鄭 宗 權(quán)

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都 610091)

去學(xué)水電站引水隧洞斜井滑模安全分析與計(jì)算

鄭 宗 權(quán)

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都 610091)

去學(xué)水電站引水隧洞斜井襯砌采用滑模施工，介紹了滑模的原理、優(yōu)點(diǎn)及組成。從施工布置及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分析與計(jì)算，用以指導(dǎo)現(xiàn)場施工，保證了襯砌施工質(zhì)量及施工安全。

斜井；滑模；結(jié)構(gòu)；計(jì)算；去學(xué)水電站

1 工程概述

四川碩曲河去學(xué)水電站引水隧洞壓力管道立面采用斜井布置，斜井角度為53.81°，高程2 179.193 m以上采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌總長度為87.53 m。襯砌混凝土厚60 cm，襯砌后內(nèi)徑為7 m。混凝土標(biāo)號(hào)為C25、二級(jí)配、襯砌工程量為1 834.8 m3。

2 施工現(xiàn)狀及施工程序

2.1 施工特點(diǎn)

通過比對后認(rèn)為：滑模具有施工速度快、機(jī)械化程度高、混凝土連續(xù)性好、表面光滑、無施工縫、材料消耗少、靈活組裝并可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 施工布置

混凝土由布置在下?lián)頊吓缘腍ZS90拌和系統(tǒng)供料，4臺(tái)9 m3混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)料。斜井井內(nèi)布置1套BOX真空溜管，溜管貼斜井井底布置，混凝土由攪拌車運(yùn)輸至壓力管道上平洞后卸料至BOX真空溜管受料斗內(nèi)，再經(jīng)溜管溜放至滑模平臺(tái)中心受料斗，最后由滑模平臺(tái)上布置的8條分料溜槽均衡溜送入倉。

2.3 施工程序

開挖基礎(chǔ)面驗(yàn)收→先澆塊混凝土施工→安裝操作平臺(tái)→送料系統(tǒng)搭設(shè)→提升系統(tǒng)安裝→固定提升系統(tǒng)→滑模安裝→調(diào)試完畢→試運(yùn)行→滑模驗(yàn)收→斜井鋼筋綁扎、接長→預(yù)埋件安裝→混凝土入倉→滑模提升→下一循環(huán)。

3 滑模的組成

3.1 滑模的工作原理

斜井滑模的工作原理即借助液壓爬升牽引系統(tǒng)帶動(dòng)模板逐步滑動(dòng)上升,可以使混凝土連續(xù)澆筑,混凝土澆筑與滑模提升交替進(jìn)行,直到混凝土澆筑完畢。

3.2 滑模結(jié)構(gòu)的組成

滑模主要由滑模模體系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、運(yùn)料小車系統(tǒng)三大部分組成，用LSD連續(xù)拉伸式液壓千斤頂沿鋼絞線爬升提升滑模模體，鋼絞線與斜洞段的洞軸線平行。

3.2.1 滑模模體裝置

滑模模體主要由模架中主梁、上操作平臺(tái)、鋼筋平臺(tái)、模板平臺(tái)、抹面平臺(tái)、后吊平臺(tái)、滑模模板、前行走支撐及滾輪、后行走支撐及滾輪、抗浮花藍(lán)螺桿、支?；ㄋ{(lán)螺桿、受力花藍(lán)螺桿、糾偏液壓千斤頂、支模環(huán)形框架、中心框架等部件組成。模架中主梁長度為15 m， 截面長×寬=2 m×2 m，整體主要是用角鋼和槽鋼等型鋼焊接而成的桁架結(jié)構(gòu)。

上操作平臺(tái)、鋼筋平臺(tái)、模板平臺(tái)、抹面平臺(tái)和后吊平臺(tái)均為型鋼焊接構(gòu)件，通過M16×50 mm螺栓與模架中主梁連接，其上滿鋪鋼跳板或木跳板。上操作平臺(tái)用于遞運(yùn)材料、澆筑混凝土以及對下層操作空間起安全防護(hù)作用；鋼筋平臺(tái)用于堆放鋼筋和綁扎鋼筋，模板平臺(tái)用于擱置模板，抹面平臺(tái)用于修整墻面，后吊平臺(tái)用于檢修和施工后的處理工作。

