滑模平台在抽水蓄能电站调压井固结灌浆中的运用

鄢 锐，胡应洪，姚江涛

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

上游调压井是深圳抽水蓄能电站项目中的重难点工程，布置在引水隧洞Y1+538.342右侧15m处，为带上室的阻抗式调压井，井深138m，其中大井衬砌后直径为16.0m、高度为71.0m，小井衬砌后直径为9.5m、高度为67.0m。上游调压井处地形较完整，地表坡积层及全风化土厚度2.5m～13.0m，植被茂盛，未发现滑坡、崩塌等不良地质现象，在自然条件下山坡山体稳定性良好。

2 方案对比

调压井固结灌浆施工一般都是采用搭设满堂脚手架，然后再搭设施工平台进行施工。然而根据深圳抽水蓄能电站的实际情况：调压井混凝土衬砌采用滑模进行施工完成，固结灌浆施工工期直接影响发电工期，而调压井固结灌浆施工又面临着施工工期短、施工难度大、临建工作复杂等技术难题，同时还面临着因赶工而资源投入大等其他难题。若采用常规的施工方法，可能很难保证固结灌浆施工工期。

经过初步计算搭设排架需要大约200t钢管和扣件，大批量钢管的购买或租赁，需要大量资金和时间；同时，排架的搭设也需要大量的人力资源，且满堂脚手架的搭设还需要大约一个多月的施工工期，在工期非常紧张的情况下，采用搭设满堂排架进行施工很难满足工期要求；排架的搭设和固结灌浆施工又同时进行，交叉施工干扰大、安全风险更大。搭设的施工排架较高，在交叉作业的情况下排架的稳定性很难保证；排架自重及施工荷载集中在阻抗孔水平混凝土面上，可能会对混凝土表面造成一定程度的破坏。故搭设满堂排架进行固结灌浆不是较为理想的施工方法。

调压井井筒段混凝土浇筑采用滑模进行施工，在施工过程中，操作简单，且未出现一起安全事故。如果能采用滑模平台作为灌浆施工平台进行施工，不仅对滑模平台及绞车设备进行了二次利用，节约了大量的施工成本，而且安全系数较高、改造工期短、便于操作。故采用滑模平台作为灌浆施工平台进行固结灌浆施工较为理想。

3 优化方案设计

为解决滑模平台怎样改装才能达到安全、施工简便的效果这一难题，我们专门成立了技术攻关小组，对这一问题和不可预见性风险进行详细分析。经过缜密的考虑，为了能达到安全、高效、经济和科学的目的，制定如下方案。

3.1 施工布置

施工布置剖面和平面示意图如图1、图2所示。

图1 施工剖面示意

图2 施工平面示意

3.2 滑模平台改装灌浆施工平台

本工程调压井采用液压滑模进行施工，上下直径不同的两部分分别采用曲率不同的两套面板模板，滑模架体通用。

辐射桁架梁主要由贝雷桁架和连接销轴组成。贝雷桁架是用槽钢、钢管和钢板焊接成的结构件，贝雷桁架的上边承受压力，下边承受拉力，它具有极大的刚度，确保整个滑模中间平台的刚度和强度。辐射桁架梁的一端与中心鼓圈连接，另一端与提升架连接，上面安装中心平台龙骨，铺设中心平台板。

中心鼓圈是调压井滑模的核心受力部件，具有极其重要的作用，整个滑模的强度、刚度和安全性均与它有关。中心鼓圈主要起平衡辐射桁架梁传递过来的向心力和承受中心旋转布料机构的压力的作用。中心鼓圈主要由钢板、连接耳板、槽钢和钢管焊接而成，上端与周向均布的辐射桁架梁连接，下端与周向分布下拉弦杆连接，内侧安装有调平机构的调平靶座和对心线锤。鼓圈内部上下各有一个平台。

灌浆施工平台利用混凝土浇筑滑模骨架作为施工平台进行施工。首先拆除千斤顶和提升架；再拆除滑模模板及下料平台。平台吊点采用φ30圆钢弯制而成，与1组贝雷桁架主骨架焊接。在滑模平台底部铺设木板，周边用φ48mm钢管搭设一层施工防护平台，高度为2m，宽度为2.5m，间距为2.5m×1.0m。设置不小于18cm高度的挡脚板，防止平台上的材料、工器具等坠落。

施工平台在上升和下降过程中，为防止对已浇筑的混凝土井壁产生伤害，且减小提升时的摩阻力，故采取在平台的周围安装橡胶小滑轮。而井壁对施工平台的侧压力通过16根辐射梁桁架传到中心鼓圈上相互抵消平衡。

