滑模在取水竖井施工中的应用

王雷

(辽宁省水资源管理集团有限责任公司  ,辽宁 沈阳 110003)

摘要：滑模施工具有速度快、砼连续性好、表面光滑、投入少、安全系数高等特点，本文主要以某竖井衬砌施工来探讨滑模施工技术要点。

Abstract: sliding form construction is characterized by fast speed, good continuity of concrete, smooth surface, low investment and high safety factor，this paper mainly discusses the main technical points of sliding form construction with a shaft lining construction.

关键词：滑模系统、设计计算、竖井砼浇筑、应急状况处理

1 工程概况

本工程主要位于朝阳市境内，主体工程包括管道、隧洞、取水竖井及分水建筑物，其中取水竖井为圆形，分上下两部分，下部分为取水竖井，成洞直径为5.62m，共计61m；下部分为进排风竖井，成洞直径为1.4m，共计165m，取水竖井底部同隧洞连接。

竖井实际开挖围岩类别为III类围岩，岩体较完整，围岩稳定性较好，无塌方、掉块等不良地质情况发生，开挖过程中及时对已完断面进行支护，采用锚喷支护并挂钢筋网，衬砌采用C35W12F200砼进行二衬施工。

2 滑模施工特点

针对等截面的混凝土结构采用滑模施工是最佳方案之一。滑模施工以其独特的施工工艺，具有以下施工特点：①施工速度快，日平均进度2～3m。②成本低，滑模的模体结构简单，重量轻，材料投入少。③施工质量可靠：滑模砼浇筑按30cm分层控制，浇筑、振捣作业在模板表面进行，便于操作和控制，同时滑模施工具有连续性，减少了施工缝；表面质量平滑，外观平整，避免出现“麻面”，错台现象。④安全性好：滑模体结构有封闭、固定的操作平台，可以有效防范施工人员坠落、坠物等安全事故。

3 滑模系统及其承载校核

3. 1滑模设计

取水竖井采用液压调平内爬式滑升模板，为保证施工质量，滑模采用整体钢结构设计，滑模装置为便于加工，有足够的强度、刚度及稳定性，整个模体设计为钢结构，模板、桁架梁、操作盘、提升架等构件之间均为焊接连接，整个滑模装置主要由模板、桁架梁、提升架、操作平台、支承杆（俗称“爬杆”），液压系统六部分构成。滑升千斤顶选用HY-100型10t千斤顶，滑升动力装置为ZYXT-36型自动调平液压控制台。

3.2模板

模板是混凝土成型的模具，其质量（主要包括刚度、表面平整度）的好坏直接影响着所浇混凝土的成型及外观质量。为了保证质量，全套滑模模板采用δ5mm钢板制作而成，用L50×5的角钢作为加劲肋，同桁架梁骨架相连固定。模板高度结合现场实际情况拟选1.5m，模板锥度按5mm控制。圆弧桁架梁主要用来加固圆弧段模板，采用上下两道，同模板角钢加肋筋焊接固定并和桁架梁上、下边梁焊接，使各组模板成为一个整体钢结构。

3.3 桁架梁

桁架梁是模体的主要受力构件。模板以其为支撑形成一个整体，根据其承受的水平侧压力计算，井身段滑模模体圆弧桁架梁采用∠80×80×8的角钢为主材并选用∠80×80×8的角钢为副材，通过卷板机弯制，焊制成圆弧桁架，圆弧桁架宽1m、高1m；中间空洞用槽钢及3mm钢板焊在圆弧桁架上，封闭严实，增加工作盘的操作空间。

3.4 提升架

提升架是滑升模板与工作盘的联系构件，主要用于支撑模板、圆弧桁架梁、滑模工作盘，并且通过安装于其顶部的千斤顶支撑在支承杆（爬杆）上，整个滑模荷载将通过提升架传递给支承杆。本工程取水竖井滑模选用16槽钢和钢板焊制成“F”型提升架，并根据荷载、摩擦力，按偏心受拉构件进行验算。

3.5 支承杆

支承杆的下段埋在下方混凝土内，上段穿过液压千斤顶的通心孔，承受整个滑模荷载，并作为竖筋的一部分存留在混凝土内，在选择HM—100型液压千斤顶的同时，选择Φ48×3.5mm钢管作支承杆。

