長河壩水電站地下廠房頂拱鍍鋅壓型承板施工技術

孫留陽，陳 明，梁 波，李功子

(中國水利水電第十四工程局有限公司曲靖分公司，云南曲靖655000)

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長河壩水電站地下廠房頂拱鍍鋅壓型承板施工技術

孫留陽，陳 明，梁 波，李功子

(中國水利水電第十四工程局有限公司曲靖分公司，云南曲靖655000)

長河壩水電站地下廠房頂棚為現澆鋼筋混凝土疊合結構，由拱板、肋梁、拱梁三部分組成，廠房頂拱具有高差大、跨度大、安全風險大、干擾協調難度大等特點。頂棚施工中，通過計算，確定了在拱梁4 mm厚鍍鋅壓型鋼模板底部增加定型槽型鋼模板作為主要荷載支撐體系，較好地解決了頂棚施工時施工干擾、承載要求。上部肋梁及板混凝土厚度較薄，入倉強度低、澆筑速度慢，質量控制難度大，通過精心施工，完成了頂棚混凝土澆筑。

地下廠房；頂拱；壓型承板；立體交叉施工；長河壩水電站

0 概 述

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，為大渡河干流水電梯級開發的第10級電站。電站總裝機容量2 600 MW，水庫正常蓄水位1 690 m，具有季調節能力。樞紐建筑物由攔河大壩、泄水系統、引水發電系統組成。

引水發電系統主要由引水系統、發電系統和尾水系統組成，發電系統主要由地下廠房、母線洞、主變室、出線等組成。地下廠房(主、副廠房及安裝間)總長228.80 m，最大高度73.35 m，頂拱跨度30.8 m，采用輕型復合板梁(簡稱肋拱)頂棚。廠房頂棚上部混凝土運輸通道布置為：新建120拌和樓─1號公路─進廠交通洞─安裝間─頂棚施工工作面或拌和樓─1號公路─5號施工支洞─廠房進風洞─頂棚施工工作面；鋼筋及模板運輸通道：由鋼筋加工廠經2號公路進入1號公路后同混凝土運輸通道。

1 總體施工方案及程序

廠房頂棚為現澆鋼筋混凝土疊合結構，由拱板、肋梁、拱梁3部分組成。拱板下緣為鍍鋅壓型鋼模板，與上部現澆鋼筋混凝土板一起組成復合拱板；肋梁擔負次梁作用，與拱板一起整體澆注，兩端與拱梁連接。拱梁作為主要承載結構，橫跨主廠房，兩端支承在巖錨梁以上柱柱頂。肋拱頂棚凈跨29.4 m，拱梁內半徑R=21.315 m，肋拱拱頂高程1 507.48 m，拱腳高程為1 501.6 m，縱向總長為207.90 m((廠橫)0+000～(廠橫)0+207.9)，拱梁數量為53榀。廠房頂拱具有高差大、跨度大、安全風險大、干擾協調難度大等特點。

由于設計拱梁4 mm厚鍍鋅壓型鋼模板在拱梁施工期間不能獨自承受上部荷載，需在4 mm厚鍍鋅壓型鋼模板外部增加外支撐。頂棚施工中使用拱梁底部增加槽型鋼模板作為主要荷載支撐體系，能較好的解決頂棚施工時施工干擾、承載的要求。鋼結構在加工廠分節(塊)加工，到現場一次性全部吊運組裝就位。廠房頂棚加工9榀拱梁槽型鋼模板，滿足廠房頂棚金屬結構安裝(頂棚封閉)及其他作業同步施工要求。

頂棚施工程序為：排架柱及圈梁混凝土澆筑─施工平臺行走就位(大橋機上部腳手架搭設)─拱梁頂棚錨桿施工─8 mm厚拱梁槽型鋼模板安裝─4 mm厚拱梁鍍鋅壓型鋼模板安裝─1.5 mm厚肋梁和面板鍍鋅壓型板安裝(達到頂棚封閉條件)─拱梁鋼筋安裝─拱梁混凝土澆筑─肋梁和面板鋼筋安裝─肋梁和面板混凝土澆筑─定型槽型鋼模板拆除。

2 頂棚安裝施工平臺設計

2.1 頂棚行走施工平臺設計

頂棚行走施工平臺在廠房現有橋機上采用鋼結構制作。平臺設計承受最大荷載為10 t(不考慮平臺自重)，平臺沿廠房縱軸線方向寬度為11.37 m。頂棚平臺頂部距離頂棚中線最高點為3.6 m。頂棚施工平臺設置3 t卷揚機1臺，可從安裝間底板將拱梁模板及鍍鋅樓承板吊裝至施工平臺上；施工平臺上另配置垂直升降機2臺，進行拱梁模板鍍鋅壓型鋼模板安裝施工。頂棚施工平臺布置情況見圖1、2。

