变径竖井滑模衬砌施工技术

李 霞

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程特点

阳江抽水蓄能电站设置有两个调压井，分别为上游调压井与尾水调压井，结构复杂，均为变径竖井结构。上游调压井主要包括与引水上平洞连接管和竖井段，竖井段总深度83.94m，小井段衬砌后直径7.5m，升管段衬砌后直径16m，大井段衬砌后直径20m，详见图1。尾水调压井主要包括尾水隧洞连接管段和竖井段，底部连接管段长19.35m，竖井段总深度146.1m(不含底部平洞)，衬砌高度142.1m(穹顶不衬砌)，底部连接管段衬砌后直径7.5m，小井段衬砌后直径7.5m，升管段衬砌后直径16m，详见图2。

图1 上游调压井井身纵剖面

图2 尾水调压井井身纵剖面

阳江抽水蓄能电站调压井结构尺寸差距较大，存在不同直径滑模，设计难度较高，变径部位施工工艺较为复杂，变径竖井与上下平洞相贯混凝土施工技术难度较大的问题，因此，如何快速、安全、优质、高效地完成变径竖井混凝土衬砌施工，显得尤为重要。运用传统的施工方法存在安全风险高、施工质量不易保证、施工成本高，故此需要对变径竖井衬砌混凝土施工工艺进行创新。

2 变径竖井滑模衬砌施工技术

2.1 施工工艺流程

施工准备→滑模组装→溜管安装及拆除→钢筋制安→混凝土拌制及运输→混凝土入仓及振捣→滑模滑升→抹面及养护→变径段滑模二次组装→重复滑模混凝土施工→滑模拆除。

2.2 施工方法

2.2.1 施工准备

2.2.1.1 变径滑模设计

(1)整体结构：调压井滑模由模板及支撑系统、液压爬升系统和混凝土下料系统三部分组成，其中模体分上、中、下三层平台，上层平台为钢筋平台，中层为浇筑平台，下层为抹面平台。上游调压井与尾水调压井共用一套滑模系统，小井段提升架布置12个，大井段、升管段提升架布置24个。

(2)模板及支撑系统：整个模体采用水平布置，面板部分为圆柱形筒形结构，模板高1.4m，采用4mm×50mm×1400mm弧形钢模板拼装而成，依靠上下两道围圈支撑，围圈采用槽钢弯制而成，面板部分主要依靠钢模板自身刚性抵抗混凝土侧压力。为保证模体滑升顺利，在模体制作时，在设计结构尺寸基础上滑模顶口直径应比底口大5mm，让模体呈倒锥形，以利于滑升。面板内部采用角钢桁架系统做辐射梁，形成支撑系统，同时形成浇筑平台，上部满铺3mm厚花纹钢板。支撑系统与提升架S8.8级高强螺栓连接，两层支撑系统之间采用钢管焊接连接，形成模体的支撑体系。调压井滑模整个模体分上下两层制作，运至施工作业面，再现场组装。

(3)液压爬升系统：模体爬升系统主要由提升架、液压穿心式千斤顶和液压操控台组成，其中提升架由横梁和钢绞线组成，两根横梁为一组，中间夹立杆焊接连接，立杆与模体主体结构焊接，分别连接围圈和辐射梁，利用提升架将模体的支撑系统和面板部分连接成一个整体。液压穿心式千斤顶型号为QYD-60型，采用螺栓固定于提升架横梁上，千斤顶中心位于环形衬砌钢筋外侧，通过高压油管与液压操控台相连，通过液压操控台开关油路来控制千斤顶的爬升。

(4)下料系统：在模体主平台上利用槽钢和工字钢搭设下料平台，在平台下铺设溜槽分别通向边墙四周，另有一道溜槽与井口接到浇筑面的溜管相接，混凝土由该溜槽通过集料斗分别与通往边墙四周的溜槽连接，将混凝土输送到仓面内。

(5)装配式辐射梁：变径竖井滑模施工不同衬砌直径部位，辐射梁的长度不一致，通过改变辐射梁长度满足滑模施工的通用性，同时满足现场安装需要，标准辐射梁长度1.0m。辐射梁节段采用S8.8级高强螺栓连接，提升架与辐射梁、围圈采用螺栓连接以满足重复拆装使用要求。通过将辐射梁设计成装配式施工，有效实现变径滑模系统在变径部位的滑模体系转换，巧妙化解变径竖井滑模施工不能共用一套滑模系统的难题，同时利用BIM技术对模板参数进行精细化控制。

