白鶴灘水電站左岸門槽二期混凝土懸吊式滑模系統的設計與應用

段 剛 強，倪 華 軍，姜 港

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鶴灘水電站左岸進水口采用岸塔式分層取水設計，攔污柵和閘門集中布置，共用一套啟閉設備。8個進水塔一字排開，單個塔體寬度為33.2 m，進水口前緣總寬度為265.6 m，順水流方向長33.5 m，依次布置攔污柵段、通倉段及閘門段。進水口底板高程736 m，塔基高程731 m，塔頂高程834 m，塔體最大高度為103 m，其中攔污柵槽、分層取水疊梁門槽、檢修門槽高度為98 m。每個進水塔設5孔攔污柵，5孔疊梁門，1孔檢修門槽，1孔快速門槽，門槽底坎高程為736 m，墩頂高程為834 m。攔污柵槽和疊梁門槽之間設置胸墻，胸墻底高程為795 m，頂高程為834 m。進水塔攔污柵槽、疊梁門槽、疊梁門儲門槽、檢修門槽、檢修門儲門槽及快速門槽二期混凝土標號為C40W10F100(一級配)。

通常情況下，水利水電工程的閘門門槽混凝土分兩期施工，即先進行一期混凝土施工并埋設門槽插筋，然后進行門槽的安裝及二期混凝土澆筑。對于門槽高度相對較低、單位高度混凝土體積小的工程采用搭設施工排架作為操作平臺、采用普通組合鋼模板立模進行門槽二期混凝土的澆筑；或在塔頂布置卷揚機提升整體模板進行門槽二期混凝土的澆筑；在門槽內布置溜管作為混凝土的入倉方式。而對于門槽高度達到100 m的門槽二期混凝土施工時，如采用搭設施工排架+組合模板的施工方案，其高排架需要反復拆裝和清理模板，安全風險大，施工人員勞動強度大，施工效率很低。如果采用卷揚機+整體提升模板[1]方案，則需要反復拆裝和清理模板、拆安溜管，施工人員勞動強度大，施工效率較低。因此，需要找尋一種新的施工方法。

2 施工方案比選

為解決高度達100 m的門槽二期混凝土施工難題，既要保證施工安全，又要降低施工人員的勞動強度，提高施工效率，可以采用混凝土連續澆筑的滑模施工工藝，從而需要研制出適用于超高門槽二期混凝土施工的滑模系統。該滑模系統施工需要考慮以下幾項內容：混凝土入倉系統、人員上下通行的載人系統、滑模支撐系統、抹面平臺設計、滑模提升系統及運行維護等。中國水電七局白鶴灘施工局的技術人員結合白鶴灘水電站左岸進水口門槽結構及特點并兼顧以上諸方面，設計出一種安全、高效的滑模施工系統。

以往的滑模施工主要采用溜管入倉方式，但溜管入倉方式存在的主要缺點為：施工過程中拆卸溜管，增加了勞動強度；溜管固定方式難度大，門槽內空間小且不易加固和維護，易造成溜管磨損漏料、安全風險大等。由于門槽二期混凝土采用滑模施工，具有澆筑連續性、入料時間間隙少、單位高度混凝土體積小、滑升速度快等特點，而入倉方式必須與之相匹配。技術人員結合門槽現場的布置及結構尺寸，創新選用龍門吊+吊罐的入倉方式，按照門槽單位上升高度所容納的混凝土體積制作吊罐。

進水塔門槽二期混凝土施工方案為：對于攔污柵槽98 m(高程736～834 m)、疊梁門槽98 m(高程736～834 m)和檢修門槽80 m(高程754～834 m)，其單孔門槽具有結構一致、門槽高度大等特點。對于這些部位門槽的二期混凝土采用滑模施工，混凝土入倉采用龍門吊+吊罐的方式。

3 懸吊式滑模系統設計方案

3.1 設計思路及要點

根據門槽二期混凝土結構的布置情況及特點，門槽二期混凝土滑模施工需考慮以下5個系統設計：模板及模板支撐系統設計、液壓滑模提升系統設計、混凝土下料系統設計、施工人員載人系統設計及施工人員作業通道和操作平臺設計。筆者針對以上5個系統設計進行了分析及研究。

(1)模板及模板支撐系統。門槽二期混凝土對稱布置在四個角上，需要在門槽與一期混凝土之間鏤空處設置模板，模板及支撐須滿足澆筑過程中剛度、強度及穩定性要求，需要設計一個主桁架及模板支撐系統。