3.6 液压系统

选用HY-100型千斤顶,设计承载能力为10t，计算承载能力为5t，爬升行程为30mm，液压控制台为ZYXT-36型自动调平液压控制台。高压油管：主管选用φ16mm；支管选用φ8mm，利用直管接头和六通接头同控制台和千斤顶分组相连，全部千斤顶共分2组进行连接形成液压系统。

3.7 操作及施工平台

操作盘是利用在滑模模体圆弧桁架梁上铺设δ3mm厚钢板，提供滑模时人员的操作平台。为便于施工人员随时检查脱模后的混凝土质量，及时修补混凝土局部缺陷，及时对混凝土表面进行洒水养护，在操作盘下方约2.5m处悬挂一辅助盘，采用∠50×50×5角钢和用δ3mm厚钢板焊制，Φ20圆钢悬挂于桁架和提升架下。

3.8 竖井滑模设计计算

竖井滑模设计计算主要确定千斤顶和支承杆数量计算，当模板为竖直方向时，提升力计算的荷载取用主要是：滑动模板自重6t（其中模板及筋板重1.5t、提升架重0.5t、桁架梁重2t、辅助盘重1t、工作盘重1t）+施工荷载（①施工操作平台上的机具设备重量+②操作平台上施工人员及堆放材料重量）+模板与混凝土之间的摩阻力

3.8.1滑升摩阻力：G₁

G₁=kfs

ｋ：附加影响系数，取k=2

ｆ：磨擦阻力，2KN/㎡  

ｓ：模板的表面积

S= L·H=5.62×3.14×1.5 =26.47㎡  

则G₁=kfs=2×2×26.47=105.88KN

3.8.2滑模结构自重 G₂

全套滑模重量G₂=60KN

3.8.3施工荷载G₃

(1)、人员：T₁=πr²×1.5KN/m²=37.2KN

(2)、设备：T₂=10KN

(3)、材料、工具：T₃=20KN

并取1.3倍的不均匀系数和1.5倍的动力荷载系数

则G₃=(T₁+T₂+T₃)×1.3×1.5=131.04KN

3.8.4支承杆的荷载

允许承载能力   P=3.14²×EI∕K（Ul）²

E：支承杆的弹性模量，对A₃钢E=2.1×10⁹kg/cm

I：支承杆截面的惯性矩，选φ48×3.5钢管

I=11.35cm²

K：安全系数,取K=2

Ul：计算长度,按0.7×1.8=1.26m（滑模的设计高度）计

P=3.14²×EI∕K（Ul）²=74KN

3.8.5千斤顶数量

n=w/cp

w：总提升力  w=G₁+G₂+G₃=105.88+60+131.04=296.92KN

c：载荷不均匀系数，取0.8

p：千斤顶承载能力按100KN计算

n= w/cp =296.92/（0.8×100）=3.71(台)

为了考虑受力均衡等因素，故选用8台10t千斤顶可满足要求。

根据以上滑模计算和结构具体情况布置10t千斤顶8台，Ф48mm、壁厚3.5mm支承杆8根，可满足强度和结构要求。

4 竖井滑模施工方案

4. 1竖井砼浇筑

在井口布置5t慢速卷扬机，作为垂直运输材料的设施。龙门架安装在井口悬臂伸出的桁架梁上，悬臂桁架梁通过地锚加固在上部分事故闸门启闭机洞室EL135.5通风平洞底板上并在底板上完成井口桁架梁安装、井口安全护栏安装及井口混凝土下料管安装等，工作平台周边护栏底部设置高度为50cm踢脚板，防止混凝土浇筑过程中石子调入井内，并完成封井口工作。然后形成井上下提升系统，同时完成井下供电电缆敷设、照明系统形成。取水竖井下部分（EL74～EL135m）共计61m，混凝土衬砌主要采取滑模施工方案。施工方案如下：

（1）供料采取洞口布设的HZS90型混凝土拌和站集中供料，6m³混凝土罐车水平运输到事故闸门启闭机洞室，由井口悬吊下料管（底部安装缓冲器）下料。钢筋及其他材料用井口布置的龙门架通过卷扬机放到工作面，人员由井壁布设的爬梯上下通行。

