趙修龍，萬(wàn)祥兵，李良權(quán)，方 丹

(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州311122)

0 概 述

在水電站地下廠房的布置中，主廠房吊頂與頂拱巖壁之間一般作為通風(fēng)層，布置有風(fēng)管或直接分隔成風(fēng)道，所以吊頂?shù)囊粋€(gè)功能為通風(fēng)層的樓面[1-2]。另外雖然頂拱布置有系統(tǒng)排水孔和排水管，但后期也會(huì)存在一定的潮濕和滲水，而吊頂可以防止頂拱巖壁的滲水直接滴入主廠房的設(shè)備層，影響機(jī)組的正常運(yùn)行，所以吊頂?shù)牧硪粋€(gè)功能也作為地下廠房的防水層[3- 4]。因地下廠房頂拱采用噴錨支護(hù)設(shè)計(jì)，開(kāi)挖所形成凹凸不平且噴層面不光滑，不甚美觀，所以吊頂同時(shí)又具有地下廠房的裝飾層功能[5- 6]。所以廠房吊頂不僅要滿足通風(fēng)、照明、上人等常規(guī)要求，而且還要滿足防腐、防水、排水、美觀等要求。

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，距巧家縣城45 km，距昆明約260 km，電站上接烏東德水電站，下鄰溪洛渡水電站[7- 8]。白鶴灘水電站發(fā)電廠房位于左、右岸地下山體中，各布置8臺(tái)單機(jī)容量1 000 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量位居世界第一，電站總裝機(jī)容量為16 000 MW，是目前世界上在建規(guī)模最大的水電站[9-10]。白鶴灘水電站主廠房吊頂結(jié)構(gòu)沿廠房縱軸線方向總長(zhǎng)406 m，其中安裝場(chǎng)段、機(jī)組段分別長(zhǎng)79.5、326.5 m，跨度為34 m，是目前世界上已建及在建跨度最大地下廠房吊頂結(jié)構(gòu)，其中拱梁內(nèi)半徑為27.225 m，頂高程為619.39 m，上下游邊墻拱梁底高程為613.20 m。

1 吊頂結(jié)構(gòu)組成

白鶴灘水電站地下廠房吊頂結(jié)構(gòu)采用外包鋼現(xiàn)澆混凝土疊合板梁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由吊頂支撐系統(tǒng)(包括上下游兩側(cè)吊頂支撐柱、吊頂錨桿、吊頂拉桿)、外包鋼-混凝土拱梁、閉口壓型鋼板和混凝土肋板組成，吊頂結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。吊頂沿廠房縱軸線方向共布置118榀外包鋼-混凝土拱梁，拱梁中心間距為3.75 m。拱梁依靠上下游兩側(cè)吊頂支撐柱以及吊頂錨桿支撐，拱梁之間鋪設(shè)閉口壓型鋼板作為模板，其上澆筑混凝土肋板作為吊頂?shù)装濉?/p>

圖1 吊頂結(jié)構(gòu)橫剖面示意(單位：mm)

2 吊頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 吊頂支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吊頂支撐系統(tǒng)由上下游兩側(cè)吊頂支撐柱、吊頂錨桿、吊頂拉桿所組成，作用在吊頂上的荷載通過(guò)拱梁傳遞給吊頂支撐柱及吊頂錨桿上。上下游兩側(cè)吊頂支撐柱為混凝土結(jié)構(gòu)，位于已澆筑的巖壁吊車(chē)梁上[11-12]，吊頂支撐柱高度為7 890 mm，截面尺寸為500 mm×600 mm(高×寬)。支撐柱縱向間距為3.75 m，每38 m設(shè)置1道結(jié)構(gòu)縫。吊頂錨桿采用三級(jí)鋼筋C32，長(zhǎng)度為9 m，錨入頂拱巖體8 m，吊頂錨桿橫向布置間距為3 m或4 m，縱向布置間距同支撐柱縱向間距，吊頂錨桿需在廠房頂拱開(kāi)挖期間同頂拱圍巖支護(hù)措施一同實(shí)施，前期作為頂拱圍巖支護(hù)的一部分，在拱梁澆筑時(shí)作為吊頂支撐體系一部分，后期可起固定風(fēng)管并承擔(dān)風(fēng)管荷載的作用。拱梁與吊頂錨桿之間通過(guò)吊頂拉桿連接，吊頂拉桿采用三級(jí)鋼筋C32，橫向、縱向布置間距同吊頂錨桿相應(yīng)間距，長(zhǎng)度需根據(jù)拱梁與吊頂錨桿之間距離進(jìn)行確定。

2.2 吊頂拱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吊頂拱梁采用外包鋼-混凝土結(jié)構(gòu)，拱梁斷面為矩形，設(shè)計(jì)尺寸為500 mm×650 mm，弧長(zhǎng)為34.95 m，矢高約為5.4 m。拱梁由4榀通長(zhǎng)等邊角鋼、限位箍筋、斜拉腹桿、內(nèi)部對(duì)角加強(qiáng)角鋼等組成的空腹式鋼結(jié)構(gòu)骨架，外包軋制薄鋼板，內(nèi)部填充混凝土，形成拱梁完整結(jié)構(gòu)，如圖2所示。梁端與上下游支撐柱頂預(yù)埋鋼構(gòu)件連接形成雙鉸拱結(jié)構(gòu)，梁上部與吊頂錨桿通過(guò)吊頂拉桿連接。鋼結(jié)構(gòu)骨架中的4榀通長(zhǎng)等邊角鋼型號(hào)選取∠125 mm×12 mm，限位箍筋為三級(jí)鋼筋C12，間距為150 mm，斜拉腹桿采用三級(jí)鋼筋C20，內(nèi)部對(duì)角加強(qiáng)角鋼型號(hào)選取∠75 mm×8 mm，間距為1.5 m。外包軋制薄鋼板由包圍拱梁兩側(cè)及底部的3塊薄鋼板焊接而成，沿通長(zhǎng)等邊角鋼長(zhǎng)度方向通長(zhǎng)布置，鋼板厚4 mm。拱梁內(nèi)部填充混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，混凝土內(nèi)無(wú)需配筋。主廠房吊頂拱梁采用空腹式鋼結(jié)構(gòu)骨架，制作簡(jiǎn)便、安裝快捷，安裝完成后即可與吊頂錨桿共同承受施工期荷載，澆筑混凝土?xí)r無(wú)需額外的模板和施工支承排架，因而能快速施工，并減小施工干擾，給工程帶來(lái)極大便利。