滑模改装前后图示对比如图3、图4所示。

图3 滑模改装前

图4 滑模改装后的灌浆施工平台

3.3 灌浆施工平台的总荷载

3.3.1 小井灌浆施工平台荷载计算

(1)设备重量：钻机26kg/台，数量2台，总计0.052t。

(2)钻杆重量：总计0.05t(1m、2m、3m、4m、5m、6m各2根)。

(3)灌浆塞重量：5kg/个，每班施工期间允许放置10个，总计0.05t。

(4)人员重量：12人，每人80kg，总计0.96t。

(5)搭设钢管重量(包括扣件及铺设木板)：横向总共需要42根6m的钢管，竖向需要40根2m的钢管，横向两排中间连接需要20根1.5m的钢管，已知钢管的重量为0.00384t/m，钢管重量总计为：1.39t。需要各类扣件重量总计为0.16t。需要铺设1.5m×2m木板13张，重量总计为0.0975t。

(6)其他零星材料：包括水泥2包，机械器具等总计0.1t。

(7)小井灌浆施工平台自重：2.8t(根据滑模厂家提供数据)。

经上面计算可知，小井灌浆施工平台总重量为5.66t，按照6t计算，施工平台起吊采用5个5t厂家定制的钢丝绳手动葫芦进行提升。

3.3.2 大井灌浆施工平台荷载计算

(1)设备重量：钻机26kg/台，数量4台，计0.104t。

(2)钻杆重量：总计0.05t(1m、2m、3m、4m、5m、6m各2根)。

(3)灌浆塞重量：15kg/个，每班施工期间允许放置15个，总计0.225t。

(4)人员重量：15人，每人80kg，总计1.2t。

(5)搭设钢管重量(包括铺设木板)：横向总共需要54根6m钢管，竖向需要68根2m的钢管，横向两排中间连接需要34根1.5m的钢，已知管钢管的重量为0.00384t/m，钢管重量总计为1.96t。需要各类扣件重量总计为0.24t。需要铺设1.5m×2m木板23张，重量总计为0.1725t。

(6)其他零星材料：包括水泥两包，机械器具等总计0.1t。

(7)灌浆施工平台自重：5t(根据滑模厂家提供数据)。

经上面计算可知，大井灌浆施工平台总重量为9.05t，按照10t计算，施工平台起吊采用10个5t厂家定制的钢丝绳手动葫芦进行提升，人员上下采用原有的绞车吊笼进行上下。

4 受力计算

4.1 钢丝绳受力分析

根据《水电水利工程施工通用安全技术规程》(DL/T 5370-2007)规定，载人钢丝绳安全系数不得小于14。本工程钢丝绳选用直径20mm，公称抗拉强度为1870N/mm2的5×19钢丝绳。

单根5×19钢丝绳S极限=KRd2=0.355×1870×202=255288N。

上式中：K——破断拉力系数；R——公称抗拉强度；d——钢丝绳直径(mm)。

小井最大荷载W=60000N，大井最大荷载W=100000N

小井采用5根钢丝绳起吊：

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

大井采用10根钢丝绳起吊：

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

上式中：S——钢丝绳极限工作拉力；W——最大荷载；n——钢丝绳根数。

经计算，20mm钢丝绳满足要求。

4.2 插筋受力分析

在混凝土浇筑过程中预埋长1.5mφ30圆钢插筋，插筋与结构钢筋及系统锚杆焊接，具体布置详见图5。

图5 插筋预埋示意

φ30圆钢抗拉强度为340MPa～500MPa，截面积为706.5mm2，圆钢可承受极限拉力F=F′×D=340×706.5=240210N>60000/5N(100000/10N)，抗拉满足要求。F′——圆钢抗拉强度；D——截面积。

4.3 平台吊耳受力分析

平台吊点采用φ30圆钢弯制而成，与1组贝雷桁架主骨架焊接，具体布置详见图6、图7。

图6 灌浆施工平台俯视

图7 灌浆施工平台吊耳大样

φ30圆钢抗拉强度为340MPa～500MPa，截面积为706.5mm2，圆钢可承受极限拉力F=F′×D=340×706.5=240210N>60000/5N(100000/10N)，抗拉满足要求。