圖1 廠房吊頂大橋機施工平臺設計示意(單位：高程m；尺寸cm)

圖2 頂棚施工平臺剖面示意(單位：高程m；尺寸cm)

2.2 頂棚拱梁外支撐設計

2.2.1 拱梁鍍鋅板結構計算

根據設計藍圖，廠房頂棚拱梁斷面尺寸為40 cm×45 cm(寬×高)，采用4.0 mm厚的鍍鋅樓承板作為支撐模板。

2.2.1.1 單榀拱梁荷載分析

拱梁承受的總恒載q恒=混凝土自重q1+鋼筋自重q2+4 mm鍍鋅板質量q3=(1.407+0.155+0.132)×105N=1.694×105N。

人員、設備荷載q活=2.5×10 N/m×33.236 m×0.4 m=0.332×105N。

恒載的分項系數取1.2，活載的分項系數取1.4，則作用在單榀拱梁上的總荷載為q=q恒×1.2+q活×1.4=(1.694×1.2+0.332×1.4)×105N=2.498×105N。

折算為均勻分布線荷載q/s=2.498×105 N/33.236 m=7.52×10 N/m。

其中，s為孤長。

2.2.1.2 拱梁內力計算

拱梁支撐在巖錨梁以上柱上端，屬于固定無鉸拱；假定巖錨梁上柱在拱梁施工階段無變形，不考慮溫度、地震力的影響，整個t=4.0 mm厚的鍍鋅樓承板支撐模板視為等截面圓弧無鉸拱，采用力法求解拱梁內力。

經計算：

內力FN=121.87 kN。

拱頂彎矩Mmax=X1-X2(R-d)=50.46 kN·m。其中，X1、X2為作用在彈性中心點的力；R為拱梁圓孤半徑；d為彈性中心與圓心距離。

2.2.1.3 鍍鋅樓承板強度校核

根據分析可知，拱腳處4 mm鍍鋅樓承板內力最大，但設計已在其與巖錨梁以上柱連接部位增加加腋鋼板補強。故選取內力第二大處拱梁拱頂處4 mm厚鍍鋅樓承板下邊緣一點為研究對象，此點在彎矩作用下受壓，在整個弧形樓承板內壓力作用下受壓，若此點強度滿足要求，則整個鍍鋅樓承板強度σ滿足要求。

對上述計算結果分析，由于4 mm鋼板橫向放置，截面抵抗矩同豎向放置的鋼板相比較，大大減小，故4 mm厚鍍鋅樓承板無法單獨承受拱梁混凝土澆筑施工荷載，需增加外支撐才能滿足混凝土澆筑荷載要求。

2.2.2 拱梁外支撐方案分析及計算

經分析并參照大崗山、瀑布溝、錦屏水電站頂棚施工經驗，在鍍鋅樓承板上外部增加型鋼支撐，型鋼模板在加工廠加工完成后運至現場進行拼裝，只需要橋機配合1～2 d即可完成一榀拱梁安裝，拱梁安裝完成后，可單獨承受上部施工荷載，而后橋機可隨意移動以滿足下部施工需要，可滿足頂棚和下部混凝土及機電相互穿插施工的要求，大大降低施工干擾。最終本工程采用增加拱梁外支撐模板方案。

根據拱梁尺寸、上部肋板尺寸采用8 mm鋼板焊接成槽型的定型模板，型鋼截面尺寸選擇430 mm×448 mm(寬×高)，單榀拱梁凈質量3.33 t，由8節型鋼模板拼裝而成，端頭2節單節長度為1.09 m，中間2節單節長度為3.864 m，頂拱中部4節單節長度為5.805 m，總質量約3.3 t。相鄰兩節之間采用10.9 s級高強螺栓連接。在吊頂錨桿相對應的型鋼模板底部開孔，將頂棚錨桿自由穿過，在拱梁模板外部使用雙螺母擰緊。

2.2.2.1 型鋼外支撐受力分析

型鋼拱梁模板開始單獨承受上部施工荷載；當上部施工荷載增加到一定程度后，型鋼模板出現輕微向下變形，錨桿和型鋼模板共同承擔上部施工荷載；最后當荷載增加至頂棚錨桿被破壞后，型鋼模板將單獨承受上部施工荷載，直至型鋼模板被破壞。吊頂棚Φ25錨桿總體能承受的極限荷載為N=n×σ×S=10×215×3.14×12.52=10.55×105N。其中，n為錨桿數；S為錨桿截面積。

