滑模平臺在抽水蓄能電站調壓井固結灌漿中的運用

鄢 銳，胡應洪，姚江濤

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

上游調壓井是深圳抽水蓄能電站項目中的重難點工程，布置在引水隧洞Y1+538.342右側15m處，為帶上室的阻抗式調壓井，井深138m，其中大井襯砌后直徑為16.0m、高度為71.0m，小井襯砌后直徑為9.5m、高度為67.0m。上游調壓井處地形較完整，地表坡積層及全風化土厚度2.5m～13.0m，植被茂盛，未發現滑坡、崩塌等不良地質現象，在自然條件下山坡山體穩定性良好。

2 方案對比

調壓井固結灌漿施工一般都是采用搭設滿堂腳手架，然后再搭設施工平臺進行施工。然而根據深圳抽水蓄能電站的實際情況：調壓井混凝土襯砌采用滑模進行施工完成，固結灌漿施工工期直接影響發電工期，而調壓井固結灌漿施工又面臨著施工工期短、施工難度大、臨建工作復雜等技術難題，同時還面臨著因趕工而資源投入大等其他難題。若采用常規的施工方法，可能很難保證固結灌漿施工工期。

經過初步計算搭設排架需要大約200t鋼管和扣件，大批量鋼管的購買或租賃，需要大量資金和時間；同時，排架的搭設也需要大量的人力資源，且滿堂腳手架的搭設還需要大約一個多月的施工工期，在工期非常緊張的情況下，采用搭設滿堂排架進行施工很難滿足工期要求；排架的搭設和固結灌漿施工又同時進行，交叉施工干擾大、安全風險更大。搭設的施工排架較高，在交叉作業的情況下排架的穩定性很難保證；排架自重及施工荷載集中在阻抗孔水平混凝土面上，可能會對混凝土表面造成一定程度的破壞。故搭設滿堂排架進行固結灌漿不是較為理想的施工方法。

調壓井井筒段混凝土澆筑采用滑模進行施工，在施工過程中，操作簡單，且未出現一起安全事故。如果能采用滑模平臺作為灌漿施工平臺進行施工，不僅對滑模平臺及絞車設備進行了二次利用，節約了大量的施工成本，而且安全系數較高、改造工期短、便于操作。故采用滑模平臺作為灌漿施工平臺進行固結灌漿施工較為理想。

3 優化方案設計

為解決滑模平臺怎樣改裝才能達到安全、施工簡便的效果這一難題，我們專門成立了技術攻關小組，對這一問題和不可預見性風險進行詳細分析。經過縝密的考慮，為了能達到安全、高效、經濟和科學的目的，制定如下方案。

3.1 施工布置

施工布置剖面和平面示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 施工剖面示意

圖2 施工平面示意

3.2 滑模平臺改裝灌漿施工平臺

本工程調壓井采用液壓滑模進行施工，上下直徑不同的兩部分分別采用曲率不同的兩套面板模板，滑模架體通用。

輻射桁架梁主要由貝雷桁架和連接銷軸組成。貝雷桁架是用槽鋼、鋼管和鋼板焊接成的結構件，貝雷桁架的上邊承受壓力，下邊承受拉力，它具有極大的剛度，確保整個滑模中間平臺的剛度和強度。輻射桁架梁的一端與中心鼓圈連接，另一端與提升架連接，上面安裝中心平臺龍骨，鋪設中心平臺板。

中心鼓圈是調壓井滑模的核心受力部件，具有極其重要的作用，整個滑模的強度、剛度和安全性均與它有關。中心鼓圈主要起平衡輻射桁架梁傳遞過來的向心力和承受中心旋轉布料機構的壓力的作用。中心鼓圈主要由鋼板、連接耳板、槽鋼和鋼管焊接而成，上端與周向均布的輻射桁架梁連接，下端與周向分布下拉弦桿連接，內側安裝有調平機構的調平靶座和對心線錘。鼓圈內部上下各有一個平臺。

灌漿施工平臺利用混凝土澆筑滑模骨架作為施工平臺進行施工。首先拆除千斤頂和提升架；再拆除滑模模板及下料平臺。平臺吊點采用φ30圓鋼彎制而成，與1組貝雷桁架主骨架焊接。在滑模平臺底部鋪設木板，周邊用φ48mm鋼管搭設一層施工防護平臺，高度為2m，寬度為2.5m，間距為2.5m×1.0m。設置不小于18cm高度的擋腳板，防止平臺上的材料、工器具等墜落。

施工平臺在上升和下降過程中，為防止對已澆筑的混凝土井壁產生傷害，且減小提升時的摩阻力，故采取在平臺的周圍安裝橡膠小滑輪。而井壁對施工平臺的側壓力通過16根輻射梁桁架傳到中心鼓圈上相互抵消平衡。

