竖井混凝土衬砌滑模设计及施工技术

竖井混凝土衬砌滑模设计及施工技术
发表时间：2017-06-28T11:44:09.450Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年3月上作者：杨涛
[导读] 保证结构的整体性，保证混凝土质量，降低工程造价并且在很大程度上提高施工进度，可在竖井混凝土施工中广泛运用。

中国葛洲坝集团有限公司第二工程公司四川成都 610031
摘要：竖井混凝土衬砌施工中采用滑模施工技术，既可以节约成本，又可以大幅度提高施工效率。

本文案例分析某水电站的施工，总
结了竖井混凝土衬砌施工经验。

关键词：滑模；竖井；混凝土衬砌
滑模施工可以节约模板和支撑材料，加快施工进度，机械化程度高，改善施工条件，保证结构的整体性，提高混凝土表面质量，降低
工程造价，安全可靠。

某水电站总额定功率为487MW，主要由导流工程、取水工程、引水工程、地下厂房、尾水工程、开关站操作区等组成。

电缆井上接开关站，下连电缆廊道。

电缆井开挖支护断面直径7.5m，混凝土衬砌断面直径7m，全长371米。

井壁混凝土衬砌厚度
25cm，内部隔墙厚度25cm。

一、滑模结构设计
电缆井由中间隔墙分为电缆出线井、楼梯井、电梯井、电梯通道平台及三个通风井，共分为七个独立小井。

井壁与各室隔墙部分采用
滑模一次滑升到位,模体之间采用桁架梁连成一个整体。

出线井滑模设计采用液压整体滑升模板，采用整体钢结构设计。

选用液压式滑升千斤顶，滑升动力装置为自动调平液压控制台。

滑模施工辅助系统由提升系统、混凝土输送系统和安全爬梯组成。

1、模板、围圈。

在浇筑混凝土时，由于荷载为轴力，提升时偏心受拉。

调偏时，一边承受在由混凝土产生挤压模板的分布荷载，另一
边还要承受千斤顶的集中力作用，模板围圈就产生弯矩，同时整体受大偏心拉力作用。

所以，要进行抗压、抗弯强度计算，模板整体要进行大偏心受拉的刚度计算。

模板：根据砼的侧压力值、倾倒砼时模板承受的冲击力等，选定其中最大值，以两跨或三跨连续板计算。

验算板面的强度和挠度，其
次以简支的边界条件，验算模板加劲肋的强度和挠度。

以确定模板所用的钢板厚度。

一般钢板厚度用3.0mm左右，边肋用L50×5的角钢。

考虑到电缆井370米深，面板磨损较严重，本工程的钢面板采用5mm厚钢板。

钢模板通过围圈与提升架及桁架连接。

计算时，选用的模板高为1.5m。

钢模板受到的砼侧压力：
按照《DLT 5400-2007 水工建筑物滑动模板施工技术规范》，混凝土侧压力合力取5～6 kN/m。

本工程混凝土侧压力合力取6 kN/m。

围圈：设计荷载应包括垂直荷载和水平荷载，垂直荷载包括模板自重和模板滑升时的摩阻力，水平荷载包括砼的侧压力。

围圈截面尺寸应根据计算确定，围圈在转角处应设计成刚性节点；固定式围圈接头应用等刚度型钢连接；在施工荷载作用下，两个提升架之间围圈的垂直与水平方向的变形不应大于跨度的L/500。

围圈设计应根据受力情况，求得上下围圈的不同荷载，按多跨连续梁验算围圈水平与垂直方向的强度和挠度。

钢模板与砼的摩阻力标准值为1.5～3.0KN/cm2。

围圈的计算可按三跨连续梁支承在提升架上考虑，计算跨度等于提升架的间距。

由于砼轮圈依次浇筑，作用在围圈上的荷载并非均布
于各跨，可按最不利情况，近似地取荷载仅布置于两跨考虑。

又由于围圈同时受到水平和垂直荷载的作用，因此要按受双向弯曲的连续梁考虑。

求得两方向的弯矩Mx和My，得出后再分别按两个方向进行强度、挠度和整体稳定性验算，其叠加应力应小于钢材容许应力。

2、提升架。

提升架是滑模与液压控制平台和施工平台的联系构件，主要作用是控制模板、围圈由于混凝土的侧压力和冲击力产生的向
外变形，并将承受的作用于整个模板上的竖向荷载传递给千斤顶和支撑杆。