極限荷載大于吊頂上部總體施工荷載2.498×105N，故拱梁施工期間將一直處于錨桿和型鋼模板共同承擔上部施工荷載的受力狀態，型鋼模板整體受力穩定。

2.2.2.2 型鋼模板局部受力分析

若兩根吊頂錨桿之間的型鋼模板強度滿足施工要求，則型鋼模板局部受力穩定。其中，兩根吊頂錨桿間的最遠距離為3.567 m，將槽型鋼模板視為倒立放置的槽鋼。

確定槽型鋼模板中和軸

計算內力：

校核強度：

由以上數據可以判斷，8 mm厚型鋼模板能夠滿足混凝土澆筑荷載要求。

2.3 頂棚安裝施工方法

2.3.1 頂棚拉桿施工

由于頂棚施工均為高空作業，模板、鋼筋安裝定位十分困難，廠房吊頂Φ25拉桿是頂棚混凝土施工除8 mm槽型定型鋼模板和鍍鋅壓型鋼模板外最主要的支撐體系，是鋼筋和模板安裝的重要支撐點；同時，也對槽型定型鋼模板的安裝和運行安全起著重要作用。

在施工平臺行走到位后，首先須進行拱梁相對應的頂拱外露錨桿的糾偏和校正處理。頂棚拉桿加長施工完成后，進行拉桿M3鋼板安裝。M3鋼板尺寸為110 mm×110 mm×25 mm(長×寬×厚)。拉桿及其埋件安裝完畢后，對外露錨桿、埋件及接頭部位均應進行防腐、防銹處理。拉桿按設計要求為鍍鋅頂棚拉桿，需后期進行現場鍍鋅處理，或廠內鍍鋅處理后用于現場；拉桿延伸之前務必做相應拉拔試驗，桿向偏差的需做補強斜拉。

2.3.2 拱梁8 mm槽型定型鋼模板施工

廠房頂棚拱梁采用8 mm鋼板焊接成槽型的定型模板，型鋼截面尺寸430 mm×448 mm(寬×高)，單榀拱梁凈重3.33 t，由8節型鋼模板拼裝而成，端頭2節單節長1.09 m，中間2節單節長3.864 m，頂拱中部4節單節長5.805 m，總質量約3.3 t。在吊頂錨桿相對應的型鋼模板底部開孔，將頂棚錨桿自由穿過，在拱梁模板外部使用雙螺母擰緊。

中間每隔1.5 m加設∠50×5角鋼肋以保證其能穩定承載拱梁施工荷載。與上部鍍鋅鋼模板的連接采用密口連接，使用異型鋼板切割機下料，保證與上部模板的連接緊密，并加寬封邊至50 mm，防止澆筑混凝土漏漿。拱梁模板分段運至現場后，使用10.9級高強螺栓連接節點。定型模板拆除時，可以在不損傷內部鍍鋅裝飾板的同時，完整拆卸支撐系統構件。

槽型定型鋼模板安裝由低至高，由上、下游往正頂拱方向逐塊進行安裝。安裝前先采用人工在頂棚錨桿上安裝葫蘆，采用1 t的電動葫蘆將定型模板吊至設計高程進行連接和對位。為提高拱梁的整體穩定性，在相鄰兩榀拱梁安裝完成后，需在兩拱梁模板之間加設 [12型鋼作為連接桿件，以保證拱梁模板單元穩定，[12型鋼設置在每榀拱梁各段支撐模板對接處。根據瀑布溝、大崗山施工經驗，在混凝土澆筑達到7 d強度即開始拆除。

2.3.3 鍍鋅壓型鋼模板施工

鍍鋅壓型鋼模板均為肋拱混凝土的底模。拱梁4 mm鍍鋅壓型鋼模板主要作為拱梁下部裝飾模板用。肋拱1.5 mm鍍鋅壓型鋼模板作為裝飾及混凝土施工承載用。上述兩種型號模板在混凝土澆筑完成后均不拆除。

(1)4 mm鍍鋅壓型板安裝。拱梁鍍鋅壓型鋼模板在頂棚錨桿及拱梁8 mm定型鋼模板安裝完成后開始安裝，按照設計藍圖在工廠分節制作成型，單節尺寸為寬408 mm、高455 mm、長1 250 mm(744 mm)。通過施工平臺布置的3 t卷揚機吊運至施工平臺，再利用人工協助垂直升降機進行定位安裝。拱梁鍍鋅壓型鋼模板相鄰兩塊模板之間采用焊接連接方式。