滑模模板擱置在模板平臺(tái)上。整個(gè)模板為橢圓形，上口大、下口小，錐度為8‰?；Ｄ０逋ㄟ^支?；ɑ@螺桿與支模環(huán)形框架連接，拔模錐度可以通過支?；ɑ@螺桿調(diào)節(jié)，通過抗浮花籃螺桿可以防止模板在混凝土澆筑時(shí)上浮，確保施工質(zhì)量。

支模環(huán)形框架和中心框架使用型鋼焊接而成的框架結(jié)構(gòu)，中心框架通過螺栓與模架中主梁緊固連接；支模環(huán)形框架外側(cè)通過支?；ɑ@螺桿與模板連接，內(nèi)側(cè)通過糾偏液壓千斤頂和受力花藍(lán)螺桿與中心框架連接。

糾偏千斤頂共兩個(gè)，用于糾正模體偏移。一旦糾偏工作完成，通過受力花籃螺桿鎖住模板位置。

3.2.2 牽引機(jī)具及設(shè)施

牽引機(jī)具及設(shè)施主要由預(yù)應(yīng)力鋼絞線及連接器、穿心式液壓千斤頂、液壓控制站、P38行走軌道組成。

預(yù)應(yīng)力鋼絞線直徑為15.24 mm，規(guī)格為15-7A5。整個(gè)滑模采用兩根鋼絞線進(jìn)行提升作業(yè)，鋼絞線錨固端錨深為15 m， 錨固水泥漿水灰比為0.4。通過受力計(jì)算得知，滑模最大提升拉力為700 kN，鋼絞線強(qiáng)度滿足滑?；炷潦┕ひ?guī)范要求。

滑模軌道采用P38型鋼軌，軌道支撐為“人” 字形普通桁架，施工速度較快，整體結(jié)構(gòu)可靠、穩(wěn)定?；Ｇ靶凶邫C(jī)構(gòu)滑過軌道連接節(jié)點(diǎn)后，拆除其下邊一節(jié)。

滑模提升的前卡式穿心液壓千斤頂型號(hào)為YCQ250型(額定油壓50 MPa)，共兩個(gè)；1臺(tái)JZMB1000液壓泵站(主頂油路31.5 MPa，夾持油路10 MPa)、1套JZKC-6控制系統(tǒng)及高壓油管。

3.2.3 運(yùn)料小車系統(tǒng)

運(yùn)料小車系統(tǒng)主要由10 t變頻雙繩雙筒卷揚(yáng)機(jī)、鋼絲繩、限載裝置、平衡油缸及鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)料小車組成。10 t變頻雙繩雙筒卷揚(yáng)機(jī)配6×19 絲、準(zhǔn)32(鋼芯)鋼絲繩牽引鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)料小車，小車質(zhì)量為4.5 t，10 t卷揚(yáng)機(jī)布置在井口平地上。

滑模組成情況見圖1。

4 滑模分析與計(jì)算

4.1 荷載計(jì)算

圖1 滑模組成示意圖

(1)整個(gè)滑模系統(tǒng)重量G=19 383.148 kg；

(2)模板總面積S=周長×高=24.686×1.2≈29.623(m2)；

(3)考慮施工人員及設(shè)備荷載(取q施max=

2.5 kN/m2)、鋼模板與混凝土的摩阻力(取q摩max=3 kN/m2)、傾倒混凝土?xí)r模板承受的沖擊力

(取q傾max=4 kN/m2)，這些荷載沿斜井軸線方向的分荷載為：q=q施max×sin53.8°+q摩max+q傾max×cos53.8°=2.5×sin53.8°+3+4×cos53.8°≈