因此提升架必须有足够的刚度，在上部荷载作用下，其立柱的侧向变形应不大于2mm。

提升架是由立柱、横梁、钢托等组成。

横梁一般由槽钢制作，立柱多用槽钢制作。

提升架的立柱必须保持平行，并与横梁连接成90°
角。

本方案选用双横梁，横梁与立柱的直角区再用角钢斜拉，加强横梁的稳定性。

又因为竖井设计有井壁和电梯井剪力墙，所以分别要采用两种提升架“F”和“开”字形提升架。

提升架的设计应根据国标《滑动模板工程技术规范》（GB50113-2005）中规定的设计荷载取值，并根据工艺条件确定提升架几何尺
寸。

3、支撑爬杆。

支撑爬杆为滑动模板施工的作业平台，采用φ48 3.5mm钢管。

4、液压系统。

滑动模板的液压系统由液压控制台、高压油管、液压千斤顶组成。

为提升液压千斤顶的控制系统，以保证液压千斤顶每
次能够同时滑升，滑升动力装置采用自动调平液压控制台。

根据《液压滑动模板施工技术规范》（GBJ50 113—2005）的有关规定以及本工程特点，有关液压提升系统的设计、提升门架布置的
间距、油路的设置等计算得出。

本工程各施工单元液压千斤顶选用YCQ-8(双回路)型；高压油路系统的油管选用主路油管（Φ16）、支路油管（Φ8）；液压控制柜选用HY-56型。

5、操作平台：
浇注平台：采用桁架连接提升架，铺设4㎝木板，在木板上满铺5mm钢板。

抹面修复平台：桁架下部设整体吊架，用8㎝木板满铺，便于施工人员进行墙壁的修饰或修整。

必要时可作为预制件安装平台。

防护平台：选用[16槽钢做平台周圈立柱，[12槽钢焊接的四方柱做平台中间立柱，工12工字钢做平台主梁，平台上铺设δ=8mm花纹钢
板。

平台高2.8m，其上可以堆放部分钢筋等施工材料。

同时预留孔洞作为施工人员通行的通道，局部孔洞较小的部位在预留孔洞位置设置可移动式盖板，方便人员通行的同时保证下部施工人员的安全。

载人吊篮可以下达到该平台上。

同时其下方搭设有转料溜槽。

6、混凝土输送系统。

电缆井垂直部分较高，砼供应的方式可分为二种：
砼泵机输送施工部位：由下部电缆廊道井底部位向上输送混凝土到仓内。

防分离溜管输送施工部位：混凝土使用BOX管输送，每节BOX管串双股Φ22钢丝绳与井壁锚杆固定，靠人员上下吊篮侧设置。

16m设置
BOX盒一个。

7、其他：
在实际的滑模结构设计中还要注意进行力学验算，考虑各结构载荷：滑模装置总（静）荷载（自重）、操作平台上的施工荷载、模板与砼之间的摩阻力、风荷载、支撑杆的承载力等因素，合理确定各部件的选型，满足滑模装置的构造要求。

