白鹤滩水电站左岸门槽二期混凝土悬吊式滑模系统的设计与应用

段 刚 强，倪 华 军，姜 港

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鹤滩水电站左岸进水口采用岸塔式分层取水设计，拦污栅和闸门集中布置，共用一套启闭设备。8个进水塔一字排开，单个塔体宽度为33.2 m，进水口前缘总宽度为265.6 m，顺水流方向长33.5 m，依次布置拦污栅段、通仓段及闸门段。进水口底板高程736 m，塔基高程731 m，塔顶高程834 m，塔体最大高度为103 m，其中拦污栅槽、分层取水叠梁门槽、检修门槽高度为98 m。每个进水塔设5孔拦污栅，5孔叠梁门，1孔检修门槽，1孔快速门槽，门槽底坎高程为736 m，墩顶高程为834 m。拦污栅槽和叠梁门槽之间设置胸墙，胸墙底高程为795 m，顶高程为834 m。进水塔拦污栅槽、叠梁门槽、叠梁门储门槽、检修门槽、检修门储门槽及快速门槽二期混凝土标号为C40W10F100(一级配)。

通常情况下，水利水电工程的闸门门槽混凝土分两期施工，即先进行一期混凝土施工并埋设门槽插筋，然后进行门槽的安装及二期混凝土浇筑。对于门槽高度相对较低、单位高度混凝土体积小的工程采用搭设施工排架作为操作平台、采用普通组合钢模板立模进行门槽二期混凝土的浇筑；或在塔顶布置卷扬机提升整体模板进行门槽二期混凝土的浇筑；在门槽内布置溜管作为混凝土的入仓方式。而对于门槽高度达到100 m的门槽二期混凝土施工时，如采用搭设施工排架+组合模板的施工方案，其高排架需要反复拆装和清理模板，安全风险大，施工人员劳动强度大，施工效率很低。如果采用卷扬机+整体提升模板[1]方案，则需要反复拆装和清理模板、拆安溜管，施工人员劳动强度大，施工效率较低。因此，需要找寻一种新的施工方法。

2 施工方案比选

为解决高度达100 m的门槽二期混凝土施工难题，既要保证施工安全，又要降低施工人员的劳动强度，提高施工效率，可以采用混凝土连续浇筑的滑模施工工艺，从而需要研制出适用于超高门槽二期混凝土施工的滑模系统。该滑模系统施工需要考虑以下几项内容：混凝土入仓系统、人员上下通行的载人系统、滑模支撑系统、抹面平台设计、滑模提升系统及运行维护等。中国水电七局白鹤滩施工局的技术人员结合白鹤滩水电站左岸进水口门槽结构及特点并兼顾以上诸方面，设计出一种安全、高效的滑模施工系统。

以往的滑模施工主要采用溜管入仓方式，但溜管入仓方式存在的主要缺点为：施工过程中拆卸溜管，增加了劳动强度；溜管固定方式难度大，门槽内空间小且不易加固和维护，易造成溜管磨损漏料、安全风险大等。由于门槽二期混凝土采用滑模施工，具有浇筑连续性、入料时间间隙少、单位高度混凝土体积小、滑升速度快等特点，而入仓方式必须与之相匹配。技术人员结合门槽现场的布置及结构尺寸，创新选用龙门吊+吊罐的入仓方式，按照门槽单位上升高度所容纳的混凝土体积制作吊罐。

进水塔门槽二期混凝土施工方案为：对于拦污栅槽98 m(高程736～834 m)、叠梁门槽98 m(高程736～834 m)和检修门槽80 m(高程754～834 m)，其单孔门槽具有结构一致、门槽高度大等特点。对于这些部位门槽的二期混凝土采用滑模施工，混凝土入仓采用龙门吊+吊罐的方式。

3 悬吊式滑模系统设计方案

3.1 设计思路及要点

根据门槽二期混凝土结构的布置情况及特点，门槽二期混凝土滑模施工需考虑以下5个系统设计：模板及模板支撑系统设计、液压滑模提升系统设计、混凝土下料系统设计、施工人员载人系统设计及施工人员作业通道和操作平台设计。笔者针对以上5个系统设计进行了分析及研究。

(1)模板及模板支撑系统。门槽二期混凝土对称布置在四个角上，需要在门槽与一期混凝土之间镂空处设置模板，模板及支撑须满足浇筑过程中刚度、强度及稳定性要求，需要设计一个主桁架及模板支撑系统。