(2)1.5 mm鍍鋅壓型板安裝。1.5 mm鍍鋅壓型板采用羅拉機按照建議調整后尺寸進行加工，加工尺寸為寬478 mm、高190 mm。肋拱鍍鋅壓型鋼模板在拱梁鋼筋安裝前開始安裝，由進廠交通洞運入安裝間，通過施工平臺布置的3 t卷揚機吊運至施工平臺，最后利用人工協助垂直升降機進行定位安裝。肋拱鍍鋅壓型鋼模板安裝前需先安裝定位M4鋼支腿，M4鋼支腿尺寸為520 mm×35 mm×25 mm(長×厚×寬)，鋼板焊接在4 mm鍍鋅壓型鋼模板上固定，兩端搭在8 mm槽型鋼模板上。1.5 mm鍍鋅壓型板搭接在兩榀拱梁的定位鋼板上，鍍鋅壓型鋼模板與定位鋼板之間采用鋼鉚釘進行連接。相鄰鍍鋅壓型板之間采用自攻螺栓連接固定。

2.3.4 安裝精度的技術保證措施

由于本工程采用分段高空散裝吊裝的方法。所以，模板的吊裝就位控制尤為關鍵。吊裝前應對支承架的定位進行控制。在拱梁投影線下架設激光經緯儀檢測且利用穩定風繩及調節器校直拱梁模板，然后吊裝拱梁模板間的連接構件，在吊裝過程中應進行監控，發現誤差及時修正。按上述方法依次吊裝拱梁模板。

2.4 頂棚混凝土施工方法

2.4.1 鋼筋安裝

由于頂棚混凝土為輕型薄板梁結構，板鋼筋的混凝土保護層厚度為2 cm、拱梁和肋板鋼筋的混凝土保護層厚度為3 cm，鋼筋的混凝土保護層厚度較小，且鋼筋的直徑較小，安裝跨度較大，為確保混凝土保護層厚度，可采用混凝土墊塊控制，墊塊為1.5 m×1.5 m梅花布置，墊塊混凝土強度與結構混凝土強度相同。

2.4.2 預埋件安裝及排煙送風孔預留

止水與瀝青木板同時安裝，采用搭接型式，并用氧氣銅焊進行連接。按照設計藍圖對排煙孔、送風孔部位鍍鋅壓型板采用氧氣乙炔進行割除。割除后及時進行孔洞周邊的角鋼護邊加固，并且設置安全欄桿防止高墜事故。機電預埋件有拱梁內的照明管線和接地扁鐵等，拱梁內的照明管線需提前對拱梁進行開孔，并且將預埋管安裝在拱梁內。

2.5 拱梁及肋板模板施工

頂棚混凝土為圓弧結構，由于上、下游兩側坡度較陡，拱頂兩側各5 m范圍內需設置頂模。拱梁模板只進行頂模的安裝，頂模采用P3015、P1015小鋼模進行拼裝，采用鐵絲和拱梁上部設置的方鋼固定。肋梁和板頂模的安裝采用竹膠板或P3015、P1015小鋼模進行安裝，由于肋梁及板模板無內拉點，只能采用在腳手架支撐在廠房頂拱開挖面上進行外支撐加固。

2.6 頂棚混凝土澆筑方法

頂棚混凝土分塊按照機組段之間結構縫分為安裝間、1～4號機組段共5塊。單機組段頂棚混凝土澆筑采用“先拱梁后肋板”的施工程序，即先澆筑拱梁Ⅰ期混凝土，再澆筑肋板Ⅱ期混凝土，Ⅰ、Ⅱ期混凝土縫面需進行鑿毛處理。

混凝土澆筑采用混凝土泵送入倉，利用安裝間端頭的進廠交通洞洞口或廠房進風洞作為混凝土泵布置和混凝土攪拌運輸車卸料地點，泵管要求放置在懸吊錨桿+架管形成的懸空平臺上固定以防止泵管在輸送混凝土過程中破壞頂棚結構，在水平鋪設泵管至兩側設置軟管分料至各澆筑面。

2.7 拆模及養護

混凝土振搗后，對表面進行抹面處理，澆筑完成后表面用噴霧器噴濕，保持濕潤即可。頂棚模板中只有拱梁外部支撐模板(8 mm定型槽型鋼模板)需進行拆除，由于相關操作不影響廠房下部施工，因此可在拱梁混凝土達到7 d強度后，選擇適當時機利用施工平臺進行拆除。

3 施工安全措施

(1)交叉作業主要為安裝間上部頂棚施工和下部機電設備焊接作業、廠房主機間頂棚施工和下部混凝土澆筑及機電安裝、頂棚預留孔洞和下部施工。應與機電標簽署相應的交叉作業協議，成立專門的協調管理人員，提前做好溝通、協調及防護施工，避免出現安全事故。

