張新宇

(1.中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司，湖北 宜昌 443002；2.中國能建工程研究院水電施工設計研究所，湖北 宜昌 443002)

0 引言

在我國水利水電工程建設中，豎井是一種常見的水工建筑物結構形式，例如大壩、廠房、升船機等工程中的吊物井、電梯井、樓梯井及門槽豎井，地下電站工程中的引水壓力管道豎井、通風豎井、出線豎井、調壓井、阻尼井等。豎井結構一般為矩形或圓形，具有深度大、孔口成型精度及外觀質量要求高等特點。

溪洛渡水電站左岸出線豎井深度達241.5 m，開挖直徑達11.5 m，井筒部分設有電纜井、電梯井、通風井等七個室，局部結構及空間狹小、埋件及孔洞較多。三峽升船機電梯井尺寸為2.4 m×3.65 m，高146 m，精度控制要求極高。傳統(tǒng)的小鋼模板組拼、整體提升模板、液壓滑模等施工方法，存在模板安拆工作量大、形體質量難以保證、安全風險大等問題，難以有效保證大型豎井混凝土施工質量和進度。

本文針對水利水電工程中不同形式的豎井展開研究，將液壓自升模板施工技術、豎井滑模襯砌施工技術和豎井滑模測量及偏移監(jiān)測技術系統(tǒng)集成，形成適用于大型豎井混凝土施工的成套技術。

1 液壓自升模板施工技術

1.1 研究背景

大壩、廠房、升船機等工程中通常設計有吊物井、電梯井、樓梯井及門槽豎井，豎井的空間往往比較狹窄，封閉性也較強，這種環(huán)境不利于施工。尤其是對于采用通常的散裝小鋼模板、木模板等組合散拼的方式，模板安裝、調節(jié)、混凝土澆筑、拆模以及模板板面清理等很不方便，施工效率低、施工進度慢；施工質量不易控制，導致混凝土外觀質量差；同時由于沒有操作平臺，也影響安全生產。有些大型工程豎井采用了整體提升模板施工，該模板采用了可向豎井軸線中心回收的系統(tǒng)，但是整個模板系統(tǒng)仍然需要采用吊車吊裝就位，難以保證較好的位置精度，而且對于高度較大的豎井，吊裝施工非常不方便。為此，研究了豎井液壓自升模板及其施工方法、液壓爬升模板輔助調整方法、預埋錨錐精確定位方法等技術。

1.2 豎井液壓自升模板設計

豎井液壓自升模板主要由模板系統(tǒng)、爬升系統(tǒng)、工作平臺和錨固系統(tǒng)共4個部分組成。

根據水工建筑物結構形式特點，豎井模板主要表現為以下2種形式：塔柱薄壁結構豎井液壓自升模板、壩體豎井液壓自升模板，分別如圖1和圖2所示。塔柱薄壁結構豎井模板面板與塔柱薄壁墻體液壓自升模板面板之間設置了對拉拉桿，承受混凝土的側壓力；壩體豎(斜)井液壓自升模板通過模板系統(tǒng)設置的可調對撐桿件承受混凝土的載荷與側向壓力[1]，這幾種形式的豎井與液壓自升模板系統(tǒng)的配置大體上相同。

圖2 大壩豎井液壓自升模板

1.3 模板輔助調整方法

豎井模板采用液壓驅動初步就位后，需采取人工調校的方法對其進行精確調整定位，但整套模板重量大，因此，需要耗費大量的人力和較長的時間才能精確控制模板高度，達到精確定位的目的，同時也加大了高空作業(yè)的安全風險。

為解決上述技術問題，研究了液壓爬升模板輔助調整裝置及方法，通過在螺栓底座下方設置的輔助調整裝置，作業(yè)人員通過旋轉螺桿使爬升模板上下運動，從而達到精確調校定位的目的[2]。該裝置對于木面板、鋼面板系統(tǒng)均適用，主要方法如下。

1)木面板豎井模板系統(tǒng)輔助調整裝置

爬架系統(tǒng)通過多個M30定位錐即錨固裝置固定在已澆筑的混凝土墻面上，爬架系統(tǒng)的爬架鋼梁上滑動安裝有多個連接爬升模板的專用螺栓底座。當液壓爬升模板在液壓驅動下初步就位后，驅動爬升模板低于設計位置0～20 cm時即為初步就位。

將整個輔助調整裝置安裝在各個專用螺栓底座的下部，采用扳手等工具旋轉支撐螺桿頂升專用螺栓底座，即可使液壓爬升模板上下移動，從而達到對爬架系統(tǒng)的精確調校，當符合要求后采用多個專用螺栓將爬升模板與爬架鋼梁連接固定。

