去學水電站引水隧洞斜井滑模安全分析與計算

鄭 宗 權

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都 610091)

去學水電站引水隧洞斜井滑模安全分析與計算

鄭 宗 權

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都 610091)

去學水電站引水隧洞斜井襯砌采用滑模施工，介紹了滑模的原理、優點及組成。從施工布置及結構特點進行了分析與計算，用以指導現場施工，保證了襯砌施工質量及施工安全。

斜井；滑模；結構；計算；去學水電站

1 工程概述

四川碩曲河去學水電站引水隧洞壓力管道立面采用斜井布置，斜井角度為53.81°，高程2 179.193 m以上采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌總長度為87.53 m。襯砌混凝土厚60 cm，襯砌后內徑為7 m。混凝土標號為C25、二級配、襯砌工程量為1 834.8 m3。

2 施工現狀及施工程序

2.1 施工特點

通過比對后認為：滑模具有施工速度快、機械化程度高、混凝土連續性好、表面光滑、無施工縫、材料消耗少、靈活組裝并可重復使用等優點。

2.2 施工布置

混凝土由布置在下擁溝旁的HZS90拌和系統供料，4臺9 m3混凝土攪拌運輸車運料。斜井井內布置1套BOX真空溜管，溜管貼斜井井底布置，混凝土由攪拌車運輸至壓力管道上平洞后卸料至BOX真空溜管受料斗內，再經溜管溜放至滑模平臺中心受料斗，最后由滑模平臺上布置的8條分料溜槽均衡溜送入倉。

2.3 施工程序

開挖基礎面驗收→先澆塊混凝土施工→安裝操作平臺→送料系統搭設→提升系統安裝→固定提升系統→滑模安裝→調試完畢→試運行→滑模驗收→斜井鋼筋綁扎、接長→預埋件安裝→混凝土入倉→滑模提升→下一循環。

3 滑模的組成

3.1 滑模的工作原理

斜井滑模的工作原理即借助液壓爬升牽引系統帶動模板逐步滑動上升,可以使混凝土連續澆筑,混凝土澆筑與滑模提升交替進行,直到混凝土澆筑完畢。

3.2 滑模結構的組成

滑模主要由滑模模體系統、牽引系統、運料小車系統三大部分組成，用LSD連續拉伸式液壓千斤頂沿鋼絞線爬升提升滑模模體，鋼絞線與斜洞段的洞軸線平行。

3.2.1 滑模模體裝置

滑模模體主要由模架中主梁、上操作平臺、鋼筋平臺、模板平臺、抹面平臺、后吊平臺、滑模模板、前行走支撐及滾輪、后行走支撐及滾輪、抗浮花藍螺桿、支模花藍螺桿、受力花藍螺桿、糾偏液壓千斤頂、支模環形框架、中心框架等部件組成。模架中主梁長度為15 m， 截面長×寬=2 m×2 m，整體主要是用角鋼和槽鋼等型鋼焊接而成的桁架結構。

上操作平臺、鋼筋平臺、模板平臺、抹面平臺和后吊平臺均為型鋼焊接構件，通過M16×50 mm螺栓與模架中主梁連接，其上滿鋪鋼跳板或木跳板。上操作平臺用于遞運材料、澆筑混凝土以及對下層操作空間起安全防護作用；鋼筋平臺用于堆放鋼筋和綁扎鋼筋，模板平臺用于擱置模板，抹面平臺用于修整墻面，后吊平臺用于檢修和施工后的處理工作。

滑模模板擱置在模板平臺上。整個模板為橢圓形，上口大、下口小，錐度為8‰。滑模模板通過支模花籃螺桿與支模環形框架連接，拔模錐度可以通過支模花籃螺桿調節，通過抗浮花籃螺桿可以防止模板在混凝土澆筑時上浮，確保施工質量。

支模環形框架和中心框架使用型鋼焊接而成的框架結構，中心框架通過螺栓與模架中主梁緊固連接；支模環形框架外側通過支模花籃螺桿與模板連接，內側通過糾偏液壓千斤頂和受力花藍螺桿與中心框架連接。

糾偏千斤頂共兩個，用于糾正模體偏移。一旦糾偏工作完成，通過受力花籃螺桿鎖住模板位置。

3.2.2 牽引機具及設施

牽引機具及設施主要由預應力鋼絞線及連接器、穿心式液壓千斤頂、液壓控制站、P38行走軌道組成。

預應力鋼絞線直徑為15.24 mm，規格為15-7A5。整個滑模采用兩根鋼絞線進行提升作業，鋼絞線錨固端錨深為15 m， 錨固水泥漿水灰比為0.4。通過受力計算得知，滑模最大提升拉力為700 kN，鋼絞線強度滿足滑模混凝土施工規范要求。