通过模板系统结构受力计算得知，模板及模板支撑系统结构必须满足模板及支撑系统荷载要求。模板与门轨、一期混凝土具有一定的搭接宽度，同时考虑到一期混凝土存在体型偏差，将模板与一期混凝土设计为软搭接；模板高度结合混凝土初凝时间及施工效率设计为1.5～2 m。采用可调节丝杆作为模板支撑杆，模板需要实现前后左右四个方向调节，模板可调节前后的空间需满足模板清理操作空间要求，一般为20～30 cm。

模板支撑系统设置在滑模主桁架上以抵抗混凝土的水平荷载，滑模主桁架既作为上部作业的操作平台，又作为滑模提升的移动端。

(2)滑模提升系统。滑模施工具有的特点：混凝土浇筑、等强及滑模滑升依次进行，各工序连续进行、互相适应，需要设计滑模的提升系统。由于门槽二期混凝土仓内空间狭小且插筋多，无法采用在仓内埋设爬杆的方法，需要考虑千斤顶提升系统。

滑模提升系统[2]的主要装置有：液压工作站、液压千斤顶与支撑杆。由于支撑杆无法埋设在二期混凝土内，故选用钢绞线作为支撑杆。钢绞线作为支撑杆的主要特点：施工中不需要再接杆，不需要埋设在混凝土内，可周转使用。在千斤顶选型时，需结合钢绞线匹配相应的千斤顶，千斤顶的数量结合门槽平面尺寸和滑模施工荷载确定。液压工作站需要的千斤顶应满足既能够多个千斤顶同步提升，又能够单个千斤顶单独提升，从而有效控制滑模主桁架的平稳性。

(3)混凝土下料系统。由于门槽二期混凝土单位高度体积小，如果采用溜管下料，在施工过程中，溜管的频繁拆除增加了劳动强度，影响了施工效率且对入料量不易控制，易造成下料多进而漫出仓外造成浪费料的情况发生。项目部技术人员结合门槽塔顶的布置情况，采用小型龙门吊+吊罐的方式进行二期混凝土入仓，龙门吊布置在门槽塔顶，单台龙门吊可兼顾多个门槽入料，吊罐沿门槽预留孔从上至下将其吊运至浇筑位置。按照每次门槽入料的体积加工相应容量的吊罐，做到入仓和浇筑匹配，防止下料不可控而造成混凝土料的浪费。

(4)载人系统。门槽滑模的施工是沿着门槽从底部到顶部依次施工，而施工人员要进入到滑模上作业需要有一套安全可靠的载人系统。载人系统的限载人数、载重、尺寸、性能及安全稳定性等一定要与门槽尺寸和布置情况相结合，量身定制专门的载人系统。该载人系统优先选用高处作业吊篮，吊篮通过在塔顶布置的人字门架固定，施工人员从塔顶乘坐吊篮沿着门槽内上下到滑模主桁架上进行施工作业。

(5)滑模施工平台。施工人员在滑模施工中需要完成的主要工作：下料、振捣、抹面、养护等。由于施工人员作业需要操作平台，因此，至少需要设置两层操作平台，上层平台用于下料、振捣、吊篮着陆，下层平台用于抹面、养护、配电箱和液压站安装，上下两层平台设置钢爬梯进行通行。

3.2 滑模系统的设计

白鹤滩水电站左岸进水塔拦污栅槽、叠梁门槽、检修门槽、尾水检修闸门门槽均采用悬吊式液压滑模进行二期混凝土施工。对于该设计，笔者以进水塔检修门槽为例进行介绍。进水塔检修闸门槽平面尺寸为11 m×3.5 m(长×宽)，总高度为98 m。由于该门门楣以下与门楣以上门槽结构不一致，故仅有门楣以上门槽部分(80 m)采用滑模施工二期混凝土。

(1)模板及模板支撑系统的设计。模板面板采用δ=5 mm的钢板制作，高2 m，采用10#槽钢和∠50×5 mm的角钢作为背肋，背肋间距20 cm。面板根据各浇筑面的浇筑体型制作成8块，面板上沿10 cm处做150°翘曲处理以使滑模体在滑升过程中不受一期混凝土凸出面存在跑模影响。模板顶部与10#工字钢梁采用Ф14圆钢焊接连接，10#工字钢梁悬挂在滑模主桁架的支架上，可以实现模板前后左右的调节，模板前后调节的距离为20～30 cm，模板左右调节的距离为5～15 cm。