圖2 吊頂拱梁結(jié)構(gòu)橫剖面示意(單位：mm)

2.3 吊頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓型鋼板具有不需要加臨時(shí)支撐，可以代替板底鋼筋，作為組合樓板承擔(dān)受力，耐火性能優(yōu)，并且不需要防火涂料，施工方便等優(yōu)點(diǎn)，因而，吊頂?shù)装宀捎脡盒弯摪搴突炷晾甙褰M合的形式。壓型鋼板施工期作為模板，承擔(dān)混凝土肋板的自重和上部的施工荷載，又是永久結(jié)構(gòu)的一部分，與上部混凝土肋板共同承擔(dān)自重及上人等運(yùn)行期荷載，壓型鋼板固定在兩側(cè)拱梁鋼骨架上，壓型鋼板上混凝土肋板與拱梁鋼結(jié)構(gòu)骨架內(nèi)部填充混凝土一同澆筑，澆筑后作為肋板結(jié)構(gòu)的一部分[13]。其下表面光滑，顏色可根據(jù)廠房整體色彩匹配，整潔、大方美觀，不需另設(shè)裝飾吊頂板。壓型鋼板選用閉口壓型鋼板YXB65-185-555 (Q345鋼)，厚度為1.5 mm，斷面結(jié)構(gòu)如圖3所示，其上澆筑120 mm厚C30混凝土肋板作為吊頂?shù)装澹瑸樵黾踊炷晾甙宄休d余度以及減少混凝土肋板后期開(kāi)裂，在混凝土肋板中配雙層鋼筋，其中面層配雙向C12鋼筋，間距150 mm，底層沿廠房縱軸線方向配單向C20鋼筋，間距92.5 mm。

圖3 閉口壓型鋼板結(jié)構(gòu)斷面示意(單位：mm)

2.4 吊頂施工平臺(tái)設(shè)計(jì)

由于地下廠房具有跨度大、洞軸線長(zhǎng)、施工荷載大等特點(diǎn)，吊頂施工時(shí)需要布置臨時(shí)的活動(dòng)式施工平臺(tái)，以便吊頂施工順利開(kāi)展[14]。吊頂施工完成后，吊頂施工平臺(tái)及其支撐體系均需要拆除以不影響永久橋機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行。吊頂施工平臺(tái)為特種結(jié)構(gòu)，其支撐體系需要承受極大的施工荷載，吊頂施工平臺(tái)支撐體系采用支撐柱上預(yù)埋鋼板(尺寸為850 mm×600 mm，厚20 mm)，并在鋼板上焊接鋼牛腿，鋼牛腿采用3片鋼支托鋼板(尺寸為200 mm/650 mm×450 mm，厚20 mm)，其上焊接平臺(tái)鋼板(尺寸為500 mm×450 mm，厚20 mm)，吊頂施工平臺(tái)采用鋼結(jié)構(gòu)拼裝而成并支撐在支撐柱鋼牛腿上，吊頂施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4，支撐柱鋼牛腿細(xì)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖4 吊頂施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)橫剖面示意(單位：mm)

圖5 支撐柱鋼牛腿細(xì)部結(jié)構(gòu)示意(單位：mm)

3 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)白鶴灘水電站大跨度地下廠房吊頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用外包鋼現(xiàn)澆混凝土疊合板梁結(jié)構(gòu)，由吊頂支撐系統(tǒng)、外包鋼-混凝土拱梁、閉口壓型鋼板和混凝土肋板等組成。其中，吊頂支撐系統(tǒng)由上下游兩側(cè)吊頂支撐柱、吊頂錨桿、吊頂拉桿所組成；外包鋼-混凝土拱梁由鋼結(jié)構(gòu)骨架、外包軋制薄鋼板、內(nèi)部填充混凝土做成，鋼結(jié)構(gòu)骨架由通長(zhǎng)等邊角鋼、限位箍筋、斜拉腹桿、內(nèi)部對(duì)角加強(qiáng)角鋼等組成。吊頂施工時(shí)需布置臨時(shí)的活動(dòng)式施工平臺(tái)，吊頂施工平臺(tái)支撐在支撐柱預(yù)埋鋼板上焊接的鋼牛腿上。

綜上所述，白鶴灘水電站大跨度地下廠房吊頂結(jié)構(gòu)由一整套完善可靠、承載能力強(qiáng)、安裝快捷方便的分部結(jié)構(gòu)以及施工平臺(tái)所組成，不僅滿足了結(jié)構(gòu)需要，還有力地保證了施工進(jìn)度。該大跨度地下廠房吊頂結(jié)構(gòu)具有一定的創(chuàng)新性，可供同類(lèi)型地下廠房吊頂結(jié)構(gòu)參考。