水電站廠房流道異形曲面模板的制作及應(yīng)用

李 永 山， 楊 彪

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

犍為航電樞紐總庫容為2.27億m3，總裝機(jī)容量為500 MW，為河床式水電站，閘壩式擋水建筑物，Ⅲ級(jí)船閘(單級(jí))通航1 000 t級(jí)船舶。發(fā)電廠房內(nèi)安裝9臺(tái)貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為55.6 MW。由于發(fā)電機(jī)組提供的廠家不同，有不同的設(shè)計(jì)形式，發(fā)電廠房尾水流道由錐管段和多段方圓變化的擴(kuò)散段組成，多段圓轉(zhuǎn)方曲面為混凝土結(jié)構(gòu)，上游接尾水管鋼襯管，下游漸變?yōu)榉叫纬隹冢愋吻娴牟糠州^多。

由于尾水流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工困難且其為施工的關(guān)鍵線路，為減少尾水流道發(fā)電時(shí)的水頭損失，設(shè)計(jì)要求流道體型必須準(zhǔn)確且混凝土表面光滑。筆者從異形曲面定型鋼模板設(shè)計(jì)、模板加工精度控制和尾水管模板使用等幾個(gè)方面進(jìn)行了闡述，旨在提高模板的外觀平整度。

2 流道異形曲面模板的制作

2.1 尾水流道建模

根據(jù)發(fā)電廠房尾水流道結(jié)構(gòu)形式建立尾水流道模型，設(shè)計(jì)并制作尾水流道定型鋼模板。根據(jù)發(fā)電廠房尾水流道的幾何組成對流道進(jìn)行劃分，主要將其劃分為尾水異形圓弧部分及平面部分，對流道異形圓弧段模板進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括錐管段、與方變圓擴(kuò)散段的圓弧部分，尾水管圓變方平面部分采用組合鋼模板螺栓連接拼裝，形成整體結(jié)構(gòu)。

根據(jù)流道結(jié)構(gòu)形式，為滿足模板便于人工拆裝的要求，將鋼模板設(shè)計(jì)為拼裝式小模板連接，模板設(shè)計(jì)重量為單塊不大于50 kg；為便于與普通鋼模板模數(shù)匹配，模板尺寸最大為750 mm×1 500 mm，從而構(gòu)成流道整體模板，有效地降低了模板安裝及模板拆除工序的施工難度，有效保證了模板的整體性。根據(jù)該原則對流道模型進(jìn)行了劃分，按照順?biāo)鞣较驅(qū)⒛０鍎澐譃閷挾葹?50 mm的模板帶，然后用垂直于切面的面將模板切割為弧長不大于1 500 mm的小模板，其模型如圖1所示。

2.2 流道模板的制作

根據(jù)模型受力情況計(jì)算分析并選擇模板主板的材料。以犍為航電樞紐發(fā)電廠房為例，選擇模板主板為3 mm厚的鋼板，模板面背部肋板為厚3 mm，寬60 mm的鋼板，法蘭、模板邊緣肋板為厚8 mm，寬60 mm的鋼板；模板邊緣肋板處兩孔之間均加三角板。

圖1 流道建模示意圖

由于尾水流道圓弧段曲率較大，為保證模板的精確，需要采用大塊鋼板成型后再分割為小模板的方法進(jìn)行制作。由于尾水流道的長度大部分超過20 m，因此，模板分割時(shí)分割縫的寬度不可忽略，需要通過計(jì)算平衡模板分割時(shí)的誤差。若流道長度方向分縫為n條，分縫寬度為a，流道實(shí)際長度為l，流道模板的建模長度為L，則L=l+na。若流道圓弧方向分為m條，分縫寬度為a，流道圓弧部分半徑為r，流道模板圓弧建模半徑為R，則R=r+ma/2π。另外，流道的頂板模板還需考慮預(yù)拱度。

模板零部件加工及模板焊接時(shí)，由于模板面板較薄，模板在零部件安裝焊接時(shí)非常容易受到溫度應(yīng)力的影響而發(fā)生模板翹曲、預(yù)拱度改變等問題而影響到模板的精度。為減小焊接溫度應(yīng)力的影響，在采用有限元進(jìn)行分析后，按先焊接模板邊緣肋板，再焊接模板橫向肋板的方式進(jìn)行焊接，邊緣肋板采用全焊接，肋板與肋板之間采用全焊接，橫向肋板與模板面板之間的焊接采用跳焊的方式進(jìn)行焊接，以盡量減少溫度應(yīng)力的影響。