4.4 焊缝强度分析

吊耳与辐射梁桁架80×50×3.5矩形钢管以T形型式焊接，其抗剪强度计算及要求如下：

σ=N/(lw×t)≤ftw

式中：N——轴心拉力；lw——焊缝长度；t——腹板厚度；ftw——焊缝抗拉强度设计值，二级焊缝。

以小井施工平台计算，单个吊耳轴心拉力N=12000N，焊缝长度lw=80×4=320mm，焊缝厚度t=8mm，ftw=310N/mm2，其强度计算如下：

σ=N/(lw×t)=12000/(320×8)=4.68<310N/mm2，焊缝强度满足要求。

5 施工平台提升方法

每个焊接完成桁架上固定两根钢丝绳，一根主受力钢丝绳，一根安全保护钢丝绳。主受力钢丝绳一端固定在预埋工字钢三角撑上，另外一端连接预埋插筋，用于悬挂手拉葫芦；保护钢丝绳的一端也固定在预埋工字钢三角撑上，另一端则通过绳卡固定在滑模平台的主桁架梁上。在滑模平台提升之前，先确定提升距离，每次提升的距离约2m～3m，最好不要超过3m。确定好提升距离后，首先在保护钢丝绳上调整好相应距离后用绳夹锁住，接着拉动手拉葫芦向上移动，直到移动到预定距离后卡死，然后再解开安全钢丝绳上的绳夹，再调整相应的距离后锁住，再拉动手拉葫芦向上移动到相应位置，依此类推，直到整个施工平台上升到能满足施工的位置上。这时，主钢丝绳和保护钢丝绳就共同承受外加荷载。

注意事项：灌浆施工平台上升时，操作人员均匀分布在施工平台四周，由专人指挥，同时拉动钢丝手动葫芦缓慢上升，在施工平台设置简易平衡装置，施工平台上升时保持水平，倾斜不得超过5mm，发现偏差时，在专人的指挥下，及时调整水平。施工平台上升到达指定位置时，采用钢丝葫芦自带的锁定装置及绳卡，及时锁定，并在平台设置4个水平方向支撑点，向混凝土墙面撑住，以固定平台避免出现平台旋转和晃动，经检查确定安全后，方可施工。

在施工过程中，人员上下及材料的吊运采用原有滑模衬砌时绞车吊笼进行上下。

6 安全保证措施

(1)调压井固结灌浆施工均在滑模平台上进行，为确保施工安全，施工平台必须保证水平，所有承重连接部位均连接牢靠，平台外侧设防护栏和安全网；

(2)每个进入施工平台的施工人员，必须配备安全绳、佩戴安全带；

(3)滑模平台上的施工荷载应符合设计要求，不得超载；

(4)定期检查钢丝绳、手动葫芦，绞车系统，并做好相关记录；

(5)施工方案与安全技术措施同步进行，确保施工的安全；

(6)注意施工用电安全，遵守安全用电规程，线路架设规范，井内照明采用低压照明，其布置满足现场施工需要；

(7)严格遵守各种设备的操作规程，不得违规操作，避免机械事故；

(8)绞车房区域必须划分警戒线和警示标志，闲杂人员不得入内；

(9)高空作业时，严格遵守高空作业的各项安全规程及操作制度，并随时注意作业区域的安全情况以确保安全；

(10)井下作业时，严格遵守安全操作规程及井下作业的各项规章制度，严禁带火机、火柴下井，井下严禁吸烟，拨打手机；

(11)对作业人员进行安全操作技术交底，严格按设备的使用说明书进行操作和日常的维护保养，严禁违章操作。

7 结语

滑模平台作为调压井灌浆施工平台，在深圳抽水蓄能电站调压井固结灌浆施工中未出现任何异常情况，圆满地完成了整个施工任务。得到了业主、监理、设计及同行单位的认可并推广。滑模平台在调压井竖井灌浆中的成功运用证明，滑模平台作为一种新的施工平台，无论是经济方面、施工工期方面，还是安全操作等方面都优于满堂排架施工平台。在使用滑模平台进行施工时，需要注意以下几点：

(1)施工前，要对现场的实际情况进行认真分析研究，选择适合工程本身的施工方式；

(2)综合考虑施工中的不利因素，要尽量避免不利因素对施工的影响；

(3)灌浆施工平台在提升过程中，必须派专职安全员观察平台是否保持水平，如果发生倾斜，必须马上停止提升，待施工平台调整到水平后，方能继续提升；

(4)人员上下采用绞车吊笼，必须由专人指挥，保证人员的统一和协调；

(5)调压井井口及井中墙壁上安装摄像头，与绞车房显示屏同步，便于绞车房操作人员、项目部管理人员及时了解情况；

(6)编制相应的应急措施和特殊情况处理措施。