7.367(kN/m2)；

(4)滑模系統(tǒng)的總牽引力F為：

F=G·sin53.8°+q·S=19 383.148×sin53.8°+736.7×29.623≈37 349.166(kg)≈37.349(t)。

取1.5倍的安全系數(shù)，設(shè)計(jì)總牽引力按60 t計(jì)算。

4.2 鋼絞線驗(yàn)算

鋼絞線A15.24 mm的最小破斷拉力為250 kN，每束鋼絞線由4根組成，共兩束、8根，總破斷拉力=250×8=2 000(kN),故鋼絞線安全系數(shù)k=2 000/600=3.33。

4.3 滑模模板的強(qiáng)度和剛度計(jì)算

滑模模板的結(jié)構(gòu)組成為：面板為4 mm厚Q235鋼板，豎向次肋為100×4 mm鋼帶(間距l(xiāng)y=700 mm)，橫向主肋和橫邊框均為12號(hào)熱軋槽鋼(間距l(xiāng)y= 350 mm) ，豎邊框?yàn)?26 mm×10 mm鋼帶。

4.3.1 面板的計(jì)算

鋼面板與主次肋采用斷續(xù)焊焊接成整體，鋼面板被分成若干矩形方格，根據(jù)矩形方格長寬尺寸的比例，可以把鋼面板當(dāng)作單向板或雙向板計(jì)算。當(dāng)長寬比大于2時(shí)，單向板可按三跨或四跨連續(xù)梁計(jì)算；當(dāng)長寬比小于2時(shí)，按四邊支承在縱橫肋上的雙向板計(jì)算。該滑模模板按雙向板設(shè)計(jì)，澆筑混凝土?xí)r，模板面板主要承受水平荷載q2。

4.3.2 強(qiáng)度驗(yàn)算

式中Mmax為板面最大計(jì)算彎矩設(shè)計(jì)值(N·m)；rx為截面塑性發(fā)展系數(shù)，rx=1；Wx為彎矩平面內(nèi)凈截面抵抗矩(mm3)；σmax為板面最大正應(yīng)力；f為面板抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(取f=215 N/mm2)。

選面板小方格中最不利情況進(jìn)行計(jì)算，即三面固定，一面簡支(短邊)。

-0.114 6，KM2=0.009 9，KM2=0.053 4，最大撓度系數(shù)Kf=0.004 63。

取1 mm寬的板條為計(jì)算單元，荷載q2=8.1 kN/m2。

q=8.1×10-3×1=8.1×10-3(N/mm)

求支座(肋)處彎矩：

求跨中彎矩：

鋼板的泊松比ν=0.3，需換算：

4.3.3 撓度計(jì)算

式中q為滑模模板所承受的水平荷載(q=8.1×10-3N/mm)；h為計(jì)算面板的短邊長度(h=ly=350 mm)；B0為構(gòu)件的剛度。

式中 E為鋼材的彈性模量，取E=2.06×105(N/mm2)；h2為鋼板厚度，h2=4mm；ν為鋼板的泊松系數(shù)，ν=0.3；Kf為撓度計(jì)算系數(shù)，Kf=0.004 63；Vmax為板的計(jì)算最大撓度。

[v]=h/500=0.7 mm>0.47 mm，滿足要求。

5 結(jié) 語

施工程序及安全分析計(jì)算表明：斜井滑模能夠連續(xù)不間斷滑升，受力結(jié)構(gòu)合理；滑模體積小、提升力大并可控制出力。現(xiàn)場澆筑混凝土運(yùn)行實(shí)踐說明：該系統(tǒng)能夠連續(xù)不間斷運(yùn)行、設(shè)備性能穩(wěn)定、施工效率高、縮短了施工工期；襯砌后的形體測量結(jié)果表明：成型尺寸準(zhǔn)確，外觀質(zhì)量好，符合規(guī)范要求，可以推廣應(yīng)用。

鄭宗權(quán)(1968- )，男，湖北荊門人，項(xiàng)目總工程師，工程師，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017- 04- 10

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