2.2.1.2 其他准备工作

竖井衬砌放样采用全站仪配合激光自动补偿天底仪，进行竖井衬砌放样。可自动补偿倾斜误差的功能，从而保证了测量的精度；根据原材料的性能、混凝土技术要求进行配合比计算，并通过试验室配、调后确定配合比。变径竖井滑模结构在加工厂内试拼并进行结构尺寸、焊缝、高强螺栓连接检查验收，进行滑模爬升液压站及爬升器负荷试验验证，保证爬升系统的可靠性；井口平台及载人、载物提升系统沿用开挖支护阶段的设施。

2.2.2 滑模组装

2.2.2.1 场地找平

滑模安装场地设置在竖井下平洞底板，采用上部15t卷扬机作为提升设备，辅助安装滑模，将模板范围以内50cm宽的范围找平。

2.2.2.2 滑模各结构件安装顺序

测量放样标出结构物设计轴线→组装辐射梁和筒心→安装提升架→安装平台梁→安装千斤顶及油泵→安装模板→安装液压系统并调试→安装分料平台→安装抹面平台[1]。

2.2.2.3 辐射梁、筒心、支撑安装

安装时必须保证安装面水平。根据滑模结构图，在滑模安装中，部分区域可采用枕木、木块模垫平，利用15t卷扬机将框架梁吊放到中心位置，调平、找正置于垫层上，固定平稳主梁。桁架主梁分为主桁架、副桁架，安装顺序由中间到两边，并且要均匀对称安装。

2.2.2.4 提升架、围圈安装、液压系统安装

将提升架安装于辐射架端部，再把围圈放在提升架支托上安装，并检查、调整提升架的位置、垂直度和千斤顶底座的水平度。安装支撑杆和千斤顶，保证位置准确、支承杆垂直。安装液压控制台并按要求排布油路、电路。液压爬升系统主要由液压泵站、爬升器、管路、钢绞线及固定支座等组成。钢绞线从爬升器中间穿过，用铆座固定于井口支架上，安装水平、垂直度测量仪器。安装完毕检验合格后，进行液压系统调试。

2.2.2.5 模板、支撑安装

模板通过槽钢与框架梁连接。利用上平洞15t卷扬机及手动葫芦吊装调整，吊运时应轻拿轻放，防止碰撞，以保证模板不损坏变形，模板对称吊装，待模板就位、调整后焊接牢固。模板安装后，在支承框架也安装到位的基础上，把相对应的支撑千斤装上并撑紧就位模板，各区模板间用焊接。模板就位后，必须保证每块模板有3‰的下锥度，即上部较下部大4mm。整个模板安装就位后，对各连接件做一次全面的检查。滑模安装允许偏差详见表1。

表1 滑模安装允许偏差

滑模组装结构偏差采用尺量方式进行，模板中心线与相应结构截面中心线位置采用全站仪检查，水平度及垂直度偏差采用水平仪进行检查。

2.2.2.6 抹面平台安装

利用15t卷扬机将滑模整体悬吊起，组装抹面平台，抹面平台采用高强螺栓组装连接，现场拼装就位并检查螺栓是否拧紧。

2.2.3 溜管安装及拆除

溜管采用DN200钢管，壁厚8mm，单节长度不超过2.0m，每节溜管之间采用法兰盘连接(厚度22mm)，溜管每18m安装一个H型缓冲器(详见图3)，混凝土从左侧溜管流入缓冲器，混凝土高度超过隔板后翻入缓冲器右侧，再流至下一节溜管。依次循环，流入混凝土仓号。竖井内部间隔6m设置2φ22mm、L=300cm锚杆外露50cm，将外露锚杆与溜管焊接牢固。溜管在井口采用2根钢丝绳悬吊，且每节溜管均用U型扣固定于钢丝绳上，U型扣螺母扭紧后采用22#铅丝捆紧防止螺母松脱。溜管利用井口安装的卷扬机升降，井口平台分节安装并分段吊装至溜管安装位置后与井壁锚杆固定，直至溜管全部安装完成。

图3 H型缓冲器结构

随着滑模滑升到一定高度时，需要拆除溜管，溜管采用井下拆除方式。拆除时人员乘坐罐笼到达拆除部位，采用1t手动葫芦配钢丝绳把需拆除的单节溜管悬吊在罐笼上，人工拆除螺栓后利用葫芦将溜管放至下部滑模平台。