2)鋼面板模板系統(tǒng)輔助調整裝置

豎井模板通過多個M30定位錐固定在已澆筑的混凝土墻面上，當液壓爬升模板在液壓驅動下初步就位后，采用扳手等工具旋轉支撐螺桿頂升(或下降)S型連接件上部橫向伸出端，即可使液壓爬升模板上下移動，從而達到對模板系統(tǒng)的精確調校。

1.4 預埋錨錐精確定位技術

豎井模板通過預埋錨錐及螺栓錨固系統(tǒng)固定在混凝土壁面上，模板錨錐的精度要求非常高，埋設位置、間距等允許偏差均不得大于2 mm。傳統(tǒng)的預埋錨錐施工中，采取在模板面板上直接開孔后，將錨錐穿入孔內并將其固定在模板面板上，這種施工方法不僅損害了模板的完好性，而且需要花費較長的時間多次調校預埋錨錐的位置才能達到設計精度的要求。

為解決上述技術問題，研發(fā)了預埋錨錐精確定位方法，通過預埋定位鋼板的方式實現混凝土內預埋錨錐精確定位施工；然后使用與預埋錨錐配套的專用螺栓，即可將豎井模板與錨固系統(tǒng)固定，從而使豎井液壓模板安裝固定混凝土壁面上。采用該方法既降低了施工難度，也加快了施工進度，提高了生產效率。

2 豎井滑模襯砌施工技術

地下電站工程中豎井襯砌混凝土通常采用滑模施工，由于豎井具有斷面尺寸大、垂直高差大、操作空間狹窄、施工環(huán)境差、結構體型質量要求高等特點，存在滑模安裝及拆除風險高，混凝土下料系統(tǒng)布置難度大、防離析及分料要求高，滑模偏移監(jiān)測依賴人工拉尺量測監(jiān)測數據不準確影響滑模運行和施工質量等難題。為此，針對深豎井襯砌施工開展了技術攻關，研制了豎井襯砌施工專用設施，包括可拆卸輻條式新型滑模、大落差混凝土澆筑用緩沖器、深豎井混凝土澆筑用分料裝置、旋轉式混凝土溜槽等成套裝備。

2.1 可拆卸輻條式滑模的設計

可拆卸輻條式滑模結構自上而下分別由分料防護平臺、滑升平臺、下部抹面掛平臺以及液壓爬升系統(tǒng)等部分組成，如圖3所示。

1)分料防護平臺

上部分料防護平臺主要作為滑模施工的混凝土入倉的受料平臺及滑升防護平臺?；炷镣ㄟ^溜管垂直輸送至施工作業(yè)面上部，然后通過分料平臺和十組反吊溜槽完成混凝土的入倉；分料平臺還作為臨時材料的轉運及存放平臺，由于平臺空間有限，臨時存放材料的數量應嚴格進行控制，確保滑模運行安全。

2)滑升平臺

滑升平臺采用型鋼結構進行制作，主要由L型提升架、輻射梁、中心鼓圈、環(huán)梁、圍圈、斜拉桿、定型鋼模板和各連接件組成；定型鋼模板高度為1.2 m，寬度為0.6 m，通過圍圈和挑梁與提升架聯接?；脚_及防護平臺均采用5分板滿鋪封閉后，滑升平臺作為滑模施工主平臺，用于施工期間的部分小型設備(如電焊機)和鋼筋安裝的作業(yè)平臺，以及布置整套滑模的液壓操作系統(tǒng)。

3)下部抹面掛平臺

提升架下部設計有80 m寬環(huán)形反吊抹面平臺，作為滑模施工的混凝土抹面操作平臺，平臺走道采用5分板進行滿鋪。

4)液壓爬升系統(tǒng)

液壓滑升系統(tǒng)主要由24根鋼管爬桿、24臺QYD-100型液壓千斤頂及液壓控制臺等組成，為滑模爬升提供足夠的動力。其中，鋼管爬桿由φ48 mm×3.5 mm鋼管加工而成，焊接接高，單根長度為6.0 m。

2.2 提升系統(tǒng)布置

根據道豎井段整體規(guī)劃，結合豎井混凝土施工特點，主要采用10 t卷揚機提升φ9.5 m大吊盤作前期準備工作，5 t雙卷揚機提升小吊籃作為作業(yè)人員和材料上、下井。

在豎井開挖階段已經形成了10 t、5 t、3 t三套卷揚機提升系統(tǒng)，10 t卷揚機配φ28 mm鋼絲繩提升大吊盤(φ9.5 m圓形)，5 t卷揚機配φ18 mm鋼絲繩提升小吊籃，3 t卷揚機配φ12 mm鋼絲繩吊配重塊。豎井混凝土施工期間主要沿用原有系統(tǒng)，新增一臺5 t卷揚機配φ18 mm鋼絲繩，與原有5 t卷揚機前后高低布置，組成雙卷揚系統(tǒng)。豎井滑模布置如圖4所示，10 t卷揚機提升大吊盤用作前期基巖面的清理及下料系統(tǒng)的安裝，完成后大吊盤下放到下彎段排架上，作為滑模安裝平臺使用，在豎井施工完成后，大吊盤吊起作為灌漿施工平臺和后期上彎段支撐平臺的作業(yè)平臺，上彎段支撐平臺封閉后下放到下彎段進行拆除。