(2)在頂棚混凝土澆筑之前，要求對有孔洞、縫隙部位如通風孔、排煙孔及吊物孔等進行封閉防護，防止混凝土塊或工具等物件高空墜落。

(3)對有機電設備安裝的部位應以頂棚平臺作為第二道防護結構，并在平臺上鋪裝雙層彩條布，防止頂拱所漏的漿及水直接墜落至機窩，開倉前對施工平臺封閉情況再檢查。

(4)在頂棚混凝土澆筑、拆模時，要求機坑內人員撤離，特別是機電標人員，務必通知到位。并派專人在施工平臺上觀察壓型模板變形情況，若有異常立即停止澆筑。在頂棚混凝土澆筑后，要求派人員及時利用施工平臺清理壓型模板下面的漏漿及滲水。

4 結 語

長河壩水電站地下廠房頂拱鍍鋅壓型承板施工高差較大，采用橋機上部搭設作業平臺，有效可操作空間狹窄，人員、材料、石渣等墜落安全風險較大。由于施工時段與下部土建、機電施工高峰期重疊，上下立體交叉作業干擾大，橋機作為頂棚施工的唯一平臺，其運行需借助機電標統一調度安排，協調配合難度較大。上部肋梁及板混凝土厚度較薄，入倉強度低、澆筑速度慢，質量控制難度大。頂拱壓型承板成型后，下部運行期人員、設備安全得到進一步加強。

(1)關于頂棚高空交叉作業的思考。由于電站整體規劃及工期要求，本工程地下廠房鍍鋅壓型承板施工無法很好的規避高空立體交叉作業安全風險，特別是高空作業施工安全風險與下部土建施工、機電設備安裝并行作業風險，稍有忽視將釀下安全事故。后續在其他電站類似工程施工時，建議頂棚施工時間安排在地下廠房開挖支護完成后，在啟動底部墊層混凝土時交叉施工，避免與機電設備的交叉干擾和安全風險。

(2)關于行走支撐平臺的設置問題。本工程地下廠房布置2臺400 t永久橋式起重機，廠房頂棚施工利用其中一臺永久橋式起重機作為行走支撐平臺滿足安裝需要，由此導致下部土建標、機電標施工所需橋機吊裝任務無法有效滿足，進而對其施工進度有一定滯后影響。建議可新增1臺20 t臨時橋式起重機以滿足支撐平臺需要，規避對其他標段長期占用永久橋機的難題。

(3)采用鍍鋅壓型承板頂棚方案對比輕型鋼屋架方案，因前者采用拉桿銜接加固、鋼筋混凝土拱梁及拱板共同稱重分擔荷載，能夠滿足多人在成型屋頂跑動安全，可以更加有效的規避運行期下部人員、設備安全風險。

[1]馬洪琪. 中國水利水電地下工程施工[M]. 北京： 中國水利水電出版社， 2011．

[2]江正榮. 建筑施工計算手冊[M]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2007．

[3]DL/T 5110—2013 水利水電工程模板施工規范[S]．

[4]JGJ 130—2011 建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范[S]．

[5]YB 9254—95 鋼結構制作安裝施工規范[S]．

[6]DL 5162—2013 水電水利工程施工安全防護設施技術規范[S]．

(責任編輯 高 瑜)

Construction Technology of Underground Powerhouse Roof Arch Galvanized Profiled Bearing Plate in Changheba Hydropower Station

SUN Liuyang, CHEN Ming, LIANG Bo, LI Gongzi

(Qujing Branch of Sinohydro Bureau 14 Co., Ltd., Qujing 655000, Yunnan, China)

The ceiling of underground powerhouse in Changheba Hydropower Station is an on-situ reinforced concrete laminated structure which is consisted of arch plate, rib beam and arch beam. The roof arch of powerhouse has features of large height difference, large span, high security risk and serious cross construction interference. Based on calculation results, the 4 mm-thick galvanized profiled steel slipform for roof arch concrete pouring is supported by external profiled steel template as main load bearing system, which solves the problems of cross construction and load bearing. As thinner thicknesses of rib beam and roof arch concrete, lower concrete transportation intensity and slower pouring speed, the pouring quality of roof arch concrete is difficult to control. Through elaborately implementation, the concrete pouring is completed．

underground powerhouse; roof arch; profiled bearing plate; three-dimensional cross operation; Changheba Hydropower Station

2016- 07- 22

孫留陽(1987—)，男，河南葉縣人，工程師，主要從事水利水電工程施工管理工作．

TV731.6(271)

A

0559- 9342(2016)10- 0087- 05