2.2.4 钢筋制安

钢筋制作完成后采取逐根编号的方式以防止出现混乱，钢筋采用矩形钢筋吊笼+卷扬机运输，在井口下平台下方设置重锤限位器，当钢筋吊运吊笼超过限位位置后，自动切断卷扬机电源，制动锁定。

钢筋安装前，首先进行精确地测量放样，然后根据测量点放线标点，定点、定位安装。搭设骨架支撑钢筋后，再按主要受力钢筋和分布钢筋的布局走向按顺序先后将钢筋穿插成型。对于底层的或前后左右相邻的先浇混凝土块所露出的钢筋接头，需要用特制的扳手调直校正，才能进行新的钢筋安装。钢筋接头按施工图纸规定采用焊接或绑扎搭接，主筋接头采用焊接。钢筋制安完成后，经现场监理验收合格后才可进行下一工序。

2.2.5 混凝土拌制及运输

混凝土的拌制必须严格按试验室配料单上确定的配合比进行，不得随意更改。混凝土在拌合楼拌好后，用9m3搅拌车运至施工现场。竖井混凝土经溜管输送，从井口通过溜管下溜至井底。因混凝土配合比参数对竖井混凝土浇筑影响较大，施工中需根据气候条件及井深不断优化调整。混凝土浇筑前，针对拌制混凝土进行配合比生产性试验，再根据现场实际情况适当调整配合比，选择初凝时间较长配合比。

2.2.6 混凝土入仓及振捣

混凝土下料前先湿润溜槽、溜管。浇筑第一仓混凝土前，应在老混凝土面上铺一层2cm～5cm水泥砂浆，混凝土均匀上升，高差不得超过30cm，按一定方向、次序分层、对称平仓，分层高度30cm[2]。下层混凝土初凝前需要完成上层混凝土覆盖及振捣，混凝土入仓下落高度不大于2.0m[3]，严禁直接冲击滑模。严格控制混凝土的坍落度，入仓坍落度控制在160mm～180mm，同时也需要根据气温等外部因素的变化对入仓混凝土坍落度做出调整。混凝土采用软轴振捣器对称振捣，混凝土振捣棒距模板20cm，严禁触动钢筋、止水和滑模。

2.2.7 滑模滑升

2.2.7.1 滑模试滑

试滑升是为了观察混凝土的实际凝结情况，以及底部混凝土是否达到出模强度。首批入模的混凝土分层连续浇筑至40cm～60cm高后，当混凝土强度达0.2MPa～0.3MPa时，便开始滑模试滑升。试滑升要缓慢进行，滑升过程中需对液压装置、模板结构以及有关设施的负载条件下作全面的检查，若发现问题及时处理。

滑模试滑按以下步骤进行[4]：第一次浇筑3cm～5cm厚的水泥砂浆(目的是使新老混凝土面能较好地结合)；接着按分层厚度30cm浇筑2层，厚度达到60cm时，开始试滑升5cm，检查脱模的混凝土凝固是否合适；第四层浇筑后试滑升20cm；继续浇筑第五层又试滑升15cm～20cm；第六层浇筑后试滑升15cm～20cm。若滑模试滑无异常现象，便可进行滑模正常滑升。

2.2.7.2 滑模滑升

滑模正常滑升时应控制速度为15cm/h～30cm/h，每次滑升5cm～10cm，控制日滑升高度为3.0m～8.0m。正常滑升时，若脱模混凝土有流淌、坍塌、表面呈波纹状，说明混凝土脱模强度低，需要放慢滑升速度；若脱模混凝土表面不湿润、手按有硬感、伴有混凝土表面被拉裂现象，则说明脱模强度高，需要加快滑升速度[5]。滑模浇筑至接近竖井顶时放慢滑升速度，准确找平混凝土。混凝土浇筑结束后，模板继续上滑，直至混凝土与模板完全脱开为止[6]。滑模滑升过程应遵循“多动少滑”，尽量保持滑模平衡。滑模滑升时，采用PE管装水，利用连通器原理，进行滑模水平度观测，滑升过程尽量保持滑模水平。滑模滑升过程每日需利用顶部安装激光投点仪进行定位测量。

