滑模平臺在抽水蓄能電站調(diào)壓井固結(jié)灌漿中的運(yùn)用

鄢 銳，胡應(yīng)洪，姚江濤

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

上游調(diào)壓井是深圳抽水蓄能電站項(xiàng)目中的重難點(diǎn)工程，布置在引水隧洞Y1+538.342右側(cè)15m處，為帶上室的阻抗式調(diào)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(diào)壓井處地形較完整，地表坡積層及全風(fēng)化土厚度2.5m～13.0m，植被茂盛，未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，在自然條件下山坡山體穩(wěn)定性良好。

2 方案對比

調(diào)壓井固結(jié)灌漿施工一般都是采用搭設(shè)滿堂腳手架，然后再搭設(shè)施工平臺進(jìn)行施工。然而根據(jù)深圳抽水蓄能電站的實(shí)際情況：調(diào)壓井混凝土襯砌采用滑模進(jìn)行施工完成，固結(jié)灌漿施工工期直接影響發(fā)電工期，而調(diào)壓井固結(jié)灌漿施工又面臨著施工工期短、施工難度大、臨建工作復(fù)雜等技術(shù)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(guī)的施工方法，可能很難保證固結(jié)灌漿施工工期。

經(jīng)過初步計(jì)算搭設(shè)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(shè)也需要大量的人力資源，且滿堂腳手架的搭設(shè)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(shè)滿堂排架進(jìn)行施工很難滿足工期要求；排架的搭設(shè)和固結(jié)灌漿施工又同時進(jìn)行，交叉施工干擾大、安全風(fēng)險更大。搭設(shè)的施工排架較高，在交叉作業(yè)的情況下排架的穩(wěn)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(shè)滿堂排架進(jìn)行固結(jié)灌漿不是較為理想的施工方法。

調(diào)壓井井筒段混凝土澆筑采用滑模進(jìn)行施工，在施工過程中，操作簡單，且未出現(xiàn)一起安全事故。如果能采用滑模平臺作為灌漿施工平臺進(jìn)行施工，不僅對滑模平臺及絞車設(shè)備進(jìn)行了二次利用，節(jié)約了大量的施工成本，而且安全系數(shù)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(jìn)行固結(jié)灌漿施工較為理想。

3 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

為解決滑模平臺怎樣改裝才能達(dá)到安全、施工簡便的效果這一難題，我們專門成立了技術(shù)攻關(guān)小組，對這一問題和不可預(yù)見性風(fēng)險進(jìn)行詳細(xì)分析。經(jīng)過縝密的考慮，為了能達(dá)到安全、高效、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)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(diào)壓井采用液壓滑模進(jìn)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(jié)構(gòu)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(qiáng)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(shè)中心平臺板。

中心鼓圈是調(diào)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(qiáng)度、剛度和安全性均與它有關(guān)。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(zhuǎn)布料機(jī)構(gòu)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(nèi)側(cè)安裝有調(diào)平機(jī)構(gòu)的調(diào)平靶座和對心線錘。鼓圈內(nèi)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(jìn)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(diǎn)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(shè)木板，周邊用φ48mm鋼管搭設(shè)一層施工防護(hù)平臺，高度為2m，寬度為2.5m，間距為2.5m×1.0m。設(shè)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(chǎn)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(cè)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(jì)算

(1)設(shè)備重量：鉆機(jī)26kg/臺，數(shù)量2臺，總計(jì)0.052t。

(2)鉆桿重量：總計(jì)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(jì)0.05t。

(4)人員重量：12人，每人80kg，總計(jì)0.96t。

(5)搭設(shè)鋼管重量(包括扣件及鋪設(shè)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(jì)為：1.39t。需要各類扣件重量總計(jì)為0.16t。需要鋪設(shè)1.5m×2m木板13張，重量總計(jì)為0.0975t。

(6)其他零星材料：包括水泥2包，機(jī)械器具等總計(jì)0.1t。

(7)小井灌漿施工平臺自重：2.8t(根據(jù)滑模廠家提供數(shù)據(jù))。

經(jīng)上面計(jì)算可知，小井灌漿施工平臺總重量為5.66t，按照6t計(jì)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(jìn)行提升。

3.3.2 大井灌漿施工平臺荷載計(jì)算

(1)設(shè)備重量：鉆機(jī)26kg/臺，數(shù)量4臺，計(jì)0.104t。

(2)鉆桿重量：總計(jì)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(jì)0.225t。

(4)人員重量：15人，每人80kg，總計(jì)1.2t。

(5)搭設(shè)鋼管重量(包括鋪設(shè)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(jì)為1.96t。需要各類扣件重量總計(jì)為0.24t。需要鋪設(shè)1.5m×2m木板23張，重量總計(jì)為0.1725t。