模板全部制作完成后進(jìn)行預(yù)拼裝并進(jìn)行模板校正，對模板進(jìn)行調(diào)整，以保證模板的精度。

最后對模板進(jìn)行刷漆，按流道長度方向和圓弧長度方向標(biāo)識(shí)編號(hào)并做出廠合格驗(yàn)收。

3 流道異形曲面模板的安裝與拆除

3.1 現(xiàn)場施工準(zhǔn)備

模板制作完成后在現(xiàn)場進(jìn)行模板校核，待其滿足要求后方可進(jìn)場使用。模板使用前，還需對流道施工進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，對于流道中心線以下的部分模板需要根據(jù)澆筑層進(jìn)行分層安裝；對于流道中心線以上的部分模板進(jìn)行一次性安裝分層澆筑。鋼筋需要在鋼筋加工廠集中加工并編號(hào)使用。施工前做好測量定位工作，施工準(zhǔn)備完成后進(jìn)行模板的安裝。

3.2 流道異形模板的安裝

(1)流道中心線以下部分異形模板的安裝。

流道中心線以下根據(jù)澆筑分層厚度進(jìn)行模板的安裝。首先進(jìn)行流道中心線以下流道異形部分的模板安裝；模板安裝采用測量定位，從鋼襯段往尾水出口方向依次按編號(hào)安裝，采用M12螺栓進(jìn)行模板間的連接；模板安裝過程中，對模板順?biāo)鞣较虿捎忙?8鋼管進(jìn)行外撐加固以連成整體，圓弧段采用1/4圓弧固定背架進(jìn)行加固。

(2)流道豎直直面段模板的安裝。

流道豎直直面段的模板采用平面組合鋼模板，平面組合鋼模板的尺寸為300 mm×1 500 mm，可以與定型鋼模板配合使用，平面鋼模板的安裝需要注意與定型鋼模板的拼接，在拼裝之前，需要在兩種模板的法蘭面接縫處貼止?jié){條并保證拼接完好。

(3)流道中心線以上部分的模板安裝。

流道為軸對稱結(jié)構(gòu)，尾水流道中心線以上部分的模板結(jié)構(gòu)與下部相同。尾水流道上半部分的模板采用滿堂腳手架作為支撐結(jié)構(gòu)。對于流道中心線以上結(jié)構(gòu)的施工，采用模板、鋼筋一次性安裝完成、混凝土分層澆筑的方法進(jìn)行施工。流道頂板根據(jù)施工荷載計(jì)算出預(yù)拱度，在腳手架上部安裝可調(diào)頂托進(jìn)行調(diào)節(jié)定位，以保證上部模板安裝的準(zhǔn)確性。上部異形段的模板安裝與下部相同，從鋼襯段往尾水出口方向依次按編號(hào)安裝，采用M12螺栓進(jìn)行模板間的連接，模板安裝過程中，對模板順?biāo)鞣较虿捎忙?8鋼管進(jìn)行外撐加固連成整體，圓弧段采用1/4圓弧固定背架進(jìn)行加固。

(4)流道頂板平面段模板的安裝。

流道頂板平面段采用3015組合鋼模板進(jìn)行拼裝。由于上部頂板平面段為三角形平面，僅采用組合鋼模板無法形成完整的閉合平面，模板拼裝完成后會(huì)留下小的三角形空隙。因此，必須采用定制的三角形模板進(jìn)行連接。

3.3 模板的拆除

底模拆除的順序根據(jù)后裝先拆的原則進(jìn)行拆除。首先需要拆除尾水流道門楣側(cè)面的模板及底模，之后拆除頂板平面段的模板，最后拆除異形曲面段的模板。模板拆除時(shí)要逐塊調(diào)整腳手架可調(diào)頂托后進(jìn)行模板的拆除，嚴(yán)禁一次性拆除模板及腳手架。

4 流道異形曲面模板的應(yīng)用效果

依托犍為航電樞紐發(fā)電廠房的施工，通過采用該模板進(jìn)行尾水流道混凝土施工，成功克服了尾水流道施工中存在的問題，與傳統(tǒng)施工工藝相比，提前了工期，提高了施工效率，減少了大量木材的使用，尾水流道外觀質(zhì)量較好，達(dá)到了優(yōu)質(zhì)工程外觀質(zhì)量的相關(guān)要求。該發(fā)電廠房流道異形曲面模板的使用提升了工程形象，保障了施工安全，降低了成本，在加快施工進(jìn)度方面具有重要的作用。