2.2.8 抹面、养护

混凝土抹面前应充分地做好防水措施，严禁有渗水、滴水浸蚀混凝土面，并用直尺和弧形靠尺检查混凝土表面平整度和曲率。在抹面时需要特别注意接口位置，消除错台，并使其平整，曲面满足曲率要求。在抹面时如发现混凝土表面已初凝，而缺陷未消除，应停止抹面，并及时通知相关部门，待混凝土终凝后按缺陷处理的相关规定进行修补[7]。

变径竖井滑模混凝土抹面及初凝后及时养护，在抹面平台底部周围设置一道PVC管，并在PVC管上按每20cm间距钻孔，长流水自动养护，养护时间不得少于28d，有特殊要求的部位宜适当延长养护时间。养护应有专人负责，并应做好养护记录。

2.2.9 变径段滑模二次组装

变径部位滑模待下一段滑模施工完成后进行，但钢绞线提升受力系统不能拆除。安装流程如下：拆除滑模模板→安装剩余辐射梁(不同直径竖井辐射梁数量不同)→安装提升架→安装围圈→安装钢绞线及千斤顶→拆除小井段提升架及千斤顶→接长辐射架→安装提升架→安装钢绞线及千斤顶→完成滑模安装及体系转换。拆除提升架及千斤顶需对称进行，并及时完成变径后提升受力系统方可进行下一次施工，每次拆除及安装提升架、千斤顶不得超过2个。及时完成受力系统转换并正常受力后方可进行下一次施工。滑模提升系统形成后进行卸料平台扩大施工，最后进行抹面平台重新安装，其施工方法同滑模组装施工。

2.2.10 重复滑模混凝土施工

变径段滑模二次组装验收合格后重复进行滑模混凝土施工。

2.2.11 滑模拆除

滑模拆除流程：滑模平台清理→拆除模板→下方滑模→拆除抹面平台→拆除分料平台→拆除模板→拆除液压系统→拆除千斤顶及油泵→拆除安装平台梁→拆除提升架→拆除支撑平台→拆除辐射梁和筒芯。

拆除施工前，应清楚拆除范围内的材料和设备，切断通往该拆除部位的电源。拆除区域周围设立围栏，挂警告牌，派专人监护，严禁无关人员逗留。拆除时应按自上而下的顺序进行，当拆除其中一部分的时候应防止其他部分倒塌或掉落钢模的连接件。所拆材料应通过转接方式或利用塔吊协助，严禁随手抛掷。拆除期间，要保证上下通讯畅通，接收传话一定要确认无误后，再做出相应的决定。

2.3 质量控制要点

(1)严把原材料检验关，生产过程中的计量、搅拌、运输、浇筑、养护等各环节，严格按规范操作。

(2)钢筋应与围岩支护时所用的锚杆牢固连接，防止变形、错位，在钢筋绑扎前应测量准确。

(3)采用激光自动补偿天底仪严格控制滑模中心，保证滑模位置准确。自动水平仪控制滑模左右侧高差，确保滑模垂直度准确。

(4)埋件采取有效的加固措施以防止其在混凝土浇筑期间发生偏移。

(5)混凝土在保证质量和坍落度的前提下，掺加减水剂，降低水灰比，提高混凝土抗压强度。

(6)保证混凝土表面平整度和光洁度，使用优质的模板。

(7)根据浇筑部位钢筋密集程度选择合理的混凝土配合比、级配；采取合理的入仓方式，混凝土入仓后立即振捣，振捣采用高频振捣器并辅以软轴振捣器；振捣过程中，防止振捣器直接冲击模板和埋件，以免造成模板损坏和埋件移位。

(8)加强混凝土浇筑的过程控制，随时进行模板变形监测，发现模板变形及时调整。

(9)滑模滑升过程中严格控制滑模垂直度及中心偏移，每次滑升后及时检查及纠偏。

3 结语

阳江抽水蓄能电站调压井，除利用BIM技术对模板参数、滑模滑升参数进行精细化控制外，采用创新的变径竖井滑模衬砌施工工艺，上游调压井节约施工工期近4个月，混凝土施工单元评定优良率92.6%，尾水调压井节约施工工期约3个月，混凝土施工质量单元评定优良率93.5%。变径竖井滑模衬砌施工技术在阳江抽水蓄能电站调压井的成功应用，取得良好的经济社会效益，可为国内水电站行业变径施工提供参考及借鉴，具有较高的推广应用前景。