(6)其他零星材料：包括水泥兩包，機(jī)械器具等總計(jì)0.1t。

(7)灌漿施工平臺自重：5t(根據(jù)滑模廠家提供數(shù)據(jù))。

經(jīng)上面計(jì)算可知，大井灌漿施工平臺總重量為9.05t，按照10t計(jì)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(jìn)行提升，人員上下采用原有的絞車吊籠進(jìn)行上下。

4 受力計(jì)算

4.1 鋼絲繩受力分析

根據(jù)《水電水利工程施工通用安全技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5370-2007)規(guī)定，載人鋼絲繩安全系數(shù)不得小于14。本工程鋼絲繩選用直徑20mm，公稱抗拉強(qiáng)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(shù)；R——公稱抗拉強(qiáng)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(shù)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(shù)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(shù)。

經(jīng)計(jì)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(yù)埋長1.5mφ30圓鋼插筋，插筋與結(jié)構(gòu)鋼筋及系統(tǒng)錨桿焊接，具體布置詳見圖5。

圖5 插筋預(yù)埋示意

φ30圓鋼抗拉強(qiáng)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(qiáng)度；D——截面積。

4.3 平臺吊耳受力分析

平臺吊點(diǎn)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值，二級焊縫。

以小井施工平臺計(jì)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(qiáng)度計(jì)算如下：

σ=N/(lw×t)=12000/(320×8)=4.68<310N/mm2，焊縫強(qiáng)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(hù)鋼絲繩。主受力鋼絲繩一端固定在預(yù)埋工字鋼三角撐上，另外一端連接預(yù)埋插筋，用于懸掛手拉葫蘆；保護(hù)鋼絲繩的一端也固定在預(yù)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(hù)鋼絲繩上調(diào)整好相應(yīng)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(yù)定距離后卡死，然后再解開安全鋼絲繩上的繩夾，再調(diào)整相應(yīng)的距離后鎖住，再拉動手拉葫蘆向上移動到相應(yīng)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(hù)鋼絲繩就共同承受外加荷載。

注意事項(xiàng)：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(shè)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(fā)現(xiàn)偏差時，在專人的指揮下，及時調(diào)整水平。施工平臺上升到達(dá)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(shè)置4個水平方向支撐點(diǎn)，向混凝土墻面撐住，以固定平臺避免出現(xiàn)平臺旋轉(zhuǎn)和晃動，經(jīng)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(yùn)采用原有滑模襯砌時絞車吊籠進(jìn)行上下。

6 安全保證措施

(1)調(diào)壓井固結(jié)灌漿施工均在滑模平臺上進(jìn)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(cè)設(shè)防護(hù)欄和安全網(wǎng)；

(2)每個進(jìn)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(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，不得超載；

(4)定期檢查鋼絲繩、手動葫蘆，絞車系統(tǒng)，并做好相關(guān)記錄；

(5)施工方案與安全技術(shù)措施同步進(jìn)行，確保施工的安全；

(6)注意施工用電安全，遵守安全用電規(guī)程，線路架設(shè)規(guī)范，井內(nèi)照明采用低壓照明，其布置滿足現(xiàn)場施工需要；

(7)嚴(yán)格遵守各種設(shè)備的操作規(guī)程，不得違規(guī)操作，避免機(jī)械事故；

(8)絞車房區(qū)域必須劃分警戒線和警示標(biāo)志，閑雜人員不得入內(nèi)；

(9)高空作業(yè)時，嚴(yán)格遵守高空作業(yè)的各項(xiàng)安全規(guī)程及操作制度，并隨時注意作業(yè)區(qū)域的安全情況以確保安全；

(10)井下作業(yè)時，嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程及井下作業(yè)的各項(xiàng)規(guī)章制度，嚴(yán)禁帶火機(jī)、火柴下井，井下嚴(yán)禁吸煙，撥打手機(jī)；

(11)對作業(yè)人員進(jìn)行安全操作技術(shù)交底，嚴(yán)格按設(shè)備的使用說明書進(jìn)行操作和日常的維護(hù)保養(yǎng)，嚴(yán)禁違章操作。

7 結(jié)語

滑模平臺作為調(diào)壓井灌漿施工平臺，在深圳抽水蓄能電站調(diào)壓井固結(jié)灌漿施工中未出現(xiàn)任何異常情況，圓滿地完成了整個施工任務(wù)。得到了業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)及同行單位的認(rèn)可并推廣。滑模平臺在調(diào)壓井豎井灌漿中的成功運(yùn)用證明，滑模平臺作為一種新的施工平臺，無論是經(jīng)濟(jì)方面、施工工期方面，還是安全操作等方面都優(yōu)于滿堂排架施工平臺。在使用滑模平臺進(jìn)行施工時，需要注意以下幾點(diǎn)：

(1)施工前，要對現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行認(rèn)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(fā)生傾斜，必須馬上停止提升，待施工平臺調(diào)整到水平后，方能繼續(xù)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(tǒng)一和協(xié)調(diào)；

(5)調(diào)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(xiàng)目部管理人員及時了解情況；

(6)編制相應(yīng)的應(yīng)急措施和特殊情況處理措施。