模板支撑采用Ф32调节丝杆制作，单块模板(宽度小于20 cm)设置3个调节丝杆，单块模板(宽度大于20 cm)设置6个调节丝杆，调节丝杆前端设有托盘与钢模板背肋接触支撑，调节丝杆后端穿入滑模主桁架上的Ф48套管内，通过调节螺母与套管的松紧达到支撑的作用。

(2)滑模提升系统的设计。滑模支撑杆[3]采用Ф15.2有粘结钢绞线(抗拉强度为1 860 MPa,简称钢绞线)支撑和提升模体、滑模平台及施工荷载；在滑模主桁架梁下倒装布置千斤顶，在顶部平台上设置钢架平台、牵引钢绞线带动滑模主桁架向上滑升，钢绞线一次性接全长，塔顶设置双夹具固定端，钢绞线自然悬吊，滑模主桁架沿着钢绞线向上爬升。

千斤顶选用型号为DYS15-200的同步提升液压千斤顶[4]，设计承载能力为150 kN，计算承载能力为150 kN，单次张拉最大行程为200 mm。单套千斤顶具有两个夹具，两个夹具随着油缸的活塞运动相互交替动作达到提升效果。液压控制台为小型液压站，通过高压油管与千斤顶相连形成液压系统。通过滑模荷载计算，同时考虑滑模运行平稳、悬吊安全可靠，单套检修门槽滑模配置了4台千斤顶和4根钢绞线。液压工作站选用型号为ZB2×2-500的电动油泵(配一个四路油路分流器)，可控制4个千斤顶同步提升，亦可控制单个千斤顶提升。

(3)混凝土下料系统的设计。在高程834 m塔顶布置了一台5 t龙门吊+吊罐用于检修门槽二期混凝土入料，在检修门槽四个角浇筑二期混凝土，单罐料体积满足单侧两个角提升高度所需的混凝土量，经过计算，每次入料量为1.2 m3(两个角，高度为80 cm),即吊罐容量为1.4 m3(考虑冗余量，其高度为15 cm)。

(4)载人系统设计。单个检修门槽滑模配置一套高处作业吊篮(ZLP630)用于施工人员上下通行的载人工具，在高程834 m塔顶布置人字架作为吊篮固定端。高处作业吊篮(ZLP630)具有安全可靠、操作简便、布置灵活、安拆快捷等特点。

(5)滑模施工平台的设计。在检修门槽高程834 m平台设置了2根双28#工字钢作为支撑滑模施工所有荷载的起吊梁，起吊梁两端担在高程834 m平台，在起吊梁上设置钢绞线固定端。检修门槽滑模上平台采用角钢加工成主桁架，其尺寸为10.4 m×3.3 m×1 m(长×宽×高)，滑模下平台尺寸为10.4 m×1.5 m×1.2 m(长×宽×高)。滑模上下平台临边设置高度为1.2 m的防护栏杆，上下平台设置爬梯形成通道。

4 悬吊式滑模系统在门槽二期混凝土施工中的应用

4.1 滑模系统的安装与拆除

为便于滑模系统的安装与拆除，进水塔检修门槽滑模主桁架、下平台及起吊梁为整体吊装，人字架及载人吊篮为整体吊装；拦污栅槽和叠梁门槽滑模主桁架及下平台为整体吊装，人字架、载人吊篮及起吊梁平台为整体吊装；尾水管检修门槽滑模主桁架、下平台及起吊梁为整体吊装。在起吊梁、滑模主桁架及载人吊篮就位后，从门槽顶部经起吊梁、主桁架、千斤顶及下平台穿入钢绞线，钢绞线顶部采用双夹具固定并采用千斤顶对钢绞线进行预紧。

4.2 滑模系统的施工安全控制

(1)钢绞线防断防滑控制。门槽二期混凝土滑模系统选用Ф15.2有粘结型钢绞线作为支撑杆。钢绞线在安装过程中不得有死弯折、不得有油污污染。钢绞线顶部固定端采用双夹具固定，同时在夹具上部钢绞线处固定一个绳卡。另外，使用10#钢丝绳绕过起吊梁与起吊梁以下的钢绞线固定，防止钢绞线在夹具处断裂弹至滑模主桁架上。钢绞线穿入滑模主桁架上、下平台预留孔(Ф10 cm)，孔内采用橡胶皮保护，防止钢绞线被主桁架平台金属板直接切割。