滑模軌道采用P38型鋼軌，軌道支撐為“人” 字形普通桁架，施工速度較快，整體結構可靠、穩定。滑模前行走機構滑過軌道連接節點后，拆除其下邊一節。

滑模提升的前卡式穿心液壓千斤頂型號為YCQ250型(額定油壓50 MPa)，共兩個；1臺JZMB1000液壓泵站(主頂油路31.5 MPa，夾持油路10 MPa)、1套JZKC-6控制系統及高壓油管。

3.2.3 運料小車系統

運料小車系統主要由10 t變頻雙繩雙筒卷揚機、鋼絲繩、限載裝置、平衡油缸及鋼結構運料小車組成。10 t變頻雙繩雙筒卷揚機配6×19 絲、準32(鋼芯)鋼絲繩牽引鋼結構運料小車，小車質量為4.5 t，10 t卷揚機布置在井口平地上。

滑模組成情況見圖1。

4 滑模分析與計算

4.1 荷載計算

圖1 滑模組成示意圖

(1)整個滑模系統重量G=19 383.148 kg；

(2)模板總面積S=周長×高=24.686×1.2≈29.623(m2)；

(3)考慮施工人員及設備荷載(取q施max=

2.5 kN/m2)、鋼模板與混凝土的摩阻力(取q摩max=3 kN/m2)、傾倒混凝土時模板承受的沖擊力

(取q傾max=4 kN/m2)，這些荷載沿斜井軸線方向的分荷載為：q=q施max×sin53.8°+q摩max+q傾max×cos53.8°=2.5×sin53.8°+3+4×cos53.8°≈

7.367(kN/m2)；

(4)滑模系統的總牽引力F為：

F=G·sin53.8°+q·S=19 383.148×sin53.8°+736.7×29.623≈37 349.166(kg)≈37.349(t)。

取1.5倍的安全系數，設計總牽引力按60 t計算。

4.2 鋼絞線驗算

鋼絞線A15.24 mm的最小破斷拉力為250 kN，每束鋼絞線由4根組成，共兩束、8根，總破斷拉力=250×8=2 000(kN),故鋼絞線安全系數k=2 000/600=3.33。

4.3 滑模模板的強度和剛度計算

滑模模板的結構組成為：面板為4 mm厚Q235鋼板，豎向次肋為100×4 mm鋼帶(間距ly=700 mm)，橫向主肋和橫邊框均為12號熱軋槽鋼(間距ly= 350 mm) ，豎邊框為126 mm×10 mm鋼帶。

4.3.1 面板的計算

鋼面板與主次肋采用斷續焊焊接成整體，鋼面板被分成若干矩形方格，根據矩形方格長寬尺寸的比例，可以把鋼面板當作單向板或雙向板計算。當長寬比大于2時，單向板可按三跨或四跨連續梁計算；當長寬比小于2時，按四邊支承在縱橫肋上的雙向板計算。該滑模模板按雙向板設計，澆筑混凝土時，模板面板主要承受水平荷載q2。

4.3.2 強度驗算

式中Mmax為板面最大計算彎矩設計值(N·m)；rx為截面塑性發展系數，rx=1；Wx為彎矩平面內凈截面抵抗矩(mm3)；σmax為板面最大正應力；f為面板抗拉強度設計值(取f=215 N/mm2)。

選面板小方格中最不利情況進行計算，即三面固定，一面簡支(短邊)。

-0.114 6，KM2=0.009 9，KM2=0.053 4，最大撓度系數Kf=0.004 63。

取1 mm寬的板條為計算單元，荷載q2=8.1 kN/m2。

q=8.1×10-3×1=8.1×10-3(N/mm)

求支座(肋)處彎矩：

求跨中彎矩：

鋼板的泊松比ν=0.3，需換算：

4.3.3 撓度計算

式中q為滑模模板所承受的水平荷載(q=8.1×10-3N/mm)；h為計算面板的短邊長度(h=ly=350 mm)；B0為構件的剛度。

式中 E為鋼材的彈性模量，取E=2.06×105(N/mm2)；h2為鋼板厚度，h2=4mm；ν為鋼板的泊松系數，ν=0.3；Kf為撓度計算系數，Kf=0.004 63；Vmax為板的計算最大撓度。

[v]=h/500=0.7 mm>0.47 mm，滿足要求。

5 結 語

施工程序及安全分析計算表明：斜井滑模能夠連續不間斷滑升，受力結構合理；滑模體積小、提升力大并可控制出力。現場澆筑混凝土運行實踐說明：該系統能夠連續不間斷運行、設備性能穩定、施工效率高、縮短了施工工期；襯砌后的形體測量結果表明：成型尺寸準確，外觀質量好，符合規范要求，可以推廣應用。

鄭宗權(1968- )，男，湖北荊門人，項目總工程師，工程師，從事水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

2017- 04- 10

TV7;TV52;TV554;TV544

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1001- 2184(2017)04- 0046- 03