通過模板系統結構受力計算得知，模板及模板支撐系統結構必須滿足模板及支撐系統荷載要求。模板與門軌、一期混凝土具有一定的搭接寬度，同時考慮到一期混凝土存在體型偏差，將模板與一期混凝土設計為軟搭接；模板高度結合混凝土初凝時間及施工效率設計為1.5～2 m。采用可調節絲桿作為模板支撐桿，模板需要實現前后左右四個方向調節，模板可調節前后的空間需滿足模板清理操作空間要求，一般為20～30 cm。

模板支撐系統設置在滑模主桁架上以抵抗混凝土的水平荷載，滑模主桁架既作為上部作業的操作平臺，又作為滑模提升的移動端。

(2)滑模提升系統。滑模施工具有的特點：混凝土澆筑、等強及滑模滑升依次進行，各工序連續進行、互相適應，需要設計滑模的提升系統。由于門槽二期混凝土倉內空間狹小且插筋多，無法采用在倉內埋設爬桿的方法，需要考慮千斤頂提升系統。

滑模提升系統[2]的主要裝置有：液壓工作站、液壓千斤頂與支撐桿。由于支撐桿無法埋設在二期混凝土內，故選用鋼絞線作為支撐桿。鋼絞線作為支撐桿的主要特點：施工中不需要再接桿，不需要埋設在混凝土內，可周轉使用。在千斤頂選型時，需結合鋼絞線匹配相應的千斤頂，千斤頂的數量結合門槽平面尺寸和滑模施工荷載確定。液壓工作站需要的千斤頂應滿足既能夠多個千斤頂同步提升，又能夠單個千斤頂單獨提升，從而有效控制滑模主桁架的平穩性。

(3)混凝土下料系統。由于門槽二期混凝土單位高度體積小，如果采用溜管下料，在施工過程中，溜管的頻繁拆除增加了勞動強度，影響了施工效率且對入料量不易控制，易造成下料多進而漫出倉外造成浪費料的情況發生。項目部技術人員結合門槽塔頂的布置情況，采用小型龍門吊+吊罐的方式進行二期混凝土入倉，龍門吊布置在門槽塔頂，單臺龍門吊可兼顧多個門槽入料，吊罐沿門槽預留孔從上至下將其吊運至澆筑位置。按照每次門槽入料的體積加工相應容量的吊罐，做到入倉和澆筑匹配，防止下料不可控而造成混凝土料的浪費。

(4)載人系統。門槽滑模的施工是沿著門槽從底部到頂部依次施工，而施工人員要進入到滑模上作業需要有一套安全可靠的載人系統。載人系統的限載人數、載重、尺寸、性能及安全穩定性等一定要與門槽尺寸和布置情況相結合，量身定制專門的載人系統。該載人系統優先選用高處作業吊籃，吊籃通過在塔頂布置的人字門架固定，施工人員從塔頂乘坐吊籃沿著門槽內上下到滑模主桁架上進行施工作業。

(5)滑模施工平臺。施工人員在滑模施工中需要完成的主要工作：下料、振搗、抹面、養護等。由于施工人員作業需要操作平臺，因此，至少需要設置兩層操作平臺，上層平臺用于下料、振搗、吊籃著陸，下層平臺用于抹面、養護、配電箱和液壓站安裝，上下兩層平臺設置鋼爬梯進行通行。

3.2 滑模系統的設計

白鶴灘水電站左岸進水塔攔污柵槽、疊梁門槽、檢修門槽、尾水檢修閘門門槽均采用懸吊式液壓滑模進行二期混凝土施工。對于該設計，筆者以進水塔檢修門槽為例進行介紹。進水塔檢修閘門槽平面尺寸為11 m×3.5 m(長×寬)，總高度為98 m。由于該門門楣以下與門楣以上門槽結構不一致，故僅有門楣以上門槽部分(80 m)采用滑模施工二期混凝土。

(1)模板及模板支撐系統的設計。模板面板采用δ=5 mm的鋼板制作，高2 m，采用10#槽鋼和∠50×5 mm的角鋼作為背肋，背肋間距20 cm。面板根據各澆筑面的澆筑體型制作成8塊，面板上沿10 cm處做150°翹曲處理以使滑模體在滑升過程中不受一期混凝土凸出面存在跑模影響。模板頂部與10#工字鋼梁采用Ф14圓鋼焊接連接，10#工字鋼梁懸掛在滑模主桁架的支架上，可以實現模板前后左右的調節，模板前后調節的距離為20～30 cm，模板左右調節的距離為5～15 cm。