(2)滑模系统的防坠控制。滑模系统在运行过程中主要依靠千斤顶与钢绞线附着单向爬升。为提高滑模系统的防坠安全保障系数，除千斤顶与钢绞线悬吊措施外，在滑模主桁架上两端各设置一根Ф18钢丝绳，钢丝绳的一端采用绳卡固定在滑模主桁架上，钢丝绳的另一端采用卡环挂设在主桁架上部门槽插筋上，随着滑模向上滑升，挂设在插筋上的钢丝绳依次向上挂设，确保滑模系统的运行安全。该系统除钢绞线悬吊固定外，还设有两根钢丝绳挂设，实现了双保险措施，达到了防坠落控制的目的。

(3)载人吊篮的防坠控制。滑模施工中，采用ZLP630高处作业吊篮进行载人运输。该载人吊篮自身配置有安全防坠装置(安全锁、稳绳、限位器等)；另外，在人字架上悬挂一根Ф18钢芯尼龙安全母绳及防坠器，用于吊篮运行过程中将施工人员的安全带挂在安全母绳防坠器上，旨在提高载人吊篮防坠的安全保障。

(4)千斤顶防卡阻控制。滑模提升系统的核心部件是千斤顶，该工程选用的千斤顶型号为DYS15-200。千斤顶有2个夹具随着油缸活塞运动相互交替动作达到单向爬升的目的。千斤顶出现卡阻造成的主要危害：千斤顶夹片与钢绞线不能退开而造成钢绞线散股、拉断。千斤顶防卡阻控制的主要措施：首先，在滑模主桁架上平台、千斤顶底座、夹具上部采用橡胶板遮盖粉尘(钢绞线穿过橡胶板)；另外，在每次安装千斤顶时，更换磨损严重的夹片，并在夹片与V型槽之间涂退锚灵；最后，在滑模运行过程中定期清理夹片杂质，补涂退锚灵；在提升千斤顶时，观察千斤顶与钢绞线的退开情况，一旦出现异常暂时提升千斤顶，及时处理故障。

4.3 门槽二期混凝土采用滑模施工取得的效果

通过对悬吊式滑模系统进行试验和改进，白鹤滩水电站左岸进水塔拦污栅槽、叠梁门槽、检修门槽、叠梁门储门槽及尾水管检修门门槽二期混凝土均采用悬吊式滑模系统施工。

门槽二期混凝土均采用桥机或龙门吊+吊罐进行混凝土入仓，门槽二期混凝土标号为C40W10F100(一级配)，采用缓凝型减水剂[5]混凝土浇筑，单班门槽二期混凝土滑模浇筑高度为2.5～3.5 m；而采用普通型减水剂混凝土浇筑，单班门槽二期混凝土滑模浇筑高度为4～7 m。

5 悬吊式滑模系统施工具有的优点

根据门槽结构、荷载及布置情况，悬吊式滑模系统可做个性化设计，能够满足施工安全、质量、成本及进度要求，其具有的优点如下：

(1)在100 m级高度的门槽二期混凝土施工中，采用滑模施工工艺设计出悬吊式液压滑模系统。采用钢绞线作支撑杆，施工中不需要安装支撑杆；采用吊罐入仓，避免了溜管入仓安拆溜管的工作；混凝土连续浇筑，避免了分层立模的相互干扰，从而提高了施工效率，降低了劳动强度和人员投入。

(2)悬吊式滑模系统设计了双重防坠措施，载人吊篮配置了安全母绳及防坠器，龙门吊+吊罐入仓设置了冗余高度及限位装置，整个系统机械化和电气化程度高，系统稳定、安全可靠。在千斤

顶提升过程中，操作人员可直接观察滑模运行的平稳情况，达到了近距离可视化操作效果。

(3)根据混凝土自身性能及门槽结构特点，满足浇筑振捣质量和收面质量要求，模板可实现前后左右四向调节，二期混凝土与一期混凝土面顺接，施工灵活可控。

(4)载人系统、滑模系统、混凝土入料系统相对独立，各系统安拆简便、快捷。

6 结 语

在白鹤滩水电站左岸进水口闸门门槽和尾水管检修闸门门槽二期混凝土施工过程中，施工局技术人员个性化设计、制造与应用了一种悬吊式液压滑模系统，优化了混凝土入仓方式及载人系统。悬吊式滑模系统的研制与应用，为门槽二期混凝土施工降低了劳动强度，取得了施工安全可靠、质量保障、作业高效、成本节约的效果，对同类工程施工具有积极的推广价值。