好，經(jīng)計(jì)算，30 m 跨度拱梁斷面尺寸僅為40 cm×45 cm，上、下層各配置4φ28鋼筋，箍筋φ10@0.1 m。拱梁標(biāo)準(zhǔn)間距為4.5 m，最大間距5.3 m，共布置有92根拱梁。拱梁外包厚度為4 mm 的鍍鋅壓型鋼模板，沿拱肋跨度方向每根拱肋設(shè)置12根拉桿與頂拱支護(hù)錨桿相連。

相鄰拱梁間由63根、間距為0.507 m 肋梁連接而成。肋梁承擔(dān)次梁作用，為梯形斷面結(jié)構(gòu)，底寬0.86 m，頂寬0.99 m，高0.19 m，兩端與拱梁連接，底部配置1φ25鋼筋。肋梁及拱板下緣為鍍鋅壓型鋼模板，具有模板功能，同時(shí)又具有美化和裝飾作用，與上部現(xiàn)澆鋼筋混凝土板一起組成復(fù)合拱板，肋梁與上部拱板整體澆筑，拱板厚0.065 m，沿廠房縱軸線方向配置φ8@0.17 m，沿廠房橫剖面方向配置φ8@0.15 m 鋼筋網(wǎng)。

4 鍍鋅壓型鋼模板的特點(diǎn)

現(xiàn)澆鋼筋混凝土帶肋面板施工的最大問題是模板的支撐。為了解決施工中遇到的困難，最終決定采用鍍鋅壓型鋼模板(現(xiàn)澆鋼筋混凝土帶肋面板)。鍍鋅壓型鋼模板專門用于立模較困難的、大跨度樓板、拱頂結(jié)構(gòu)的快速施工，鋼模板表面采用鍍鋅或環(huán)氧涂層作為防腐措施。

由于鋼模板的強(qiáng)度較大，其中間不需要另加支撐就能使之固定不變形。因此，在施工過程中作為永久性模板使用，承受施工荷載和混凝土硬化前的重量，其無傳統(tǒng)支模、拆模繁瑣作業(yè)，能夠滿足鋼筋混凝土澆筑施工、通風(fēng)設(shè)備埋件安裝、燈具埋件安裝等要求。混凝土澆筑后不需拆除鋼模板，可將其作為安全儲(chǔ)備。

鍍鋅壓型鋼模板具有不滲水、不漏水、在使用年限內(nèi)不銹蝕的特性，能起到保溫、隔熱效果，比一般風(fēng)管、波紋管等能更好的滿足溪洛渡水電站地下廠房拱頂長距離均勻送風(fēng)、溫升控制要求。

主廠房選用寬507 mm、高190 mm、長3900～5300 mm 規(guī)格不等的鍍鋅壓型鋼模板，承載能力為5 kN/m2(活荷載為3 kN/m2，鋼筋混凝土自重為2 kN/m2)，壓型鋼模板鋼材按屈服強(qiáng)度不小于350 MPa 設(shè)計(jì)。肋板壓型板厚1.6 mm，拱梁壓型板厚4 mm。

由于鋼模板下表面光滑，呈銀灰色，美觀大方，裝飾性強(qiáng)，故不需再另設(shè)裝飾天棚，從而節(jié)省了工程投資(圖3)。

圖3 主廠房頂拱吊頂效果圖

5 吊頂施工

對(duì)于大跨度地下廠房采用現(xiàn)澆混凝土肋拱結(jié)構(gòu)，除其具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工范圍大、作業(yè)難度大等特點(diǎn)外，還需排除廠房橋機(jī)運(yùn)行和機(jī)電安裝之間的干擾因素。各機(jī)組段吊頂應(yīng)盡量安排在廠房蝸殼和風(fēng)罩層混凝土澆筑期間進(jìn)行施工，并在相應(yīng)機(jī)組第二次交面之前完成肋拱吊頂施工。

施工單位采用自行式鋼桁架平臺(tái)作為材料吊裝和混凝土澆筑施工平臺(tái)。自行式鋼桁架作業(yè)平臺(tái)在空間上與橋機(jī)錯(cuò)開布置，在土建和機(jī)組安裝的立體交叉作業(yè)環(huán)境中，鋼桁架平臺(tái)與橋機(jī)相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾，從而保證了主廠房吊頂工程安全、快速、保質(zhì)。

6 結(jié)語

目前，溪洛渡水電站地下廠房吊頂結(jié)構(gòu)已基本實(shí)施完成，從已經(jīng)實(shí)施的情況看，鍍鋅壓型鋼模板的制作、安裝工藝較復(fù)雜，但為鋼筋綁扎、混凝土澆筑提供了相當(dāng)方便的施工條件，因此，只要安排好合理的施工時(shí)段，采用合理可行的施工工藝，吊頂采用鍍鋅壓型鋼模板鋼筋混凝土輕型復(fù)合板梁結(jié)構(gòu)型式，施工速度較快，不影響廠房的混凝土澆筑及安裝，滿足設(shè)計(jì)的功能要求和美觀要求，進(jìn)而節(jié)省了后期裝飾頂棚的投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

由于拱梁是該吊頂結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件，直接影響吊頂結(jié)構(gòu)的安裝工期，可以通過約進(jìn)拱深的結(jié)構(gòu)型式和材料，更好的發(fā)揮這種吊頂結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。