二、滑模安装及衬砌混凝土施工
1、滑模安装。

1）滑模制作组装。

模板运至现场后，先在地面进行组装。

调好模板锥度0.3％～ 0．7％，插好支撑杆下垫70mm×70mm×5rnm钢板，绑扎钢筋。

经检查调整后，试滑3—5个行程，试调合格后，将各部件编号、拆除、分类堆放、等待下井。

2）支撑杆安装。

先用普通模板将电梯基坑以上1m范围混凝土浇好，并将支撑杆下端埋入混凝土内。

混凝土表面经过凿毛处理和测量放样后，先搭设组装滑模的脚手架。

3)滑模井下组装。

按下列顺序进行组装：安装内围圈→安装提升架→绑扎提升架以下水平钢筋→安装模板→安
装桁架梁→铺设平台板→安装液压系统（包括千斤顶和液压操作机构及管路）。

利用JM5型电动机卷扬提升，将模体分块运至井底进行组装。

然后进行钢筋绑扎和千斤顶、支撑杆安装。

将吊盘调平找正，然后与井壁固定。

定出井筒中心，在井帮上放方向线，并划出模板下口及支撑杆中心的圆周线，标出支撑位置。

在工作面或吊盘上按中心线及方向线位置组装滑模辅助盘，调平找正后进行固定。

在辅助盘上搭木垛，在木垛上组装滑模操作盘，抄平找正，对正中心线固定。

组装提升架及千斤顶，抄平找正后固定。

安装液压控制系统，进行千斤顶空载加压试验。

插入支撑杆，对准工作面划出的支撑杆中心点，底部垫上小铁块或小槽钢，找正后支撑杆插到底固定。

组装模板，围圈及调整丝杠等，调整好模板直径和锥度。

组装完检查合格后，空滑1～2个行程，运转正常后拆除木垛，转入正式滑升。

2、滑模混凝土衬砌施工。

1）钢筋绑扎。

模体就位后，进行钢筋绑扎、焊接。

滑升施工中，保证混凝土浇筑后露出最上面一层环向筋，利用提升架焊钢管控制钢筋保护层。

2）混凝土浇筑。

在混凝土浇筑前，严格控制混凝土浇筑面分区。

混凝土布料采用平铺法，并在浇筑过程中，确保仓内下料均匀，减少浇筑高差。

模板滑升时，仓内混凝土面必须保持在同一高程，以保证摩擦阻力均匀。

初始向模板内浇筑混凝土，要注意提升前的混凝土浇筑总厚度，即混凝土的自重应大于摩擦阻力，以免滑升时将混凝土同模板同时提起。

控制的关键为：初始浇筑的混凝土速度要快，并在3小时左右将混凝土浇筑到50cm一60cm，然后进行模板的初升工作。

3）模板滑升。

施工进入正常浇筑和滑升时，尽量保持连续施工。

每次滑升高度可与浇筑厚度相适应，或与横向间距一致。

混凝土脱模强度控制在0．15MPa一0．25MPa。

模板的滑升分为三个阶段：初次滑升、正常滑升和完成滑升。

滑膜经初始滑升并检查调整后，即可正常滑升，正常滑升是每次滑升20cm一30cm。

滑升时，若脱模混凝土尚有流淌、坍塌或便面呈波纹状，说明混凝土脱模强度低，应放慢滑升速度；若脱模混凝土表面不湿润，手按有硬感或伴有混凝土表面被拉裂现象，则说明脱模强度高，宜加快滑升速度。

在模板正常滑升期间，所有的千斤顶应充分地进、回油。

如出现油压升高且液压千斤顶顶升出现异常情况时，应立即停止提升操作，检查原因并及时处理。

为控制操作平台的水平，应在滑升过程中随时进行有效的水平度的观测，以便及时采取调平措施纠正水平升差。

与此同时，也应随时检查和记录结构垂直度、扭转及结构截面尺寸等偏差数值，并采取相应的纠偏措施。

当模板滑升至距终止高程约lm左右时，滑膜即进入完成滑升阶段。

此时应放慢滑升速度，井口准确找平混凝土，以保证顶部高程及位置的正确。

混凝土脱模以后的表面修面，是关系到混凝土表面美观及结构质量的关键工序，这也是滑模施工的一大特点，在混凝土脱模以后，要立即进行此项工作。

首先检查脱模后的新混凝土面有无表面缺陷，若有，抹面人员应立即使用抹子进行修面，补平凹坑和表面细小裂纹。

若表面光洁无缺陷，可以不再处理。

在抹面过程中，应使用混凝土原浆抹面，以保证混凝土外观颜色统一。

混凝土浇筑脱模和修面完成以后，需要展开混凝土的养护工作。

在刚脱模的一段时间内，先使用手动喷雾器给混凝土表面轻喷水雾，使得混凝土表面保持湿润。

待滑模滑升到一定高度而即将超出抹面平台施工范围时，在混凝土表面喷洒一层混凝土养护剂，来完成混凝土的后期养护。

竖井混凝土衬砌施工，过去习惯采用翻模法，该方法费工费时，施工效率低。

在锦屏一级出线竖井中混凝土衬砌施工中采用滑模施工技术，实践证明竖井衬砌滑模施工可以节约模板和支撑材料，加快施工进度，保证结构的整体性，保证混凝土质量，降低工程造价并且在很大程度上提高施工进度，可在竖井混凝土施工中广泛运用。

参考文献：
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