（2）从井口敷设一道洒水管，为保证混凝土质量，在辅助盘上敷设一道胶质软管，以便于及时对出模的混凝土面进行养护。

（3）在地面EL294井筒中心位置上布置1根钢丝垂线锥进行偏差测量控制。滑模水平用水准仪或水平管，观察模体的水平度。

（4）井上下通过对讲机进行联络。

（5）滑膜施工前进行空载试验。

（6）滑模施工顺序如下：钢筋绑扎→下料→平仓振捣→浇筑→滑升→钢筋绑扎→下料。

4.2 模板滑升

施工进入正常浇筑和滑升时，应尽量保持连续施工，并设专人观察和分析混凝土表面情况，根据现场条件确定合理的滑升速度和分层浇筑厚度。根据《水工建筑物滑动模板施工技术规范》，混凝土的脱模强度控制在0.2MPa～0.4MPa。依据现场施工经验，可根据下列情况进行鉴别：滑升过程中能听到“沙沙”的声音；出模的混凝土无流淌和拉裂现象，手按有硬的感觉，并留有1mm左右的指印且能用抹子抹平。     

4.3滑模施工中出现问题及处理

滑模施工中常出现问题有：滑模操作盘倾斜、滑模盘平移、扭转、模板变形、混凝土表面缺陷、爬杆弯曲等。其产生的根本原因在于千斤顶工作不同步，荷载不均匀，浇筑不对称，纠偏过急等。因此，在施工中首先把好质量关，加强观测检查工作，确保良好运行状态，发现问题及时解决。

(1)纠偏：利用千斤顶自身纠偏，即关闭五分之一的千斤顶，然后滑升2～3行程，再打开全部千斤顶滑升2～3行程，反复数次逐步调整至设计要求。并针对各种不同情况，施加一定外力给予纠偏。所有纠偏工作不能操之过急，以免造成混凝土表面拉裂、死弯、滑模变形、爬杆弯曲等事故发生。

(2)爬杆弯曲处理：爬杆弯曲时，采用加焊钢筋或斜支撑，弯曲严重时切断，接入爬杆重新与下部爬杆焊接，并加焊“人”字型斜支撑。

(3)模板变形处理： 对部分变形较小的模板采用撑杆加压复原，变形严重时，将模板拆除修复。

(4)混凝土表面缺陷处理：采用局部立模，补上比原标号高一级的膨胀细骨料混凝土并用抹子抹平。

5 应急状况处理

本施工部位混凝土量较大，施工时段较长，浇筑过程出现的一些不可预见的因素可能致使混凝土浇筑过程停止浇筑；浇筑过程中容易出现的问题有临时停电、突然下雨、跑模及漏浆。

5.1应急处置措施

5.1.1临时停电处理措施

（1）拌和站

现场配置一台功率为200KW的柴油发电机安装在洞口，用一条专线通向配电箱。在混凝土浇筑过程一旦发生停电，立即启用发电机，通过专线输送至拌合站，同时关闭其他用电设备，保证混凝土拌合、浇筑施工的顺利进行。

（2）浇筑现场

在浇筑过程中突发停电，为了保证混凝土的施工质量，应及时将仓内混凝土平仓，浇筑混凝土应分段分层进行，将施工缝留在结构允许的施工部位，待恢复送电后应注意已浇筑面的凿毛处理。

5.1.2突然下雨的处理方案

砼浇筑前，收集天气情况信息，尽量避开在雨雪等天气浇筑混凝土；在浇筑混凝土过程中突然遇到上述恶劣天气时，首先应将入仓混凝土进行平仓处理。

5.1.3跑模及漏浆处理方案

在混凝土浇筑前，对模板工程进行仔细检查、加固；在施工过程中如果发生跑模及漏浆，首先停止混凝土入仓，其次是将跑模处混凝土清除，重新加固好模板，再进行浇筑混凝土。

6结语

实践表明竖井衬砌采用滑模技术，大大提高了施工速度，降低了施工成本；砼施工中各工序紧密配合，严格按照分层、平起、对称、均匀地浇筑混凝土，减少了施工冷缝的出现，混凝土表面光滑、有光泽度，混凝土质量得到了有效控制；尤为重要的是滑模施工有专门的操作平台，工作人员的安全也得到了保障。

[1]田亮. 滑模在洪屏抽水蓄能电站上水库闸门竖井混凝土施工中的应用[J]. 水利水电技术，2015，（05）.

[2]王来所. 新型滑模在竖井混凝土施工中的应用[J]. 水利水电施工，2009，（03）.