長線型空間扭曲賽道結構噴射混凝土施工特點研究

陳世林，彭輝

（上海寶冶冶金工程有限公司，上海201999）

1 引言

國家雪車雪橇中心賽道為國內首條、亞洲第三條高強度雙曲面雪車雪橇賽道。賽道形狀為非常罕見的長線型空間扭曲結構，整體呈蜿蜒起伏，設計總長度1 975m，最大垂直落差121m，最大滑行速度134.4km/h，加速度4.7g，由16 個不用曲率彎道，劃分為54 段長度不等的制冷單元組成（見圖1）。賽道任意剖面的高度、寬度、角度、弧度和空間坐標點均不同。

賽道由骨架和噴射混凝土構成，為典型的半封閉空間雙曲面薄殼體結構（見圖2），采用國內首次結構混凝土噴射和成型技術。賽道噴射密實度直接決定賽道能否通冷制冰和正常比賽，賽道內曲面成型精度和平滑度均為毫米級，成型精度直接決定運動員的高速滑行安全。賽道成型實體如圖3 所示。

圖1 國家雪車雪橇中心賽道整體形狀

圖2 賽道典型曲面殼體結構局部示意圖

圖3 賽道成型實體

2 施工特點研究

2.1 關鍵施工技術研究

通過對國內首條冬奧賽道設計要求、結構形式、施工精度和賽時功能等綜合分析，選用永久性結構噴射混凝土施工技術作為本工程的核心技術。相比其他混凝土施工技術而言，結構混凝土高壓噴射和成型技術具有現有施工技術無法實現的高精度、高密實、高強度和空間異型雙曲面成型等優勢。

該技術成套使用免拆模板即高強度柔性金屬織網安裝技術、三維曲面鋼筋安裝技術、異型模板安裝技術、高精度找平管安裝技術、賽道精加工成型技術等。多種技術的綜合運用形成整雪車雪橇賽道施工工藝。

2.2 其他輔助技術研究

賽道為三維空間雙曲面結構，賽道材料數據提取、計量、管理、方案制定和技術交底現有方式無法實現。利用BIM 參數化建模技術建立賽道骨架、模板、外觀等全方位高精度的三維模型，為施工可行性提供重要支撐。

找平管為成型面過程精度控制的基準，利用BIM 參數化建模技術輔助測量并修正找平管安裝精度；借助全站儀測量找平管上表面均勻等分的測量控制點，將坐標值輸入BIM 模型比對各測量點的偏差值，實現混凝土成型前對賽道骨架找平管安裝精度的數據偏差分析和調整。

三維激光影像掃描技術和BIM 參數化模型相結合：通過三維影像掃描圖像與BIM 模型作點云比對，在混凝土成型面未凝固前對超差范圍進行快速檢測并指導定量修復，確保賽道內曲成型點、線、面的空間毫米精度。

2.3 噴射料加工生產工藝研究

加工廠特殊生產工藝研究：噴射干混料為噸包裝，噴射采用罐車運輸；結合賽道各段制冷單元長度和使用方量不同，噴射過程中為防止坍落度損失超出范圍，影響噴射料的抗流掛性、填充型和可泵送性，加工廠單次攪拌方量和罐車單次盛裝方量為1～6m3不等。采用對預混干料進行定量自動攪拌工藝，加工廠的上料和攪拌方式為間隔連續式，單次攪拌方量額定為1m3，通過定量多次攪拌來實現不同需求方量的精確供應。

加工廠特殊工藝流程為：叉車運輸噴射噸包料→料包受料口完成干料開袋→提升料斗→提升至攪拌主機上方→釋放預混干料至攪拌主機內→自動加水→定時攪拌→自動出料至攪拌罐車→循環加工至需求單次盛裝方量→罐車運輸至現場各制冷單元噴射機[1]。

2.4 噴射設備選型

賽道結構噴射為國內首次，且為賽道外觀成型和功能實現的核心關鍵。需選擇適用賽道人工噴射成型的設備，結合噴射料的施工性能、可操作性、噴射工藝滿足、噴射成型體的密實度和內在質量，先后對6 種國內外濕法噴射設備進行試噴選型。通過綜合設備泵送流量、泵送壓力、允許泵送最大粒徑、動力、料缸尺寸、脈沖頻率、出料均勻性、機械性能、易于操作等各種因素考慮，選用德國普茨邁斯特TK50 噴射機。

設備突出特點：柴油動力強勁，可滿足賽道連續噴射不間斷和高壓高速的特點；噴射脈沖間隔時間長，便于噴射手實現連貫噴射操作；推送材料缸直徑大，單次液壓缸推送速度一定，單位時間材料吐出量大且噴出速度快，有利于噴射料在骨架交織結構間的填充密實度和自身強度；噴射末端反沖力均勻可控，滿足人工噴射作業的穩定性和可行性[2]。

2.5 賽道混凝土施工專用氣候防護棚

為保證賽道混凝土每段制冷單元長時間連續施工的質量、連續性、有限作業時間的固定和抵御外界復雜氣候環境；賽道每段制冷單元均搭建噴射專用氣候防護棚（見圖4），將整段制冷單元包裹，營造相對封閉的空間，保證賽道噴射施工和養護期間棚內的溫度和濕度處于相對穩定和科學的工藝參數之內。棚內采用工業加濕器、暖風機升溫、不間斷灑水降溫加濕等措施使混凝土養護環境達到理想的狀態，同時，氣候防護棚可完全杜絕高壓噴射對環境污染[3]。

防護棚設計和安裝須滿足各段制冷單元不同長度、高度、曲率、坡地高差等客觀條件。

圖4 賽道氣候防護棚

3 結論

1）長線型空間扭曲賽道永久性結構噴射混凝土施工為國內首次，噴射料的施工性能掌握、賽道空間雙曲面殼體結構、長線型高精度成型和噴射體自身承擔的功能需求等特點，需要在工程施工前和施工過程中對多方面的問題做論證和研究。

2）項目施工特殊性和特點為：骨架安裝和噴射成型技術、BIM 參數化建模和三維測量及激光影像掃描技術的結合、噴射料干混料的定量加工工藝、噴射料的選型須適合噴射料的性能和賽道噴射工藝、賽道噴射氣候防護棚的研究。

3）結合項目特點，通過新技術、新方法和新工藝的研究，完成國內冬奧場館設計和施工難度最高的賽道施工，該施工特點的研究可用于類似或相同項目的應用。