滑模改裝前后圖示對比如圖3、圖4所示。

圖3 滑模改裝前

圖4 滑模改裝后的灌漿施工平臺

3.3 灌漿施工平臺的總荷載

3.3.1 小井灌漿施工平臺荷載計算

(1)設備重量：鉆機26kg/臺，數量2臺，總計0.052t。

(2)鉆桿重量：總計0.05t(1m、2m、3m、4m、5m、6m各2根)。

(3)灌漿塞重量：5kg/個，每班施工期間允許放置10個，總計0.05t。

(4)人員重量：12人，每人80kg，總計0.96t。

(5)搭設鋼管重量(包括扣件及鋪設木板)：橫向總共需要42根6m的鋼管，豎向需要40根2m的鋼管，橫向兩排中間連接需要20根1.5m的鋼管，已知鋼管的重量為0.00384t/m，鋼管重量總計為：1.39t。需要各類扣件重量總計為0.16t。需要鋪設1.5m×2m木板13張，重量總計為0.0975t。

(6)其他零星材料：包括水泥2包，機械器具等總計0.1t。

(7)小井灌漿施工平臺自重：2.8t(根據滑模廠家提供數據)。

經上面計算可知，小井灌漿施工平臺總重量為5.66t，按照6t計算，施工平臺起吊采用5個5t廠家定制的鋼絲繩手動葫蘆進行提升。

3.3.2 大井灌漿施工平臺荷載計算

(1)設備重量：鉆機26kg/臺，數量4臺，計0.104t。

(2)鉆桿重量：總計0.05t(1m、2m、3m、4m、5m、6m各2根)。

(3)灌漿塞重量：15kg/個，每班施工期間允許放置15個，總計0.225t。

(4)人員重量：15人，每人80kg，總計1.2t。

(5)搭設鋼管重量(包括鋪設木板)：橫向總共需要54根6m鋼管，豎向需要68根2m的鋼管，橫向兩排中間連接需要34根1.5m的鋼，已知管鋼管的重量為0.00384t/m，鋼管重量總計為1.96t。需要各類扣件重量總計為0.24t。需要鋪設1.5m×2m木板23張，重量總計為0.1725t。

(6)其他零星材料：包括水泥兩包，機械器具等總計0.1t。

(7)灌漿施工平臺自重：5t(根據滑模廠家提供數據)。

經上面計算可知，大井灌漿施工平臺總重量為9.05t，按照10t計算，施工平臺起吊采用10個5t廠家定制的鋼絲繩手動葫蘆進行提升，人員上下采用原有的絞車吊籠進行上下。

4 受力計算

4.1 鋼絲繩受力分析

根據《水電水利工程施工通用安全技術規程》(DL/T 5370-2007)規定，載人鋼絲繩安全系數不得小于14。本工程鋼絲繩選用直徑20mm，公稱抗拉強度為1870N/mm2的5×19鋼絲繩。

單根5×19鋼絲繩S極限=KRd2=0.355×1870×202=255288N。

上式中：K——破斷拉力系數；R——公稱抗拉強度；d——鋼絲繩直徑(mm)。

小井最大荷載W=60000N，大井最大荷載W=100000N

小井采用5根鋼絲繩起吊：

安全系數N=n(S/W)=5×(255288/60000)=21.274>14。

大井采用10根鋼絲繩起吊：

安全系數N=n(S/W)=10×(255288/100000)=25.529>14。

上式中：S——鋼絲繩極限工作拉力；W——最大荷載；n——鋼絲繩根數。

經計算，20mm鋼絲繩滿足要求。

4.2 插筋受力分析

在混凝土澆筑過程中預埋長1.5mφ30圓鋼插筋，插筋與結構鋼筋及系統錨桿焊接，具體布置詳見圖5。

圖5 插筋預埋示意

φ30圓鋼抗拉強度為340MPa～500MPa，截面積為706.5mm2，圓鋼可承受極限拉力F=F′×D=340×706.5=240210N>60000/5N(100000/10N)，抗拉滿足要求。F′——圓鋼抗拉強度；D——截面積。

4.3 平臺吊耳受力分析

平臺吊點采用φ30圓鋼彎制而成，與1組貝雷桁架主骨架焊接，具體布置詳見圖6、圖7。

圖6 灌漿施工平臺俯視

圖7 灌漿施工平臺吊耳大樣

φ30圓鋼抗拉強度為340MPa～500MPa，截面積為706.5mm2，圓鋼可承受極限拉力F=F′×D=340×706.5=240210N>60000/5N(100000/10N)，抗拉滿足要求。