圖4 豎井滑模布置圖

小吊籃長、寬、高的設計尺寸為2.0 m、1.4 m、2.0 m，主要采用[12槽鋼焊接框架，下部1.2 m高的四周用1 mm白鐵皮圈封，側面設一扇0.75 m×1.2 m的活動門，四角設吊鉤(φ32 mm圓鋼)。由于鋼筋材料為6 m左右，為防止鋼筋外翻，在小吊籃上的三面用[10槽鋼焊接1.0 m高鋼筋支架，另一面在距離吊籃底部約30 cm高位置留30 cm×30 cm的鋼筋卸料口。

2.3 鋼平臺布置

為了滿足作業(yè)人員、施工材料下井，需要在壓力管道上彎段搭設施工鋼平臺及梯道，作為提升系統(tǒng)和上彎段之間的連接通道。鋼平臺按均布荷載值為1 000 kg/m2設計，布置在上彎段末端，主梁及斜撐為I20a工字鋼，臨墻側通過錨筋固定在混凝土基座上，其中，錨筋采用φ25 mm螺紋鋼，長2.0 m，入巖1.5 m。次梁為[10槽鋼，間距60 cm；平臺鋪板為δ=10 mm花紋鋼板或經過防滑處理的普通鋼板；周邊護欄封閉，高1.2 m，采用φ48 mm鋼管焊制。鋼平臺與上彎段設置1.0 m寬的鋼爬梯人行梯道。

2.4 下料系統(tǒng)布置

根據壓力管道結構特點，下料系統(tǒng)由上部滑槽和下部溜管組成，以減少堵管概率。

供料點設在上彎段起點位置附近，鋼平臺以上至供料點設置溜槽，并布置于上彎段人行鋼爬梯旁邊，方便清理控制，溜槽末端設置受料斗。其中，受料斗上鋪設φ10＠5×5 cm網格鋼筋形成過濾網，防止超徑石塊進入溜管，發(fā)生堵管。

鋼平臺以下至滑模分料平臺間沿巖壁布置φ200 mm溜管，每條豎井布置一趟溜管，溜管每隔15 m設置一個大落差混凝土澆筑用緩沖器。其中，首節(jié)緩沖器安裝位置距離溜管上口距離不大于9 m，并在末端出料口設彎頭作為緩沖。

對于直徑較大的豎井，混凝土經溜管到達滑模上部后，采用研制的深豎井混凝土澆筑用分料裝置，如圖5所示，將混凝土均勻分至倉位[3]。

對于直徑較小的豎井，混凝土經溜管到達滑模上部后，采用研制的旋轉式混凝土溜槽，如圖6所示，將混凝土均勻分至倉位[4]。

圖6 旋轉式混凝土溜槽

3 豎井滑模測量及偏移監(jiān)測技術

在豎井滑模操作平臺上設置方孔，方孔上鑲嵌有鏤空刻度盤，三組重錘鋼絲線裝置穿過方孔，讀取垂直鋼絲偏離鏤空刻度盤中心點的刻度，監(jiān)測豎井滑模的偏移值。采用光電測距豎直傳高方法，準確測量模板的高程，快速檢測模板頂口的水平度。采用激光垂準儀采集建筑物完工后的形體數據[5]，滑模測量及偏移監(jiān)測裝置如圖7所示。

圖7 滑模測量及偏移監(jiān)測裝置

在豎井井口處設置三套重錘鋼絲線裝置，作為滑模形體測量控制的基準線，采用全站儀、小棱鏡、重錘線相配合的測量方法，取得測站精確坐標，從而檢測模板的平面坐標，保證了豎井在不同高程面上測量控制點平面坐標的統(tǒng)一，解決了傳統(tǒng)測量方法中控制點隨滑模爬升多次傳遞而造成較大的測量誤差等問題。

4 結語

大型豎井混凝土施工技術已應用于三峽、向家壩、溪洛渡、烏東德等大型水電工程。三峽升船機、向家壩升船機工程電梯豎井混凝土軸線、垂直度、截面、平整度等各項指標均達95.7%以上，超聲波檢測合格率100%，優(yōu)良率達95.3%，結構形體精度、混凝土澆筑質量優(yōu)良。三峽、溪洛渡等水電站地下工程的豎井混凝土工程形體合格率達98%，優(yōu)良率達92%；按平面位置誤差小于±2 cm、高程位置誤差小于±2 cm進行評估，埋件定位的合格率在100%。大型豎井混凝土施工技術的成功應用，保證了豎井混凝土施工質量，同時降低了施工安全風險，提高了施工效率，在大型豎井施工過程中積累了有益經驗。