模板支撐采用Ф32調節絲桿制作，單塊模板(寬度小于20 cm)設置3個調節絲桿，單塊模板(寬度大于20 cm)設置6個調節絲桿，調節絲桿前端設有托盤與鋼模板背肋接觸支撐，調節絲桿后端穿入滑模主桁架上的Ф48套管內，通過調節螺母與套管的松緊達到支撐的作用。

(2)滑模提升系統的設計。滑模支撐桿[3]采用Ф15.2有粘結鋼絞線(抗拉強度為1 860 MPa,簡稱鋼絞線)支撐和提升模體、滑模平臺及施工荷載；在滑模主桁架梁下倒裝布置千斤頂，在頂部平臺上設置鋼架平臺、牽引鋼絞線帶動滑模主桁架向上滑升，鋼絞線一次性接全長，塔頂設置雙夾具固定端，鋼絞線自然懸吊，滑模主桁架沿著鋼絞線向上爬升。

千斤頂選用型號為DYS15-200的同步提升液壓千斤頂[4]，設計承載能力為150 kN，計算承載能力為150 kN，單次張拉最大行程為200 mm。單套千斤頂具有兩個夾具，兩個夾具隨著油缸的活塞運動相互交替動作達到提升效果。液壓控制臺為小型液壓站，通過高壓油管與千斤頂相連形成液壓系統。通過滑模荷載計算，同時考慮滑模運行平穩、懸吊安全可靠，單套檢修門槽滑模配置了4臺千斤頂和4根鋼絞線。液壓工作站選用型號為ZB2×2-500的電動油泵(配一個四路油路分流器)，可控制4個千斤頂同步提升，亦可控制單個千斤頂提升。

(3)混凝土下料系統的設計。在高程834 m塔頂布置了一臺5 t龍門吊+吊罐用于檢修門槽二期混凝土入料，在檢修門槽四個角澆筑二期混凝土，單罐料體積滿足單側兩個角提升高度所需的混凝土量，經過計算，每次入料量為1.2 m3(兩個角，高度為80 cm),即吊罐容量為1.4 m3(考慮冗余量，其高度為15 cm)。

(4)載人系統設計。單個檢修門槽滑模配置一套高處作業吊籃(ZLP630)用于施工人員上下通行的載人工具，在高程834 m塔頂布置人字架作為吊籃固定端。高處作業吊籃(ZLP630)具有安全可靠、操作簡便、布置靈活、安拆快捷等特點。

(5)滑模施工平臺的設計。在檢修門槽高程834 m平臺設置了2根雙28#工字鋼作為支撐滑模施工所有荷載的起吊梁，起吊梁兩端擔在高程834 m平臺，在起吊梁上設置鋼絞線固定端。檢修門槽滑模上平臺采用角鋼加工成主桁架，其尺寸為10.4 m×3.3 m×1 m(長×寬×高)，滑模下平臺尺寸為10.4 m×1.5 m×1.2 m(長×寬×高)。滑模上下平臺臨邊設置高度為1.2 m的防護欄桿，上下平臺設置爬梯形成通道。

4 懸吊式滑模系統在門槽二期混凝土施工中的應用

4.1 滑模系統的安裝與拆除

為便于滑模系統的安裝與拆除，進水塔檢修門槽滑模主桁架、下平臺及起吊梁為整體吊裝，人字架及載人吊籃為整體吊裝；攔污柵槽和疊梁門槽滑模主桁架及下平臺為整體吊裝，人字架、載人吊籃及起吊梁平臺為整體吊裝；尾水管檢修門槽滑模主桁架、下平臺及起吊梁為整體吊裝。在起吊梁、滑模主桁架及載人吊籃就位后，從門槽頂部經起吊梁、主桁架、千斤頂及下平臺穿入鋼絞線，鋼絞線頂部采用雙夾具固定并采用千斤頂對鋼絞線進行預緊。

4.2 滑模系統的施工安全控制

(1)鋼絞線防斷防滑控制。門槽二期混凝土滑模系統選用Ф15.2有粘結型鋼絞線作為支撐桿。鋼絞線在安裝過程中不得有死彎折、不得有油污污染。鋼絞線頂部固定端采用雙夾具固定，同時在夾具上部鋼絞線處固定一個繩卡。另外，使用10#鋼絲繩繞過起吊梁與起吊梁以下的鋼絞線固定，防止鋼絞線在夾具處斷裂彈至滑模主桁架上。鋼絞線穿入滑模主桁架上、下平臺預留孔(Ф10 cm)，孔內采用橡膠皮保護，防止鋼絞線被主桁架平臺金屬板直接切割。