4.4 焊縫強度分析

吊耳與輻射梁桁架80×50×3.5矩形鋼管以T形型式焊接，其抗剪強度計算及要求如下：

σ=N/(lw×t)≤ftw

式中：N——軸心拉力；lw——焊縫長度；t——腹板厚度；ftw——焊縫抗拉強度設計值，二級焊縫。

以小井施工平臺計算，單個吊耳軸心拉力N=12000N，焊縫長度lw=80×4=320mm，焊縫厚度t=8mm，ftw=310N/mm2，其強度計算如下：

σ=N/(lw×t)=12000/(320×8)=4.68<310N/mm2，焊縫強度滿足要求。

5 施工平臺提升方法

每個焊接完成桁架上固定兩根鋼絲繩，一根主受力鋼絲繩，一根安全保護鋼絲繩。主受力鋼絲繩一端固定在預埋工字鋼三角撐上，另外一端連接預埋插筋，用于懸掛手拉葫蘆；保護鋼絲繩的一端也固定在預埋工字鋼三角撐上，另一端則通過繩卡固定在滑模平臺的主桁架梁上。在滑模平臺提升之前，先確定提升距離，每次提升的距離約2m～3m，最好不要超過3m。確定好提升距離后，首先在保護鋼絲繩上調整好相應距離后用繩夾鎖住，接著拉動手拉葫蘆向上移動，直到移動到預定距離后卡死，然后再解開安全鋼絲繩上的繩夾，再調整相應的距離后鎖住，再拉動手拉葫蘆向上移動到相應位置，依此類推，直到整個施工平臺上升到能滿足施工的位置上。這時，主鋼絲繩和保護鋼絲繩就共同承受外加荷載。

注意事項：灌漿施工平臺上升時，操作人員均勻分布在施工平臺四周，由專人指揮，同時拉動鋼絲手動葫蘆緩慢上升，在施工平臺設置簡易平衡裝置，施工平臺上升時保持水平，傾斜不得超過5mm，發現偏差時，在專人的指揮下，及時調整水平。施工平臺上升到達指定位置時，采用鋼絲葫蘆自帶的鎖定裝置及繩卡，及時鎖定，并在平臺設置4個水平方向支撐點，向混凝土墻面撐住，以固定平臺避免出現平臺旋轉和晃動，經檢查確定安全后，方可施工。

在施工過程中，人員上下及材料的吊運采用原有滑模襯砌時絞車吊籠進行上下。

6 安全保證措施

(1)調壓井固結灌漿施工均在滑模平臺上進行，為確保施工安全，施工平臺必須保證水平，所有承重連接部位均連接牢靠，平臺外側設防護欄和安全網；

(2)每個進入施工平臺的施工人員，必須配備安全繩、佩戴安全帶；

(3)滑模平臺上的施工荷載應符合設計要求，不得超載；

(4)定期檢查鋼絲繩、手動葫蘆，絞車系統，并做好相關記錄；

(5)施工方案與安全技術措施同步進行，確保施工的安全；

(6)注意施工用電安全，遵守安全用電規程，線路架設規范，井內照明采用低壓照明，其布置滿足現場施工需要；

(7)嚴格遵守各種設備的操作規程，不得違規操作，避免機械事故；

(8)絞車房區域必須劃分警戒線和警示標志，閑雜人員不得入內；

(9)高空作業時，嚴格遵守高空作業的各項安全規程及操作制度，并隨時注意作業區域的安全情況以確保安全；

(10)井下作業時，嚴格遵守安全操作規程及井下作業的各項規章制度，嚴禁帶火機、火柴下井，井下嚴禁吸煙，撥打手機；

(11)對作業人員進行安全操作技術交底，嚴格按設備的使用說明書進行操作和日常的維護保養，嚴禁違章操作。

7 結語

滑模平臺作為調壓井灌漿施工平臺，在深圳抽水蓄能電站調壓井固結灌漿施工中未出現任何異常情況，圓滿地完成了整個施工任務。得到了業主、監理、設計及同行單位的認可并推廣?；Ｆ脚_在調壓井豎井灌漿中的成功運用證明，滑模平臺作為一種新的施工平臺，無論是經濟方面、施工工期方面，還是安全操作等方面都優于滿堂排架施工平臺。在使用滑模平臺進行施工時，需要注意以下幾點：

(1)施工前，要對現場的實際情況進行認真分析研究，選擇適合工程本身的施工方式；

(2)綜合考慮施工中的不利因素，要盡量避免不利因素對施工的影響；

(3)灌漿施工平臺在提升過程中，必須派專職安全員觀察平臺是否保持水平，如果發生傾斜，必須馬上停止提升，待施工平臺調整到水平后，方能繼續提升；

(4)人員上下采用絞車吊籠，必須由專人指揮，保證人員的統一和協調；

(5)調壓井井口及井中墻壁上安裝攝像頭，與絞車房顯示屏同步，便于絞車房操作人員、項目部管理人員及時了解情況；

(6)編制相應的應急措施和特殊情況處理措施。