(2)滑模系統的防墜控制。滑模系統在運行過程中主要依靠千斤頂與鋼絞線附著單向爬升。為提高滑模系統的防墜安全保障系數，除千斤頂與鋼絞線懸吊措施外，在滑模主桁架上兩端各設置一根Ф18鋼絲繩，鋼絲繩的一端采用繩卡固定在滑模主桁架上，鋼絲繩的另一端采用卡環掛設在主桁架上部門槽插筋上，隨著滑模向上滑升，掛設在插筋上的鋼絲繩依次向上掛設，確保滑模系統的運行安全。該系統除鋼絞線懸吊固定外，還設有兩根鋼絲繩掛設，實現了雙保險措施，達到了防墜落控制的目的。

(3)載人吊籃的防墜控制。滑模施工中，采用ZLP630高處作業吊籃進行載人運輸。該載人吊籃自身配置有安全防墜裝置(安全鎖、穩繩、限位器等)；另外，在人字架上懸掛一根Ф18鋼芯尼龍安全母繩及防墜器，用于吊籃運行過程中將施工人員的安全帶掛在安全母繩防墜器上，旨在提高載人吊籃防墜的安全保障。

(4)千斤頂防卡阻控制。滑模提升系統的核心部件是千斤頂，該工程選用的千斤頂型號為DYS15-200。千斤頂有2個夾具隨著油缸活塞運動相互交替動作達到單向爬升的目的。千斤頂出現卡阻造成的主要危害：千斤頂夾片與鋼絞線不能退開而造成鋼絞線散股、拉斷。千斤頂防卡阻控制的主要措施：首先，在滑模主桁架上平臺、千斤頂底座、夾具上部采用橡膠板遮蓋粉塵(鋼絞線穿過橡膠板)；另外，在每次安裝千斤頂時，更換磨損嚴重的夾片，并在夾片與V型槽之間涂退錨靈；最后，在滑模運行過程中定期清理夾片雜質，補涂退錨靈；在提升千斤頂時，觀察千斤頂與鋼絞線的退開情況，一旦出現異常暫時提升千斤頂，及時處理故障。

4.3 門槽二期混凝土采用滑模施工取得的效果

通過對懸吊式滑模系統進行試驗和改進，白鶴灘水電站左岸進水塔攔污柵槽、疊梁門槽、檢修門槽、疊梁門儲門槽及尾水管檢修門門槽二期混凝土均采用懸吊式滑模系統施工。

門槽二期混凝土均采用橋機或龍門吊+吊罐進行混凝土入倉，門槽二期混凝土標號為C40W10F100(一級配)，采用緩凝型減水劑[5]混凝土澆筑，單班門槽二期混凝土滑模澆筑高度為2.5～3.5 m；而采用普通型減水劑混凝土澆筑，單班門槽二期混凝土滑模澆筑高度為4～7 m。

5 懸吊式滑模系統施工具有的優點

根據門槽結構、荷載及布置情況，懸吊式滑模系統可做個性化設計，能夠滿足施工安全、質量、成本及進度要求，其具有的優點如下：

(1)在100 m級高度的門槽二期混凝土施工中，采用滑模施工工藝設計出懸吊式液壓滑模系統。采用鋼絞線作支撐桿，施工中不需要安裝支撐桿；采用吊罐入倉，避免了溜管入倉安拆溜管的工作；混凝土連續澆筑，避免了分層立模的相互干擾，從而提高了施工效率，降低了勞動強度和人員投入。

(2)懸吊式滑模系統設計了雙重防墜措施，載人吊籃配置了安全母繩及防墜器，龍門吊+吊罐入倉設置了冗余高度及限位裝置，整個系統機械化和電氣化程度高，系統穩定、安全可靠。在千斤

頂提升過程中，操作人員可直接觀察滑模運行的平穩情況，達到了近距離可視化操作效果。

(3)根據混凝土自身性能及門槽結構特點，滿足澆筑振搗質量和收面質量要求，模板可實現前后左右四向調節，二期混凝土與一期混凝土面順接，施工靈活可控。

(4)載人系統、滑模系統、混凝土入料系統相對獨立，各系統安拆簡便、快捷。

6 結 語

在白鶴灘水電站左岸進水口閘門門槽和尾水管檢修閘門門槽二期混凝土施工過程中，施工局技術人員個性化設計、制造與應用了一種懸吊式液壓滑模系統，優化了混凝土入倉方式及載人系統。懸吊式滑模系統的研制與應用，為門槽二期混凝土施工降低了勞動強度，取得了施工安全可靠、質量保障、作業高效、成本節約的效果，對同類工程施工具有積極的推廣價值。